非电类专业控制理论课程教学方法研究

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1、非电类专业控制理论课程教学方法研究非电类专业的控制理论课程课时较少，但包含了经典控制的主要内容，理论抽象，数学基础要求高，联系实践紧密，需要精心设计教学方法。围绕控制理论的方法论教学、理论教学和案例教学三个方面，分别阐述了教学中应注意的问题，探讨了非电类专业控制理论课程教学方法，以加强课程基本原理、数理知识应用的讲授同时强化工程应用背景。关键词：控制理论；本科生教学；非电类专业　　控制理论课程是许多非电类专业（如机械类、能源动力类和飞行器设计类专业等）重要的专业基础课。这类课程，包括“控制系统工程”、“控制工程

2、基础”和“自动控制原理基础”等，学时少，如40学时或48学时；但内容较多，包括系统建模、拉普拉斯变换、线性定常连续系统的时域分析、复域分析和频域分析等经典控制理论的主要内容；且难度较大，理论抽象，涉及较多数学知识，然而又与工程实践联系紧密，许多方法具有工程特点。为了让学生在这么短的时间内较好地掌握自动控制的基本原理，具备对控制系统进行定性分析、定量计算的能力，需要精心安排教学内容和方法。本文根据笔者自身的教学实践体会并结合老教师的教学经验，就控制理论课程的方法论、理论和案例几个方面的教学问题，探讨了非电类工科学

3、生的控制理论课程的教学方法。　　一、方法论的教学　　控制理论是建立在具有鲜明特点的科学方法论上的，理论具有普遍性。让非电类专业的学生掌握控制理论的基本思想是授课中首先要做到的，也是贯穿课程始终的主线。一般第一堂课讲授绪论时的重点就是介绍控制理论的核心思想、发展历史、应用背景、控制系统的定义与组成以及控制系统的基本要求等。通过绪论这堂课，要让学生对控制科学有个概括的了解，建立一个以反馈控制为核心的控制理论知识框架。这样，学生在后续课程学习中，能够将控制系统定量分析与设计方法补充到这个知识框架中，牢固地掌握所学知识

4、。　　自动控制技术的核心是反馈控制，系统利用测量元件反馈的信号与参考输入比较得到偏差信号，系统利用偏差信号经过控制算法计算，最终达到消除偏差的目的。通过讲解一个简单的电机速度控制系统的运行过程，举例说明反馈控制原理，联系生活中使用电机的场合，向学生提问，哪些是有闭环转速控制的电机（例如电梯中的电机），哪些没有进行闭环控制（例如小风扇中的电机），引导学生思考，帮助学生理解反馈控制的含义。结合更复杂一些的贴近生活的反馈控制例子，例如室温控制系统，讲授反馈控制系统的组成部分（执行元件、测量元件等）以及前向通路、反馈通

5、路等概念。介绍自动控制的稳、准、快三个要求，阐述其基本含义，指出后续章节都是围绕这三个要求展开的，使学生对课程有个整体的印象。　　二、控制理论的教学　　控制理论课程是理论性很强的一门课，涉及较多数学概念，信号变换关系抽象，不易形象化展示。控制理论与工程实践联系紧密，许多分析方法具有典型的工程特色，例如经验公式、主导极点、图解法等，对于未接触过工程实践的学生来说，是一套新的思路，理解上需要一个过程。而且，非电类专业控制理论课程内容多，包括了经典控制的主要内容，而课时少。以上原因使得学生往往觉得控制理论课程难学。因

6、此需要精心安排教学进程，循循善诱地引导学生跟上思路，掌握知识。在课程教学中既要加强课程基本原理和数理知识应用的讲授，又要强化工程应用背景。　　（一）基本原理和数理知识　　讲授抽象概念和理论时，运用类比、简化推导过程和形象化给出结论等方法，将课程内容与学生已有知识连贯起来，让非电类专业的学生学习到经典控制的精髓。控制理论的数学基础要求较高，而且有些概念对非电类学生可能比较陌生。拉普拉斯变换是比较典型的例子，这个数学概念许多学生第一次接触到，而又比较抽象，涉及复变函数等较高深的数学知识。若要在短短的一堂课内完整全面

7、地向初学者介绍拉普拉斯变换，往往容易流于满堂灌的形式，学生不仅难以掌握拉普拉斯变换的准确含义和应用，而且很可能对这门课产生畏难心理，不利于后续课程的学习。其实控制理论中的拉普拉斯变换重在应用，使用上并不深奥，学生只要准确了解该变换的思想、掌握性质，利用已有的复数计算的知识，就可以应对后续章节中的应用场合。首先向学生讲解拉氏变换的概念，向学生强调拉氏变换将时间域函数与复数域函数一一对应，这样通过对复数域函数进行计算来处理时间域函数。接着介绍，拉氏变换的具体定义一般不直接用于计算，拉氏变换的性质在应用中非常重要，详

8、细介绍各条性质，并强调使用条件。紧接着启发学生思考如何计算拉氏反变换，此时学生一般会想到使用计算反变换的定义公式，对此指出其实一般不使用定义计算，只需部分分式展开、利用拉氏变换的性质灵活查表即可获得拉氏反变换。最后，非常重要的是向学生讲解使用拉氏变换求解微分方程的例子，既可以让学生在例子中体会拉氏变换与反变换的应用，又可以给学生一个直观印象，即拉氏变换为系统分析与设计提供了便利，从而使