《自動控制原理》課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

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1、《自動控制原理》課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐-設(shè)計(jì)論文《自動控制原理》課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐作者簡介：孫昌躍（1962-），男，湖南藍(lán)山人，高級工程師，主要從事控制科學(xué)與工程的教學(xué)與科研工作研究。孫昌躍，歐青立（湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，湖南湘潭411201）摘要：針對“卓越計(jì)劃”的目標(biāo)和社會對電氣工程與自動化專業(yè)人才能力的要求，就主干課程《自動控制原理》的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐，介紹了課程教學(xué)組織、教學(xué)思路、教學(xué)手段等情況?；诮虒W(xué)過程的反饋閉環(huán)控制和采取配套的教學(xué)方法及教學(xué)措施，以確保學(xué)生學(xué)習(xí)效果的提高和教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：卓越計(jì)劃；自動控制原理；課程教學(xué)設(shè)計(jì)中圖分類號：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)

2、志碼：A文章編號：1674-5884（2014）11-0044-03“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”是推進(jìn)我國高等工程教育改革，促進(jìn)高校培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展需要的高級專門人才的重大舉措。因此，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新型工程人才就成為工科類高校教育目前面臨的重要任務(wù)［1］。我校是教育部批準(zhǔn)實(shí)施“卓越計(jì)劃”的高校，電氣工程及其自動化專業(yè)是首批進(jìn)入該計(jì)劃的專業(yè)之一。為貫徹學(xué)校以社會需求為導(dǎo)向、以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量為目標(biāo)、主動對接“四化兩型”建設(shè)戰(zhàn)略的人才需求和旨在培養(yǎng)具有“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)適應(yīng)、有特長”的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的指導(dǎo)思想，落實(shí)“卓越計(jì)劃”的要求，我們對現(xiàn)有電氣工程及其自動化專業(yè)的課程體

3、系進(jìn)行了梳理和調(diào)整，以適應(yīng)工程能力素質(zhì)培養(yǎng)為主線的“卓越工程師”人才培養(yǎng)模式。其中，自動控制原理是電氣工程及其自動化專業(yè)的主干課程之一，所涉及理論知識不僅是后續(xù)其它專業(yè)課的基礎(chǔ)，而且其教學(xué)效果關(guān)系本專業(yè)“卓越工程師”的預(yù)期能力培養(yǎng)，因此該課程教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐具有現(xiàn)實(shí)意義。1以教學(xué)目標(biāo)為中心的課程教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐自動控制原理涉及控制工程的理論與實(shí)踐，強(qiáng)調(diào)反饋控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用，是“卓越計(jì)劃”電氣工程及其自動化專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。除要求先修物理、高等數(shù)學(xué)等課程外，還要求具備拉普拉斯變換、線性代數(shù)等基礎(chǔ)，因此，相對缺乏理論知識與工程實(shí)踐的學(xué)生而言，其理論性和抽象性的特點(diǎn)決定

4、了這門課程的難度?！蹲詣涌刂圃怼氛n程教學(xué)以理論講授為主，如何體現(xiàn)工程元素，使課程教學(xué)能更好地保證學(xué)生學(xué)習(xí)到“卓越工程師”所需的技術(shù)基礎(chǔ)知識，我們從如下幾個方面進(jìn)行了初步的探索與實(shí)踐。1.1基于反饋機(jī)理的教學(xué)過程組織如圖1所示，《自動控制原理》課程按照閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋機(jī)理組織教學(xué)［2-3］。每一章開始講授時就規(guī)定了本章節(jié)結(jié)束時學(xué)生應(yīng)該掌握的基本知識點(diǎn)和應(yīng)取得學(xué)習(xí)效果，使學(xué)生有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)。每一章基本概念和基本原理講解后，結(jié)合對精心挑選的工程實(shí)例分析，進(jìn)一步闡述基本概念和基本原理應(yīng)用，不斷強(qiáng)化學(xué)生對基本概念和基本原理的理解、掌握及工程應(yīng)用意識，并且每一章結(jié)尾對本章重點(diǎn)做簡要的總結(jié)

5、，以強(qiáng)調(diào)本章所涉及的主要問題和結(jié)論。其次，根據(jù)課堂測試、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)的完成情況，通過及時調(diào)整課程講授進(jìn)度、安排習(xí)題課和討論課等多種措施，幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)效果。總之，通過給學(xué)生設(shè)定每一章學(xué)習(xí)目標(biāo)、根據(jù)對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評價結(jié)果和及時調(diào)整教學(xué)進(jìn)度以及不斷改進(jìn)教學(xué)方法，使整個教學(xué)過程構(gòu)成以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果為目的的閉環(huán)控制，確保教學(xué)目標(biāo)的有效落實(shí)。1.2定性分析與定量分析相結(jié)合的教學(xué)思路控制系統(tǒng)的定量分析顯然是重要的，但對問題及其分析方法的定性或直觀理解也是學(xué)生構(gòu)建工程設(shè)計(jì)思維所需的關(guān)鍵因素。鑒于人們對新知識、現(xiàn)象的認(rèn)知，總是遵循從定性到定量、再到定性的這一規(guī)律［3］。因此，只要有可能，在進(jìn)行

6、定量分析和設(shè)計(jì)之前，都要定性地討論新概念，以期在學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)上建構(gòu)新知識。例如在討論基于根軌跡的校正方法時，引導(dǎo)學(xué)生觀察附加開環(huán)零、極點(diǎn)對閉環(huán)系統(tǒng)零、極點(diǎn)分布的影響所導(dǎo)致的系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)變化情況，使學(xué)生能在直觀上理解與把握根軌跡校正方法的機(jī)理。又如討論開環(huán)系統(tǒng)的Bode圖時，將Bode圖的低頻段、中頻段和高頻段與相應(yīng)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能、穩(wěn)定性與動態(tài)性能和噪聲衰減性能聯(lián)系起來，并結(jié)合對二階欠阻尼系統(tǒng)定量分析所建立的時域性能指標(biāo)與頻域性能指標(biāo)的關(guān)系（如阻尼系數(shù)與相位裕度、調(diào)節(jié)時間與幅值穿越頻率的函數(shù)關(guān)系），為基于開環(huán)系統(tǒng)頻率特性的校正方法奠定直觀的工程設(shè)計(jì)思路?？傊?，在引入新概念、

7、方法時，注重基本概念講解和嚴(yán)格推理及數(shù)學(xué)證明相結(jié)合，以符合人們對新知識、現(xiàn)象的認(rèn)知規(guī)律來引導(dǎo)學(xué)生掌握整個課程的分析、學(xué)習(xí)思路。1.3仿真實(shí)驗(yàn)與硬件實(shí)驗(yàn)結(jié)合的教學(xué)方法如前所述，自動控制原理課程涉及的數(shù)理知識較多，對學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)和抽象思維能力的要求較高。為了促進(jìn)學(xué)生對基本概念和基本原理的正確理解與把握，我們利用湖南科技大學(xué)國家電工電子實(shí)驗(yàn)示范中心的現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝備，整合了一組自動控制原理物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。由于先修課程《電路原理》和《電子技術(shù)》奠定的基礎(chǔ)，主要由運(yùn)算放大器、電阻、