王 娟 李俊紅

南通大學(xué)電氣工程學(xué)院 江蘇南通 226019

自動控制原理課程是電氣信息類一門核心的專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]，在機(jī)械、能源、化工等專業(yè)中都有著極其重要的地位。同時，該門課程將其他專業(yè)課程聯(lián)結(jié)起來，起到了承前啟后的核心作用。

本課程教學(xué)難點在于這門課程具有理論性強(qiáng)、概念抽象及分析方法多，與數(shù)學(xué)聯(lián)系緊密，理論和實踐聯(lián)系密切及結(jié)合難等特點[2]。因此，實驗教學(xué)可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并有機(jī)地將理論學(xué)習(xí)和實驗實踐結(jié)合起來。但目前自動控制原理實驗教學(xué)中普遍采用MatLab仿真驗證性實驗偏多，筆者在專業(yè)認(rèn)證背景下提出了將ACCT自控實驗箱應(yīng)用于自動控制原理課程實驗教學(xué)中的策略。經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐證明，可增加學(xué)生的工程實踐能力和分析問題及解決問題的能力，充分調(diào)動教師和學(xué)生的積極性，全面提高教學(xué)質(zhì)量[3]。

1 實驗教學(xué)內(nèi)容的改革

筆者在分析課程各個重點知識點的基礎(chǔ)上，提出了采用ACCT自控實驗箱和MatLab仿真軟件的實驗方法，全面鍛煉學(xué)生的工程實踐能力和分析問題及解決問題的能力，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，全面推進(jìn)實踐教學(xué)與理論教學(xué)有機(jī)結(jié)合 。筆者在分析知識點特點基礎(chǔ)上，提出了上述2種實驗方法。

知識點1：控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模。利用ACCT實驗控制箱完成典型環(huán)節(jié)的電路模擬，要求學(xué)生根據(jù)典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)完成電路設(shè)計、線路連接等，可鍛煉學(xué)生思考問題和解決問題的工程實踐能力。確保實現(xiàn)畢業(yè)達(dá)成度中對工程知識、問題分析、研究等的要求。

知識點2：線性系統(tǒng)的時域分析。利用ACCT實驗控制箱完成二階系統(tǒng)、三階系統(tǒng)電路設(shè)計、線路連接等，觀察二階系統(tǒng)參數(shù)變化對系統(tǒng)動態(tài)性能影響，并從理論角度進(jìn)行分析推導(dǎo)。觀察三階系統(tǒng)參數(shù)變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性能影響，并從理論角度進(jìn)行分析推導(dǎo)。該實驗有機(jī)地將理論分析與實驗實踐緊密結(jié)合，確保實現(xiàn)畢業(yè)達(dá)成度中對工程知識、問題分析、設(shè)計開發(fā)解決方案、研究、終身學(xué)習(xí)等要求。

知識點3：線性系統(tǒng)的根軌跡分析。此知識點主要考查參數(shù)變化對控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、動態(tài)性能的影響。MatLab軟件仿真方法加深學(xué)生對5個動態(tài)性能指標(biāo)參數(shù)、穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差以及參數(shù)變化對系統(tǒng)動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能的影響的理解。并能根據(jù)控制要求自行設(shè)計相關(guān)參數(shù)進(jìn)行驗證，極大地啟發(fā)了學(xué)生的思維，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。確保實現(xiàn)畢業(yè)達(dá)成度中對工程知識、問題分析、研究、使用現(xiàn)代工具、溝通、終身學(xué)習(xí)等要求。

知識點4：線性系統(tǒng)的頻域分析，此知識點涉及的分析方法有幅頻特性分析法、對數(shù)頻率特性分析法、頻域穩(wěn)定判據(jù)、穩(wěn)定裕度和控制系統(tǒng)頻域指標(biāo)計算以及系統(tǒng)設(shè)計。此知識點是本課程的重點，也是難點。針對本知識點概念抽象、數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)多、與其他專業(yè)課程聯(lián)系較緊密等特點，實驗充分利用現(xiàn)有ACCT實驗控制箱，完成運放電路的連接及設(shè)計，實現(xiàn)ACCT實驗控制箱與計算機(jī)軟件之間的通訊及運行調(diào)試。通過此實驗一方面鍛煉了學(xué)生的動手能力和設(shè)計問題能力，另一方面通過實驗更進(jìn)一步加深學(xué)生理論學(xué)習(xí)中頻率特性分析法及穩(wěn)定性判斷方法的理解。同時這個實驗也融合了系統(tǒng)集成技術(shù)、通訊技術(shù)、電路、數(shù)字技術(shù)等多門專業(yè)知識，使理論與實踐有機(jī)結(jié)合。確保實現(xiàn)畢業(yè)達(dá)成度中對工程知識、問題分析、設(shè)計、工程與社會、職業(yè)規(guī)范、溝通、終身學(xué)習(xí)等要求。

知識點5：線性控制系統(tǒng)的校正方法，這是本課程的一大難點，但在實際應(yīng)用中有很廣泛的研究。該知識點主要掌握四種校正方法特點和設(shè)計，為了加深學(xué)生理解，實驗中利用ACCT實驗控制箱件展開初步研究，初步完成串聯(lián)校正的設(shè)計。確保實現(xiàn)畢業(yè)達(dá)成度中對工程知識、問題分析、設(shè)計開發(fā)解決方案、研究、終身學(xué)習(xí)等要求。

知識點6：線性離散控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計，該知識點需掌握線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法和動態(tài)性能分析等。該知識點要求學(xué)生把握線性連續(xù)系統(tǒng)與線性離散系統(tǒng)分析之間的聯(lián)系以及區(qū)別。通過ACCT型實驗控制箱實驗，學(xué)生完成運放電路設(shè)計，借助上位機(jī)軟件可直觀地分析離散系統(tǒng)穩(wěn)定性能以及動態(tài)性能，進(jìn)一步加深了對理論知識理解并鍛煉了學(xué)生思考問題以及總結(jié)問題的能力。確保實現(xiàn)畢業(yè)要求中對工程知識、問題分析、設(shè)計開發(fā)解決方案、研究、溝通、終身學(xué)習(xí)等要求。

知識點7：非線性控制系統(tǒng)分析，該知識點要求學(xué)生掌握相平面分析方法、描述函數(shù)分析法并完成非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計。在本知識點實驗設(shè)計中利用現(xiàn)有ACCT實驗控制箱，完成模擬電路的設(shè)計與連接，用描述函數(shù)分析方法和相平面分析方法分析非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過ACCT型實驗控制箱實驗，加深了學(xué)生對描述函數(shù)分析方法和相平面分析方法的認(rèn)識，也鍛煉了學(xué)生工程設(shè)計實踐能力，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。確保實現(xiàn)畢業(yè)要求中對工程知識、問題分析、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會、職業(yè)規(guī)范、溝通、終身學(xué)習(xí)等要求。

通過對上述知識點的剖析，筆者建立了兩種實驗方法，即引入MatLab仿真軟件和ACCT實驗控制箱，創(chuàng)建了學(xué)生理論學(xué)習(xí)和實驗緊密結(jié)合的新教學(xué)方法，確保實現(xiàn)畢業(yè)達(dá)成度中對工程知識、問題分析、設(shè)計開發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、溝通、終身學(xué)習(xí)等要求。該實驗教學(xué)方法極大地鍛煉了學(xué)生思考問題和解決問題的工程實踐能力，促進(jìn)了本課程學(xué)習(xí)中師生互動、生生互動，取得了較好的教學(xué)效果。

2 結(jié)語

教學(xué)實踐證明，將綜合設(shè)計性實驗教學(xué)法應(yīng)用到自動控制原理課程教學(xué)環(huán)節(jié)中激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，加強(qiáng)了學(xué)生對工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)。從近年來學(xué)院各類專業(yè)競賽獲獎情況以及畢業(yè)學(xué)生反饋來看，這些方法起到了明顯的實際效果，為國家和社會培養(yǎng)了真正有用的自動化領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人才。