科技信息 ０高校讲坛０ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２０１１年第３３期 《自动控制原理》课程教学研究与改革 张 慧 （电子科技大学成都学院 四川成都６１ １７３１ １ 【摘要】自动控制原理这门课程是自动控制技术的基础课程，本文针对自动控制课程的教学现状，对课程的教学提出了几点改革措施，实 践证明，提高了学生学习的主动性，增强了学生分析与解决问题的能力，取得了很好的教学效果。 【关键词】自动控制原理；课程教学；教学改革 １．４被动多．主动少 目前。大多数课程的教学模式仍然是以教师为中心．是教学活动 自动控制原理是在自动控制、电气工程、信息工程以及计算机技 的主题，是知识的传授者，学生是知识的授受者。在教学过程中。老师 术学科发展基础上建立起来的－－ｆ］理论与实践相结合的课程．是－－Ｉ＇］ 在讲台上讲，学生只是被动的听、摘抄笔记等，很少有启发、思考和互 理论性和实践性都很强的课程 本课程是高等工科院校电气信息类专 动环节，而本身对理论性较强的这门课程．教师也一味地灌输纯粹理 ０引言 业的一门重要的技术基础课程，其应用领域非常广泛，几乎遍及电类 论．讲述公式推导．过深的专业术语和枯燥的数学公式，使学生对这门 及非电类的各个工程技术学科 自动控制原理课程的主要内容就是控 课程失去兴趣，学习积极性越来越差日。另外，传统的自动控制原理课 制系统要解决的两个问题，即系统分析和系统设计。因此在学习这门 堂教学．只注重控制理论教学．忽视身边生动形象直观的例子．单一呆 课的过程中．要特别强调对工科学生设计与综合能力的培养。面对这 板的教学手段很难激发起学生的兴趣．教学效果受到很大的影响 么有难度的一门课程．本文针对其课程特点．结合自己在自动控制原 理教学过程中的体会．参考同行的宝贵经验．深入探讨其目前存在的 ２解决措施 问题．探索理论教学与实践教学的改革思路．充分调动学生学习的积 ２．１精选教学内容．提高教学质量 极性．给出相应的对策 随着控制科学技术的发展和计算机技术的应用．新的控制方法和 控制手段也越来越多．自动控制原理这门课程内容多．学时少的矛盾 １ 自动控制原理课程教学现状与分析 越来越突出。为了解决这一矛盾，适应时代要求．必须根据具体专业培 目前我们讲授的《自动控制原理》主要是经典控制原理部分，其主 养目标和专业特点以及对自动控制原理的需求．来确定对教学内容的 要对象是线性时不变系统、单输、单输出系统的分析和设计，它是以传 取舍．精简教学内容以及每个教学内容的深度和广度 重点讲解教学 递函数为基础数学模型来讨论问题的 对于系统分析主要采用三种分 大纲中的重点内容、基本概念、基本原理和基本方法，并且讲深讲透。 析方法．即：时域分析法、根轨迹分析法、频率分析法，这三种方法都分 加大对该课程与前后课程衔接的研究．对已学内容．主要针对课程的 别从稳定性、快速性、准确性三个方面来评定系统各性能指标的Ｈ’ 。因 不同之处进行讲授．略去重复内容 至于教学大纲中规定的一般性的 此深入分析和全面认识这门课程的教学现状．对课程教学改革和应用 了解内容．则在授课过程中只作总体阐述，让学生课余自学。这样．学 型人才的培养具有十分重要的意义。该课程在教学实施中主要有四个 方面的问题。 生在学习过程中既能有重点地学习．又能根据自己的需要扩充知识 面。 １．１内容多．学时少 ２．２理论联系实践．提高动手能力 自动控制原理这门课程内容包括经典控制理论和现代控制理论 两个部分，内容丰富。理论性强，陟及知识面广，信息量大。而目前学习 自动控制原理的教学计划所用学时为４８学时，严重存在内容多、学时 少的矛盾 每课时教学内容量大的话，学生接受困难，难消化，教学效 果必定会受到影响．造成学生听不懂失去兴趣进而放弃这样的恶果： 每课时教学内容少的话，必定影响到部分教学内容。而无论是在工程 实践中．还是学生选择考研，都将涉及到自动控制原理的各个方面，因 此，造成了这种取舍难选的局面。 １．２理论多．实践少 自动控制原理这门课程是自动控制技术的基础课程．因此理论性 较强．涉及到的公式也比较多，概念公式抽象难懂，缺乏理论与实践的 紧密结合 除了数学模型的建立部分内容还有一部分实际系统之外． 但是．这些系统也只是一些简单系统或电路，没有触及到一个真正的 系统 。其他方面，从时域分析法、根轨迹法、频率分析法的分析到系统 综合．都是从已知系统的动态结构开始，根本见不到原系统的影子，因 此学生看到的是抽象的理论，而没有实际操作，久而久之，学生会对高 深的理论失去兴趣 ｉ－３基础差．接受慢 在学习自动控制原理的时候．我们就告诉学生有一些先修课程． 即：高等数学、工程数学、电路、电机与拖动等课程的基础知识，而且还 要有很强的计算能力 学生先修课程基础知识不扎实．影响理论与实 践的有机结合自动控制原理课程是一门来源于工程实践的理论课．要 想理解好概念、定义和理论，需要对相关的物理系统，特别是机械系 图１ ＭＡＴＬＡＢ根轨迹图 在教学过程中．要注重实践教学和理论教学相结合。要求既有严 密的理论体系．又有生动的工程实例．注重对基本概念和基本方法的 介绍．在理论推导中引出工程应用的概念．在实例分析中强化理论概 念．加深学生对自动控制理论的认识和理解 “自动控制原理”课程理 论多．与实际工程结合紧密．在教学过程中加入工程应用实例可以大 大激发学生的学习兴趣。如在讲解自动控制概念的时．从人工控制的 结合了水池水位控制系统这样一个简单的实例［１】．并以图形 统、电气系统的结构特点和工作原理有一定的了解。比如在推导一个 特点出发．描述结构。 物理系统的时域数学模型时．需要用到高等数学、力学定律、电学定律 另外．ＭＡＴＬＡＢ具有强大的图形显示和仿真功能．是控制系统计 等专业知识．对电容的特点不了解．对微分方程的解法不熟悉，对正弦 函数的变化规律不了解．就不能由控制理论解释物理系统的输出量的 算机辅助分析与设计的一个卓越平台 自动控制理论的分析方法有很 如频域分析、根轨迹法等。如果采用ＭＡＴＬＡＢ软件只需几 变化规律．进而影响学生不能将控制理论与实际的物理系统的运行状 多图解法。条简单的指令就可以得到相应的图形，同时，可以方（下转第１３７页） 态和性能分析有机结合 １６７ 科技信息 ０机械与电子０ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２０１１年第３３期 冻结站共有螺杆压缩机１５０台。水泵１５台。积极冻结期每月用电量在 ２５６０万度。电费９００多万元。冻结施工工期为１５个月。按每月平均用 电１８００万度计算，整个工期用电２７０００万度．电费９４５０多万元 通过 变频调速节能量计算目．使用变频调速后可节省电能９４５０万度．电费 ３３００多万元．达到３０％左右。由此可见对冻结站设备实行节能变频控 制，不但可以提高冻结凿井工程的施工进度，保障施工安全．还可以为 国家节约大量电能．为冻结施工单位节约大量资金．带来良好的经济 收益，同时响应了国家节能减排的政策．意义重大。 ５结束语 图２低压机控制流程图 本文介绍了冻结站螺杆压缩机组变频节能控制系统．该系统相对 于原来落后的手动阀门控制方式存在着巨大的优势：节能效果较为明 显；电机转速下降，减少摩擦，延长电机寿命；对电机采取软启动，降低 了启动电压降，减小了对电网的冲击：同时还能够与冻结站盐水泵变 频节能系统目相结合组成冻结站智能节能控制系统．提高了冻结凿井 系统的稳定性，推动了冻结凿井的智能化发展。● 【参考文献】 ［１］刘元璋，于志强节能型螺杆式制冷压缩机研究『Ｊ］．制冷与空调，２００８（８）：１－４． ［２］郑晓亮，马埒，胡业林．冻结站盐水泵变频节能系统设计［Ｊ】．建井技术，２００８ （３）：ｌ９—２２． ［３］蔡宗莲，焦玉学，于志强，赵广涛复叠式螺杆压缩机组的变频控制［Ｊ】．制冷与 空调．２００８（４）：８１—８４． ［４］马国远．制冷压缩机及其应用ｆＭ１．中国建筑工业出版社，２００８． ［５］龙勇，杜俊明．变频调速节能量的计算方法咖．成都希望森兰变频器制造有限 公司． 图３高压机控制流程图 ４节能效果预算 通过在国投新集Ｉ＝１孜东煤矿冻结站实地调研，口孜东主、副、风井 作者简介：赵钰锟（１９８７一），男，河南信阳人，现为安徽理工大学电气与信 息工程学院研究生。研究方向为计算机监控、嵌入式控制。 ［责任编辑：王洪泽］ （上接第１６７页）便地观察参数的变化对控制系统稳定性、动态特性的 脑、手分别起什么作用，属于什么变量，这些作业能不能用机器或者其 他的元件代替。通过简单熟悉的例子，引出自动控制、被控对象、被控 影响．例如在绘制开环传递函数的根轨迹时。只需执行简单的程序后 就会画出根轨迹如图１所示。 变量和负反馈等基本概念．让学生讨论使学生能积极讨论和思考，同 在这个过程中．学生能够提高动手能力．在实践中发现问题、解决 时又对本课程有了感性认识 使课堂气氛活跃 效果提高。另外，引导 问题．进而有所创新。这对于学生步人社会后开展工作非常有益，同时 学生组成研讨小组．让学生寻找相关学习专题或者教师课后给学生留 些思考题．然后以讲座的形式让学生来讲述自己对课题的理解和得 实践教学也能够进一步巩固理论知识。 到的结论 在这个过程中学生阅读大量参考资料，参与教学研讨。这样 ２．３夯实基础．提高学习效率 既可以带动学生的学习积极性．又在活动中得到锻炼提高，同时激发 自动控制原理前期基础课程掌握得好坏直接影响学生学习的进 度及积极性 学习本课程时必须夯实基础，扫除学习障碍。然而大学的 了他们继续深入学习自动控制理论的兴趣。 教学模式有别于中学。－－／＇１课程通常会一个学期或半个学期就结束， ３结论 考查通过就算结束．经过一段时间之后对所学的课程就会遗忘。课程 一● 教学过程中．特别是讲解重点内容之前列出相关的前期数学知识，使 随着控制理论的发展．新的控制方法和控制手段也越来越多．自 学生将数学上的理论知识与工科的专业课程实践结合．提高思维水 动控制技术已经渗透到各个领域。本文针对“自动控制原理”的课程教 平，拓宽视野。在理论分析的基础上，应注重工程定义、物理意义及实 学进行了一些改革与研究．教学实践表明，通过这些改革，提高了学生 际应用的阐述．积极培养学生的系统思维方式．以利于学生能够自主 学习的积极性、主动性，增强了学生分析与解决问题的能力，培养了学 创新地学习｝帕。教学过程中以系统建模、分析、综合为主线，在这个基本 生的创新与思维能力．取得了很好的教学效果．为后续课程的学习奠 框架和教学主线之下展开教学．抓住课程的关键．以系统思想进行教 定了基础。但仍需在今后的教学中作进一步的探索与完善。● 学．训练学生的系统思维方式．可以使学生更好地从整体上理解和掌 握理论知识．在实践中遇到新系统时．学生可以自主创新地进行分析 【参考文献】 设计与控制。 ［１］余成波泊动控制原理［Ｍ】．２版．清华大学出版社，２００９． ２．４化被动为主动．提高学习兴趣 『２］胡寿松．自动控制原理ｆＭ１．５版．国防工业出版社，２００６． ［３］潘明华，姚金．《自动控制原理》在机电类专业的教学改革探索叨．科技信息 传统的的教学通常采用“灌输式”．主要是教师的讲授，很少顾及 ２０１． 学生的接受情况．学生上课边听边抄笔记被动地学习．经常顾此失彼． ２０１０『［４］李昌春，韩力．自动控制原理课程建设的体会与思考［Ｊ】．电气电子教学学报 学生在学习中会感到困难而产生畏难情绪，影响学习效果。因此，要改 ２ｏ￣ｏ（２） 变这种模式而采用“引导、启发和互动式”的教学方法．由浅人深地讲 解有关概念、定义和分析方法，引导学生主动思考问题。例如．在讲授 ［责任编辑：常鹏飞］ 上自动控制概念的例子时．让学生思考讨论人工控制中人的眼睛、大 １３７
