自动控制原理课程实验教学体系改革

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1、自动控制原理课程实验教学体系改革　　摘要：为了加强对学生创新能力和实践能力的培养，针对传统自动控制原理实验教学的不足，提出了多种改革措施。实践表明，改革后的实验教学有利于对学生实际动手能力和设计能力的培养，锻炼了学生分析问题、解决问题的能力，教学效果显著。　　关键词：自动控制原理；实验教学体系；改革；创新能力　　自动控制原理是理工科院校自动化、机电以及测控等电类专业非常重要的一门专业基础课程，也是机械、动力等非电类专业必选的专业课程，授课覆盖面很广，在专业课程设置中占有重要地位[1]。自动控制原理以方法论为基础，主要研究自动控制

2、系统在实际控制过程中表现出来的性能，理论性较强，概念抽象[2]。传统的自动控制原理教学模式重理论，轻实践，导致实验学时偏少，实验类型单一等问题，极大地制约了学生实践能力的发展和创新能力的培养[3]。为了适应国家现代化发展对人才素质和能力的要求，有必要对传统的自动控制原理实验教学体系进行改革，达到培养学生综合应用知识的能力和提高实践能力的要求。　　1自动控制原理实验教学体系具体改革措施　　1.1设计基于Matlab的网络仿真实验系统　　Matlab是美国MathWorks公司开发的一款高级的数值分析、处理与计算软件，包含丰富的函数

3、集合和各种工具箱，其中的控制系统工具箱（ControlSystems6Toolbox）针对线性时不变系统，实现常规控制系统的设计、分析和建模，是国际控制界目前使用最广的工具软件。仿真环境（Simulink）是Matlab最重要的组件之一，它向用户提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境[4]。　　设计基于Matlab-Simulink计算机仿真软件的自动控制原理教学实验系统可以进行模拟仿真、计算机仿真、计算机实时控制等形式的自动控制原理实验，使学生可以借助计算机仿真软件Matlab进行系统设计和分析，开展综合性设计实验，辅

4、助学生理解深奥的理论知识，掌握更为全面的实验手段和实验方法，促进其综合能力的培养。　　1.2多层次的实验类型设置　　自动控制原理课堂教学是按照系统建模、系统分析与设计循序渐进地开展，但在实践教学中这些知识点不是独立存在的，而是融合贯穿于各个实验之中。为解决这一矛盾，我们遵循由浅入深、循序渐进的原则，采取多元化的实验类型设置，将实验分成理论验证性、系统设计性和综合性三个层次，让实验结合工程应用背景，逐步培养学生的自主创新能力。　　（1）理论验证性实验6　　理论验证性实验是在基础实验室进行知识和原理的演示和验证，实验内容包括典型环节

5、的模拟、动态性能、稳定性以及稳态误差等自动控制原理的核心知识点，要求学生通过对实验过程及结果的分析，掌握基本的概念，并加深对相关知识点的理解。基础实验既可以使用以模拟电路为基础的传统实验箱，又可以用基于Matlab的网络仿真平台，两种实验方式相结合既可以使学生了解实际控制系统的模拟电路图，熟练掌握各种常规实验仪器的使用方法与性能，又可以掌握现代计算机仿真技术，从而强化学生的实践能力。　　（2）系统设计性实验　　系统设计性实验可以由教师给出题目或者学生自主命题，在实验过程中，教师只给出实验需要达到的目的和要求，而实验步骤和方法由学

6、生自主设计，期间可以和教师讨论实验结果以及有疑惑的地方。通过这种自主设计的方式，可以培养学生设计方案、选择方案、实施方案直至最后分析实验结果、得出结论的能力，这将有助于培养学生的创新能力。　　（3）综合性实验　　综合性实验是给定一个实际的控制系统，要求分析系统各方面的性能，需要综合运用所学的自动控制原理知识，如单节倒立摆控制系统要求学生从理论上对单节倒立摆系统建模，采用PID算法设计调节器，在Matlab平台仿真获得适当的PID参数范围，并对实际的单节倒立摆控制系统进行实验，观察记录实验结果。　　1.3增加实验学时　　实验教学是

7、工科院校重要的教学环节。自动控制原理课程理论性很强，要使学生理解课程内容，必须设置相应的实验、上机等实践性教学环节[5]，以前我们只设置了8学时实验和上机教学，由于时间限制，只能完成基于实验箱的模拟验证性实验，学生按部就班地、被动地完成实验内容，缺乏灵活性和创造性，因此，有必要增加实验学时，让学生有时间和机会完成综合性实验，提高学生综合运用所学理论知识的能力和创新能力。　　1.4修订实验大纲6　　随着现代教学的发展和社会对人才培养要求的不断提升，自动控制原理实验内容和实验方法发生了变化，相应的实验教学大纲也必须重新设计、调整和规

8、划，体现实验课程在学生学习中的地位和作用。　　（1）由于在传统实验箱的基础上，增设了基于Matlab-Simulink计算机仿真系统的实验，同时还增加了设计性和综合性的实验类型，因此，实验项目增多，实验内容扩大，实验大纲必须随之调整，以满足现代实验教学的需要。