自动控制原理课程的教学改革与实践

王 晴 吴 戈 王庆凤

吉林大学电子科学与工程学院 吉林长春 130012

自动控制原理是高等工科院校自动控制、工业自动化、电气自动化等控制和自动化专业的重要学科基础课程，也是电子、电气、计算机、机械、冶金等其他非控制专业的专业理论课程。自动控制原理是学习现代控制理论、自适应控制、模糊控制等课程的基础，也是从事自动控制类各专业工程技术人员进行自动控制设计与优化的理论依据[1-4]。

本文结合电子信息科学与技术专业学生的理论基础、课程设置，分析了自动控制原理课程的内容及特点，阐述了教学改革的具体方案，总结了教学改革与实践的成效。

1 自动控制原理课程的内容及特点

1.1 课程教学内容

控制理论主要包括经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论。自动控制原理课程以经典控制理论为主，兼顾现代控制理论中线性系统的状态空间分析与综合，具体内容如图1所示[5,6]。

图1 自动控制原理课程体系

1.2 课程特点

自动控制原理是一门技术基础课，主要讲述自动控制技术中最基本的理论和分析、设计控制系统的基本方法，涉及数学、物理和专业理论等多方面知识。数学基础包括微积分、微分方程、复变函数、矩阵理论等，这要求学生具有扎实的数学功底[7]。自动控制技术在军事、航空、交通、工业、日常生活等各个领域都具有广泛的应用，因此，涵盖电学、力学、光学、热学等物理知识非常多。电子类专业学生对自动控制系统进行建模、分析和设计的过程中，还要应用电路分析、信号与系统等专业知识。如何将各类知识融会贯通使理论分析避免枯燥，充分调动学生的学习热情，提高学习效率是教学改革的重点。

理论分析与工程应用相对脱节。虽然在课程的讲授过程中会介绍一些控制系统的应用，但没有将相关理论应用到实践中，这使得理论分析和设计不能及时得到验证，与工程实践相对脱节，影响学生对所学知识的巩固和提高。

2 教学改革探索与实践

2.1 优化课程内容 提高教学质量

本校电子信息类专业开设的自动控制原理课程的总课时为48学时，比控制和自动化专业设置的课程学时要少，因此，课程内容的设置非常关键。既要使学生统筹掌握这门课程的主要内容，又要对重点难点做到精益求精；既要涵盖传统理论内容，又要根据时代发展适当增加新的知识信息。

在教学内容上，以线性系统为主分别分析连续系统和离散系统，对自动控制系统性能的基本要求的三方面“稳、准、快”贯穿系统分析始终，即对系统的稳定性、稳态性能和动态性能进行分析。传递函数是自动控制系统的一种典型的数学模型，本门课程主要以传递函数为中心，对控制系统进行分析和设计[8]。

在教学方法上，结合日常生活中的常见实例，引入课程的知识点，由浅入深，由易到难。例如，以单摆稳定的直观示意图引出系统稳定的概念。再如，对比电动机转速人工控制和自动控制的结构图来说明自动控制的概念，简单易懂。使学生轻松掌握知识的同时，能对本门课程产生浓厚的兴趣。

在教学手段上，采用板书与多媒体教学相结合的方式。对于课程中公式的理论推导采用板书教学形式，充分体现推理的逻辑性和严密性，把抽象的理论知识讲通讲透，并把数学结论渗透到实际应用的物理教学中，使学生对课程的学习从感性认识升华到理性认识。该课程在理论分析的同时，涉及大量的图形，例如系统方框图、动态响应曲线、根轨迹图、奈奎斯特图、伯德图等，此时采用多媒体课件教学既节约了板书作图时间、提高效率，也避免了手工绘图的不精确性。在课件中适当使用动画和声效，声情并茂，使课堂教学生动有趣。

2.2 开展网络教学 增强师生互动

网络时代的迅速发展使教学环境得到了有效的扩展。在吉林大学课程中心建立“自动控制原理”网络课程，作为课堂教学的补充。上传课程的教学课件、习题详解等课程资源，强调重点、难点，学生课下可以自主进行课前预习和课后复习。网络教学利于学生对知识点的掌握，提高学习效率。建立师生互动平台，使师生的交流不受时间和空间的限制。教师可以布置作业、答疑解惑；学生也可以分享学习经验、取长补短。通过教学互动激发学生的学习热情。

2.3 构建实践教学 改善教学效果

结合“自动控制原理”课程的特点，构建实践教学，以MatLab为基础进行虚拟实验，坚持理论联系实际的原则，对自动控制系统从时域和频域两个方面进行分析和设计，加强学生对理论知识的理解，培养学生的动手能力和创新能力。

3 结语

自动控制原理课程的改革已在本校实施，效果良好。通过改革，充分调动了学生对这门课程学习的积极性和主动性，提高了学生的学习效率，改善了学生的学习效果。改革历来都是与时俱进的，在日后的教学过程中，还会就教学的方式、方法等方面进行不断的改进和完善。