《过程控制系统》课程思政建设探讨

赵 征 王聚芹 马 平

（[1]华北电力大学自动化系 河北·保定 071000；[2]华北电力大学马克思主义学院 河北·保定 071000）

0 引言

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，要用好课堂教学这个主渠道，各类课程都要与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。华北电力大学为了有效全面推进“课程思政”的建设工作，2019年12月提出“一院系一课程”课程思政示范课程建设。建设项目以各院系的专业课教师为第一负责人，马克思主义学院的思想政治课教师为第二负责人，通过“思政课教师与专业课教师结对子”的形式，思政课教师全程参与专业课程思政建设，指导专业课教师提炼专业课程中蕴含的文化基因和价值范式，实现思想政治教育与专业教育的有机融合和高度统一。《过程控制系统》教学团队申报了2019年华北电力大学“课程思政示范课”，将科学素养与国家情怀融入专业课中，为切实培养好具有大国工匠精神的社会主义接班人做了积极的探索。

1 《过程控制系统》课程简介

《过程控制系统》课程具有科学的方法论特点的专业课，是华北电力大学自动化专业工程背景非常强的核心专业课程，共有64学时。课程主要内容以流程工业为背景展开，并以火电厂过程控制为主要的背景，着重培养学生在流程工业等领域从事科学研究、技术开发、工程设计及调试等工作的能力。教学方法以课堂讲授为主，配合充足的实践辅助教学，突出“厚基础，重应用，突出特色”的教学理念，走理论与实践密切结合的教学路线。课程教学组任课教师都具有从事发电厂自动化科学研究的丰富经历，在注重教授专业知识的同时，还加强了课程思政建设。如在课程教学大纲中增加立德树人的要求，增加课程思政内容，确立价值塑造、能力培养、知识传授“三位一体”的课程目标。通过挖掘专业内容与思政教育的结合点，授课过程增加典型思政教学案例的设计。

2 《过程控制系统》课程思政教学内容设计

第一章绪论，要求学生理解过程控制系统的组成、过程控制系统一般概念和过程控制系统的主要研究内容，掌握过程控制系统的指标体系，了解过程控制的发展历程。课程思政提要：结合华北电力大学原校长，本专业的泰斗——刘吉臻院士的事迹，由我国火电行业控制系统的引进、自主研发过程，引出“宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来”的工匠精神，激发学生的爱国热情和创新意识。

第二章被控对象动态特性，要求学生掌握被控对象动态特性的概念、被控对象的共同特征、作图方法和两点法建立被控对象传递函数，理解机理方法建立典型被控对象动态特性，了解其他建模方法。课程思政提要：人们要正确认识事物的本质和规律，必须培养科学的思维方法；由机理建模的简化条件，引出要学会抓问题的主要矛盾和矛盾的主要方面；总之，只有充分了解事物的本质，才能做到精准施策。

第三章PID调节器及其调节过程，要求学生理解几种调节器的数学模型，掌握调节器的正反作用及在控制系统中的应用，掌握P、PI、PD、PID调节及其调节过程。课程思政提要：由PID控制器比例、积分、微分控制的特点，鼓励青年们要“专注当下，总结过去，预测未来”，不断通过反馈进行自我纠偏。

第四章简单控制系统的整定，要求学生理解控制系统整定的基本要求和衰减频率特性方法定性分析，掌握几种工程整定方法，了解调节器参数自整定。思政内容：理论指导实践，控制策略要因地制宜、不断完善，在实践中总结经验，提高施策效果。

第五章串级控制系统，要求学生掌握串级控制系统概念、特点和设计要点，了解串级控制系统调节器选型及参数整定。思政内容：根据串级控制的特点，引出学生成才路上，要防微杜渐，当由于干扰偏离路线时，要早反馈，早纠正。

第六章基于补偿原理的控制系统，要求学生掌握前馈控制系统和前馈-反馈复合控制系统，理解微分先行、中间反馈和史密斯预估控制。思政内容：根据前馈和反馈复合控制的特点，引申到社会主义市场经济中的计划经济（前馈控制）和市场经济（反馈控制）。计划和市场作为调节经济的两种手段，它们对于经济活动的调节各有自己的优势和长处，要将两者充分结合才能更好的促进生产力的发展。

第七章解耦控制系统，要求学生掌握相对增益和解耦控制系统设计，理解耦合系统中变量匹配、调节器参数整定实现和解耦控制系统的几个问题。思政内容：以典型的耦合控制系统——火电机组机炉协调控制，引出国家治理问题，国家通过综合施策，化解社会矛盾，构筑和谐稳定社会，实现共同富裕目标。

3 典型教学案例展示

3.1 前馈-反馈控制案例说明

前馈-反馈控制是过程控制中重要的控制策略。前馈控制属于开环控制，反馈控制属于闭环控制，两种控制各有优缺点，将两者相结合组成前馈-反馈控制可以做到取长补短、优势互补。授课过程过程和方法如下：（1）采用PPT对知识点进行分析、对比，引出前馈-反馈控制；（2）通过Matlab的仿真实例演示，直观感受控制效果的不同；（3）引入工程实例——电厂汽包水位串级三冲量控制方案，理论联系实际，并在讲授设计过程时，引入思政内容。单回路引入“服从给定，克服扰动”；串级控制引入“防微杜渐”，与学生成才过程相结合；前馈控制引入“未雨绸缪”；前馈-反馈控制引入“取长补短，优势互补”，与社会主义市场经济中的市场经济与计划经济的关系相结合。

3.2 教学目标

3.2.1 知识目标

理解前馈、反馈控制各自的优缺点，及前馈-反馈复合控制的优势。

3.2.2 能力目标

能够根据生产过程的特点和控制要求（尤其是热力发电生产过程）设计前馈——反馈复合控制系统，并能够在设计环节中体现一定创新意识。

3.2.3 思政教育目标

树立正确的价值观和人生观，体会具有中国特色的社会主义经济制度的优越性，增强学生的民族自信心和自豪感。

3.3 教学策略

3.3.1 知识点分析、对比与总结

对前面学过的前馈、反馈控制的教学内容进行优缺点的分析、对比，由此引出前馈-反馈控制策略。

3.3.2 Matlab仿真演示

以一个两阶惯性的传递函数为被控制对象，搭建单回路闭环反馈控制系统，控制器采用PI调节，控制器参数整定好后，依次增加静态前馈设计和动态前馈设计。添加同样的扰动信号，通过仿真曲线对比，让学生直观的感受在反馈的基础上增加前馈，可以明显减少动态偏差，前馈-反馈相结合可以做到优势互补，扬长避短。

3.3.3 实际工程应用举例

电厂汽包水位控制是典型的前馈-反馈控制。以汽包水位串级三冲量控制方案的设计过程为例，层层深入，融会贯通，将理论与工程实际紧密的结合起来。并增加定值前馈控制方案的介绍，指出前馈未雨绸缪的特点，给出了前馈-反馈相结合优势互补、扬长避短的结论。

3.3.4 思政内容的选择和融入设计

（1）思政内容的选择。①前馈-反馈控制。反馈控制是按照测量值与给定值比较得到的偏差进行调节，属于闭环负反馈控制。其特点是在被控量出现偏差后才进行调节；如果干扰已经发生而没有产生偏差，调节器不会进行工作，因此反馈控制方式的调节作用落后于干扰作用，是一种滞后的调节。但反馈控制可以消除作用在对象上的任何扰动对输出的影响。前馈控制是以不变性原理为理论基础的一种开环控制方法。前馈控制是按照干扰作用来进行调节的，前馈控制将干扰测量出来并直接引入调节装置，是一种超前的调节，对于干扰的克服比反馈控制及时，但它的控制效果不通过反馈来加以检验，且只对指定的扰动有效。前馈-反馈控制可以取长补短，优势互补。②社会主义市场经济论中市场经济与计划经济的关系。市场经济使经济活动遵循价值规律的要求，适应供求关系的变化；通过价格杠杆和竞争机制，把资源配置到效益最好的环节中去，并使企业实行优胜劣汰。计划经济一般是政府按事先制定的计划，提出国民经济和社会发展的总体目标，制定合理的政策和措施，有计划地安排重大经济活动，引导和调节经济运行方向。可以避免市场经济发展的盲目性、不确定性等问题，给社会经济发展造成的危害。计划经济仍然是国家调节市场和供应的重要手段之一。社会主义市场经济理论，是邓小平理论体系中极具创新意义的组成部分，是对传统经济理论的修正。依据这一理论，我国确定了建立市场经济体制的改革目标。在改革开放的过程中，两者的结合发挥了重要的作用。③思政内容结合点。将控制论中的前馈-反馈控制与社会主义市场经济论中的计划经济与市场经济的关系相结合。计划经济类似于前馈控制，市场经济类似于反馈控制，两者相结合可以做到优势互补，取长补短。

（2）思政内容的融入设计。①在讲授汽包水位串级控制的设计时，在PPT上增加四字成语“防微杜渐”。根据串级控制的特点，引出学生成才路上，要防微杜渐，当由于干扰偏离路线时，要早反馈，早纠正。②在讲授汽包水位前馈控制时，在PPT上增加四字成语“未雨绸缪”。根据前馈和反馈复合控制的特点，引申到具有中国特色的社会主义市场经济中——计划经济（前馈控制）和市场经济（反馈控制）。计划和市场作为调节经济的两种手段，它们对于经济活动的调节各有自己的优势和长处，要将两者充分结合才能更好的促进生产力的发展。在改革开放的过程中，两者的结合发挥了重要的作用。

4 结束语

《过程控制系统》课程教学团队与思想政治课教师展开深入合做，疫情期间通过网络共同备课，深挖课程中蕴含的思政元素，将马克思主义哲学思想和方法论与专业知识的传授有机融合，将知识传授、能力提升、价值观塑造有效融入到课程当中。通过讨论也增强了教师的“育德意识”，提升了教师的“育德能力”。“同向同行，如盐入味”，将思政教育融入课程教学全过程，形成了专业课教学与思想政治理论课教学紧密结合、同向同行的育人格局。本学期在《过程控制系统》课程中进行了项目实施，取得了良好的效果，充分发挥了课堂教学育人的主渠道和主阵地作用。