《自动控制原理》课程教学设计与实践

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1、《自动控制原理》课程教学设计与实践-设计论文《自动控制原理》课程教学设计与实践作者简介：孙昌跃（1962-），男，湖南蓝山人，高级工程师，主要从事控制科学与工程的教学与科研工作研究。孙昌跃，欧青立（湖南科技大学信息与电气工程学院，湖南湘潭411201）摘要：针对“卓越计划”的目标和社会对电气工程与自动化专业人才能力的要求，就主干课程《自动控制原理》的教学设计与实践，介绍了课程教学组织、教学思路、教学手段等情况。基于教学过程的反馈闭环控制和采取配套的教学方法及教学措施，以确保学生学习效果的提高和教学目标的实现。关键词：卓越计划；自动控制原理；课程教学设计中图分类号：G642.0文献标

2、志码：A文章编号：1674-5884（2014）11-0044-03“卓越工程师教育培养计划”是推进我国高等工程教育改革，促进高校培养适应社会发展需要的高级专门人才的重大举措。因此，提高人才培养质量、培养创新型工程人才就成为工科类高校教育目前面临的重要任务［1］。我校是教育部批准实施“卓越计划”的高校，电气工程及其自动化专业是首批进入该计划的专业之一。为贯彻学校以社会需求为导向、以提高人才培养质量为目标、主动对接“四化两型”建设战略的人才需求和旨在培养具有“厚基础、宽口径、强适应、有特长”的高素质创新型人才的指导思想，落实“卓越计划”的要求，我们对现有电气工程及其自动化专业的课程体

3、系进行了梳理和调整，以适应工程能力素质培养为主线的“卓越工程师”人才培养模式。其中，自动控制原理是电气工程及其自动化专业的主干课程之一，所涉及理论知识不仅是后续其它专业课的基础，而且其教学效果关系本专业“卓越工程师”的预期能力培养，因此该课程教学设计和实践具有现实意义。1以教学目标为中心的课程教学设计和实践自动控制原理涉及控制工程的理论与实践，强调反馈控制系统的分析、设计与实际应用，是“卓越计划”电气工程及其自动化专业最重要的专业基础课程。除要求先修物理、高等数学等课程外，还要求具备拉普拉斯变换、线性代数等基础，因此，相对缺乏理论知识与工程实践的学生而言，其理论性和抽象性的特点决定

4、了这门课程的难度。《自动控制原理》课程教学以理论讲授为主，如何体现工程元素，使课程教学能更好地保证学生学习到“卓越工程师”所需的技术基础知识，我们从如下几个方面进行了初步的探索与实践。1.1基于反馈机理的教学过程组织如图1所示，《自动控制原理》课程按照闭环控制系统的反馈机理组织教学［2-3］。每一章开始讲授时就规定了本章节结束时学生应该掌握的基本知识点和应取得学习效果，使学生有明确的学习目标。每一章基本概念和基本原理讲解后，结合对精心挑选的工程实例分析，进一步阐述基本概念和基本原理应用，不断强化学生对基本概念和基本原理的理解、掌握及工程应用意识，并且每一章结尾对本章重点做简要的总结

5、，以强调本章所涉及的主要问题和结论。其次，根据课堂测试、作业和实验的完成情况，通过及时调整课程讲授进度、安排习题课和讨论课等多种措施，帮助学生提高学习效果。总之，通过给学生设定每一章学习目标、根据对学生学习效果的评价结果和及时调整教学进度以及不断改进教学方法，使整个教学过程构成以促进学生学习效果为目的的闭环控制，确保教学目标的有效落实。1.2定性分析与定量分析相结合的教学思路控制系统的定量分析显然是重要的，但对问题及其分析方法的定性或直观理解也是学生构建工程设计思维所需的关键因素。鉴于人们对新知识、现象的认知，总是遵循从定性到定量、再到定性的这一规律［3］。因此，只要有可能，在进行

6、定量分析和设计之前，都要定性地讨论新概念，以期在学生已有的知识基础上建构新知识。例如在讨论基于根轨迹的校正方法时，引导学生观察附加开环零、极点对闭环系统零、极点分布的影响所导致的系统动态响应变化情况，使学生能在直观上理解与把握根轨迹校正方法的机理。又如讨论开环系统的Bode图时，将Bode图的低频段、中频段和高频段与相应闭环系统的稳态性能、稳定性与动态性能和噪声衰减性能联系起来，并结合对二阶欠阻尼系统定量分析所建立的时域性能指标与频域性能指标的关系（如阻尼系数与相位裕度、调节时间与幅值穿越频率的函数关系），为基于开环系统频率特性的校正方法奠定直观的工程设计思路。总之，在引入新概念、

7、方法时，注重基本概念讲解和严格推理及数学证明相结合，以符合人们对新知识、现象的认知规律来引导学生掌握整个课程的分析、学习思路。1.3仿真实验与硬件实验结合的教学方法如前所述，自动控制原理课程涉及的数理知识较多，对学生的专业基础和抽象思维能力的要求较高。为了促进学生对基本概念和基本原理的正确理解与把握，我们利用湖南科技大学国家电工电子实验示范中心的现有实验装备，整合了一组自动控制原理物理实验项目。由于先修课程《电路原理》和《电子技术》奠定的基础，主要由运算放大器、电阻、