自动控制原理的教学方法探讨

自动控制原理的教学方法探讨

彭冬玲

彭冬玲（武汉科技大学中南分校信息工程学院，武汉430223）

摘要：针对“自动控制原理”教改问题，从应用背景、理论性等方面分析了课程的特点，阐述了教学改革的必要性；然后从课程内容、教学方法、理论与实验结合、工程实例教学等五个方面提出了教学改革与创新尝试。

关键词：自动控制原理；教学方法；教学改革

中图分类号：G64文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）09-0203-01

0引言

自动控制理论是研究自动控制共性规律的技术科学，是自动化专业本科和研究生课程的基础课程，因此，它是自动化类专业很重要理论基础和技术课程。自动控制理论主要包括经典控制理论、现代控制理论，以及自20世纪80年代逐渐形成的大系统理论和智能控制理论。这里主要探讨一下经典控制理论部分——“自动控制原理”的本科教学。

1教学方法改革

对于这门难度很高的课程，教学时应注重概念，弱化计算。只有掌握了基本的概念，有了充分的感性认识，学生才有进一步自我深化的可能。而同时感性认识获得的方法莫过于实际的例子。例如：在第一章基本概念中讲解自动控制系统的定义和组成的时候，首先需让同学们明白系统的控制过程，因此我分别举了一个人工水位控制系统和自动水位控制系统来对比讲解。由于比较贴近生活，同学们对于这个人工系统的自动运行原理基本都能自发自然的理解，所以稍加引导，就很容易理解控制对象，被控量，给定值，反馈元件，执行机构等概念。

另外在不同的章节尽量研究同一个问题，举熟悉的例子，这样有利于理解新的概念，有利于巩固学过的知识，有利于将不同章节中的知识融会贯通。

2课程内容改革

自动控制原理的教学过程应突出本门课程具有的方法论特点，使学生建立系统的观点，培养学生对控制系统的分析能力和初步的控制器设计能力，为专业课的学习和参加控制工程实践提供必要的理论基础。采用“模块化”教学改革方案。理论教学内容主要由四大部分组成，即控制系统基本概念与数学描述、分析方法、设计方法、验证与应用四大块。其中对具有基础属性尤其是学习后续课程不可缺少的基础内容应该重点详细讲解。同样，控制系统频域及时域校正方法也可以选择性地讲解，因为这部分内容完全可以采用matlab方法完成。

3理论与实验相结合

实验是对理论的应用，有助于学生把枯燥抽象的理论形象化，从而加深对理论知识的理解。实验由两部分组成，结合教学进度完成分为验证性实验和设计性实验。配备自动控制理论实验箱和小功率随动系统装置。小型验证性实验在自动控制理论实验箱上进行。实验箱配有上位机Labview仿真平台，通过在控制系统的模拟装置上搭建系统，调整系统参数和计算机仿真，把之前用理论分析出的结果形象直观的表达出来，加强了学生对物理概念的掌握，将抽象的数学模型与实际系统参数联系起来，提高学生的分析能力和实际操作能力。综合性实验则安排在课程基本内容学习结束之后，要求学生能综合运用所学知识，进行系统分析和设计，使系统达到预定的性能指标。

4从实际控制系统入手进行教学，强调工程和物理概念

“自动控制原理”是一门理论性较强的课程，涉及知识面广，信息量大，所涉及的数学基础较为广泛，从微积分、复变函数、离散数学到矩阵理论。学生觉得难学，教师觉得难教。如果在教学过程中只注重一般的数学论证，缺乏工程和物理概念的阐述，学生学后不知用在哪里，如何运用。学生在课堂上忙于做笔记，课后忙于根据公式作大量的习题，考完试后，公式忘掉了，脑子里一片空白。这样的学习效果为后续专业课程的学习、毕业设计以及就业工作等带来许多问题。

在知识的传授中，注重控制思想和工程背景。本课程的设置目的不仅是对这门学科知识的掌握，更重要的是在各行业中的具体工程应用。因此在教学的全部过程中必须注重课程在工程的具体情况，并将工程的分析、设计实现方法渗入课程的教学中，如PID参数的整定及工程整定，可以通过直流电动机转速控制来实例讲解，并且借助于计算机辅助方法Matlab仿真。

5“自动控制原理”与“信号与系统”有机结合，拓宽学生的知识面

自动化专业开设的“自动控制原理”和“信号与系统”两门课，都是作为专业基础课开设，两门课程在内容上存在一定的重复。将两门课的内容有机的结合在一起，做到一加一等于二，甚至大于二。“信号与系统”和“自动控制原理”是不同性质的专业基础课，虽然在内容上存在重复，但在思想体系及出发点上不同。“信号与系统”偏重于弱信号的处理与传输，为通信系统的学习做准备。而“自动控制原理”则侧重系统的应用。因此在“自动控制原理”的教学过程中，注重对基本概念、基本理论和基本方法的阐述，使学生等到一定的工程应用概念。在选用例子时，尽量选用实际控制系统的例子，这样能够使学生在很少的时间内理解一般系统的控制规律，掌握控制系统的有关概念。而在讲述数学模型中的信号流图，采样系统中的z变换和差分方程的求解等内容时，由于这部分内容与“信号与系统”中的部分内容相重复，就可简单讲解。在“自动控制原理”中不重点讲述的脉冲响应函数和卷积的概念，而在“信号与系统”中作为重点进行阐述，这样可以拓宽学生的知识面，为第三学年学生选专业奠定了基础。

6结语

“自动控制原理”是有关自动化专业的一门基于实践的理论基础课。各个相关高校都非常重视这门课的教学改革与创新，并取得了很大的成绩。但在教学中还存在着诸如学生的学习积极性和实验条件的限制等问题。随着时代的进步，、教学手段的更新也会与时俱进。只有不懈地努力，坚持理论与实践相结合的原则、坚持以培养学生的解决实际问题的能力为基准，就一定能进一步提高教学质量。

参考文献：

[1]罗冀，程桂芬，等.控制工程与信号处理[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2]鄢景华.自动控制理论[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000.

[3]胡寿松.自动控制原理[M].第四版.北京：科学出版社，2002.

[4]郑君里，应启珩，等.信号与系统[M].第二版.北京：高等教育出版社，2000.

[5]吴大正.信号与线性系统分析[M].第三版.高等教育出版社，2000.