应用型本科院校自动控制原理实验教学探究

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1、应用型本科院校自动控制原理实验教学探究摘要：针对应用型本科院校自动控制原理的课程特点，提出了实验箱模拟与Matlab仿真相结合的实验教学方法，并在基本实验内容的基础上对其进行了拓展。教学实践表明，通过对比模拟实验结果与仿真实验结果，有效提高了学生的学习兴趣，加深了对自动控制原理重要概念、原理、方法的理解与掌握。关键词：应用型本科院校自动控制原理Matlab仿真Researchontheexperimentalteachingofautomaticcontroltheoryintheapplica.tion-orienteduniversitiesZhaoHaifengXuzhou

2、instituteoftechnology,Xuzhou,221111,ChinaAbstract：Accordingtothecharacteristicsoftheautomaticcontroltheorycourseintheapplication-orienteduniversities,anexperimentaiteachingmethodwhichcombinedMATLABSimulationwithexperimentboxwasproposed.Inadditionthedevelopmentwascarriedonbasedonthebasicexperi

3、ments・Theteachingpracticeshowsthattheinterestofstudentsinlearningisincreasedandtheimportantconcepts,principlesandmethodsoftheautomaticcontroltheoryareunderstoodbetterthroughcontrastingsimulationexperimentresuItswiththeimitationresults・Keywords:application-orienteduniversities；automaticcontrol

4、theory；Matlab；Simulation自动控制原理是我校电气工程及其自动化专业的一门专业必修课，也是进一步学习和研究其他控制理论的先行课程。自动控制原理主要内容包括：自动控制理论的发展简史和自动控制系统的一般概念、自动控制系统的一般表示方法和数学模型、三种常用分析方法（包括时域分析法、根轨迹法、频域法）的基本概念、基本原理及其应用、线性定常系统的设计等［1］。学生对自动控制原理的掌握程度，直接影响到计算机控制技术、调速技术等课程的学习，在电气工程及其自动化专业课程体系中占有极其重要的地位。本课程的教学目的与任务在于通过学习使学生掌握自动控制系统的工作原理、系统数学模型的

5、建立、系统性能的分析方法以及改善系统性能的途径，从而为学生今后的学习和工作打下基础。但由于自动控制原理内容抽象，含有大量的数学公式推导以及图表曲线，系统性强，学生普遍反映该课程比较难学,期末考试通过率较低。我校作为应用型本科院校，与研究型本科院校不同，不要求学生掌握烦琐理论公式的推导与证明，而是注重理论与实际相结合，培养学生工程实践能力。因此，相比理论教学环节，实验教学环节显得更为重要。为了有效提高实验教学质量，提出了实验箱模拟与Matlab仿真相结合的实验教学方法，并在基本实验内容的基础上对其进行了拓展。1自动控制原理实验箱模拟目前国内各高校在自动控制原理实验教学环节中大多采用

6、了自动控制原理实验箱，以提高学生的动手能力［2］。我院所使用的EL-AT-III型自动控制原理实验箱面板如图1所示。实验箱面板主要包括：八组实验模块、二极管、电阻、电容区、A/D、D/A卡输入输出模块、电源模块以及变阻箱、变容箱模块。图1自动控制原理实验箱面板示意图EL-AT-III型自动控制原理实验箱的基本原理是采用复合网络法模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络与反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节相连，便可得到相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线，通过简单计算便可获得系

7、统动态与稳态性能指标。通过自动控制原理实验箱模拟实验，有利于学生进一步掌握系统模拟电路的构成。笔者以编号为S05203302的“二阶系统阶跃响应”为例。本实验的主要目的在于研究二阶系统特征参数：阻尼比和无阻尼自然振荡频率对系统动态性能的影响，分析阻尼比和无阻尼自然振荡频率与最大超调量和调节时间之间的关系。在本实验中，自动控制原理实验箱模拟实验的具体步骤如下：步骤1：连接被测量典型环节的模拟电路。如图1所示,电路的输入U1接A/D及D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D和D/