自動化專業自動控制原理的教學探討

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1、自動化專業自動控制原理的教學探討摘要：本文闡述瞭在“自動控制原理”教學中要強化概念，淡化計算，並就自動化專業如何上好"自動控制原理”進行瞭論述關鍵詞：自動化；控制系統；自動控制原理；強化概念中圖分類號：TP13文獻標識碼：A1引言“自動控制原理”是研究自動控制共性規律的技術科學。控制理論與其它任何學科一樣，源於社會實踐和科學實踐。隨著社會生產和科學技術的迅猛發展，自動控制已形成瞭完整的理論體系，主要包括經典控制理論、現代控制理論，以及自20世紀80年代逐漸形成的大系統理論和智能控制理論。’'自動控制原理”是自動化類專業一門很

2、重要理論基礎和技術課程。該課程的特點是：內容豐富、理論性強、涉及知識面廣、信息量大、而且比較抽象，是具有一定深度和學習難度的課程。本文主要討論如何在這門課程的教學過程中把抽象的理論具象化，如何提高大傢的興趣，如何把這門課程與整個專業體系結合起來2上好《自動控制原理》第一課對於這門難度很高的課程，第一課一定要給予學生充分的感性認識，為基本概念的掌握打下好的基礎。隻有掌握瞭基本的概念，學生才有進一步自我深化的可能。而同時感性認識的獲得的方法莫過於實際的例子。筆者為此設計瞭一些例子來進行教學,獲得瞭較好的效果。現舉出常用的一個例子

3、與大傢共同探討如圖所示，這是一個水位自動控制系統首先需讓同學們明白這個系統的控制過程。在教學實踐中發現，由於比較貼近生活，同學們對於這個系統的自動運行原理基本都能自發自然的理解，不需太多的引導。但當教師要同學們對他自己的理解進行表述時卻都不能準確完整的表達。因此在教學過程中要引導大傢如何進行準確完整的表述。一般有以下這樣幾點需要表述出來(1)系統的控制目標是什麼？被控制量是什麼？被控對象是哪個？擾動量有哪些？(被控對象和被控量不要混淆，要讓同學們分清楚，同時還要讓大傢明白系統的概念)(2)什麼元件實現對被控對象的驅動？這個元

4、件就是執行元(3)哪個元件實現對被控量的測量？它就是檢測元件。它的信號是如何反饋的？(4)輸入量由哪個元件給定？反饋量如何與給定量進行比較？(一般要進行反饋量大於給定量和小於給定量的兩方面分析，在講解的時候要重點突出負反饋在自動控制系統中作用和地位)(5)系統還有哪些元件給定？它們在系統中起什麼作用？通過這樣的引導，同學們基本能完整準確的表述。反復進行這樣的訓練，同學們從中可以得到這些學習效果：基礎概念不斷豐富深入認識理解，系統的繚密的思維不斷建立完善，語言表達能力得到提高。而且在分析的過程中，同學還能感覺到自動化原來並不是

5、那麼神秘，是可以學會，可以掌握的，從而提高大傢學習興趣當然在實際教學中，不能僅舉上述一個例子，還需很多例子，如直流調速系統、位置隨動系統、過程控制系統(一般書上溫度控制最常見到)等等。例子越多，同學們感性認識越豐富，基礎概念理解越深入準確。當然這個學習的過程中，還應該適當的留下空白，讓同學們解答，或者讓同學們寫出一些簡單控制系統的分析，作為大作業評講我們在分析自控過程時，要讓同學們領會到自動化專業課程體系的結構，知道每門課程的基本作用和地位。從而通過這門課程讓大傢可以初步建立起本專業的知識框架，至於具體內容，當然需要每門課程

6、的具體教學去完成瞭3對洎動控制原理”課，從實際控制系統入手進行教學，強調工程和物理概念“自動控制原理”是一門理論性較強的課程，涉及知識面廣，信息量大，所涉及的數學基礎較為廣泛，從微積分，復變函數，離散數學到矩陣理論。學生覺得難學，教師覺得難教。如果在教學過程中隻註重一般的數學論證，缺乏工程和物理概念的闡述，學生學後不知用在哪裡，如何運用。學生在課堂上忙於做筆記,課後忙於根據公式作大量的習題，考完試後，公式忘掉瞭，腦子裡一片空白。這樣的學習效果為後續專業課程的學習、畢業設計以及就業工作等帶來許多問題任課教師必須有一個明確的認識

7、，那就是設置本課程的教學目的並不在於使學生僅僅多學一些知識，而是通過該課程的學習，在學生頭腦中形成一種穩固的思想，並使他們自己學會找出與本專業的實踐結合點，培養一種對知識應用和創造的能力。在教學過程中一定要重點講述基本概念、基本原理和基本方法通過典型示例，引出控制、自動控制，反饋等基本概念。例如，通過人騎自行車這樣一個最簡單的例子，引出控制系統的基本構成，通過人的控制將不穩定的被控對象通過反饋控制變成穩定，並且可實現跟蹤控制，進而引出機器人控制這個熱點的控制問題。根據換熱器的溫度控制，讓同學們明確閉環控制的首要目的是為瞭克服

8、不確定性因素，如對象本身的不確定性以及不確定性的幹擾等。在關於穩定性的教學中，還要明確反饋可能會引起系統的不穩定，保持系統的穩定性是控制系統設計首先必須滿足的基本要求。通過系統傳遞函數分析的關於系統的穩定性是有界輸入/有界輸出（BI/BO）穩定性，因傳遞函數本身就是關於系統的輸入輸出描述。