自动控制原理课程实验教学探索
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作者: 王娟
摘 要 针对自动控制原理课程中知识点多、理论性强、概念抽象等特点，提出利用JX-300X DCS控制系统、控制系统实验操作箱和MATLAB仿真软件等进行实验教学。通过上述实验教学的应用，锻炼学生的工程实践能力，提高学生分析问题和解决问题的能力，大大提高学生学习的积极性，全面提高教学质量。
关键词 DCS控制系统；MATLAB仿真软件；工程实践能力
中图分类号：G642.423 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2011)36-0117-02
Research of Experiment Teaching in Course of Automation Control Theory//Wang Juan
Abstract According to the characteristics of much information, powerful theory and abstract concept, JX-300X DCS control system, experimental box of control system and MATLAB simulation software are used in experiment teaching. Through such experimental teaching application, the engineering practice of students is trained and the capability of parsing problem and solving problem is improved. At the same time, the motivation to study for students is raised and the quality of instruction is advanced in the round.
Key words DCS control system; MATLAB simulation software; engineering practical capability
Author’s address School of Xinglin, Nantong University, Nantong, Jiangsu, China 226019; School of Electric Engineering , Nantong University, Nantong, Jiangsu, China 226019
1 引言
自动控制原理课程是电气信息类一门核心的专业基础课程[1]，在机械、能源、化工等专业中都有着极其重要的地位。同时，该门课程将其他专业课程联结起来，起到承前启后的核心作用。
本课程教和学的难点在于这门课程具有理论性强、概念抽象及分析方法多，与数学联系紧密，理论和实践联系密切及结合难等特点[2]。因此，笔者在分析课程各个章节特点的基础上，提出采用实验室硬件设备和MATLAB仿真软件相结合的实验方法，增加学生的工程实践能力和分析问题及解决问题的能力，充分调动教师和学生的积极性，全面提高教学质量。
2 实验教学内容的改革
针对自动控制原理课程理论性强，概念抽象等问题，笔者认真分析各个章节的特点和重点及难点，提出章节分类实验方法。
1）第一章为自动控制系统的一些基本概念，如传感器、执行器、检测变送元件等，这些专业词汇对于刚学的学生而言，概念抽象难于理解，且与实际无法紧密联系。为此，笔者一方面通过课堂教学中增加工程实例讲解使学生易于理解，另一方面充分利用本校实验室资源安排DCS控制系统认识实验，带领学生进入实验室现场观察锅炉液位、温度、流量、频率等控制量的控制回路，在现场让学生找出每个控制回路的重要元件，进一步加深对控制系统概念的理解。
2）第二章为控制系统的数学建模，数学建模的方法通常有实验法建模和机理法建模2种类型，书上主要针对机理法建模展开研究。目前实验教学在工程实际中，实验法建模更通用一些，可以利用实验室资源，对三容液位、双容液位、锅炉温度以及锅炉液位等运用实验测定法建立其数学模型，可锻炼学生思考问题和解决问题的工程实践能力。
3）第三章为线性系统的时域分析法，第四章为线性系统的根轨迹分析方法。这两章概念多、分析方法多、且与数学联系较紧密，也是本课程的重点。为此安排用MATLAB软件仿真方法加深学生对5个动态性能指标参数、稳定性、稳态误差以及参数变化对系统动态性能和稳态性能的影响的理解。并能根据控制要求，自行设计相关参数进行验证，极大地启发学生的思维，激发学生学习的兴趣。
4）第五章为线性系统的频域分析法，这一章节涉及的分析方法有幅频特性分析法、对数频率特性分析法、频域稳定判据、稳定裕度和控制系统频域指标计算以及系统设计。这一章是本课程的重点，也是难点。针对本章概念抽象、数学公式推导多、与其他专业课程联系较紧密等特点，本章实验充分利用现有ACCT-I型实验控制箱，完成运放电路的连接及设计，实现ACCT-I型实验控制箱与计算机软件之间通讯及运行调试。通过此实验一方面锻炼学生的动手能力和设计问题能力，另一方面通过实验更进一步加深学生理论学习中频率特性分析法及稳定性判断的方法。同时这个实验也融合系统集成技术、通讯技术、电路、数字技术等多门专业知识，使理论与实践有机结合。
5）第六章为线性控制系统的校正方法，是本课程的一大难点，但在实际应用中有很广泛的研究。这一章主要掌握4种校正方法特点和设计，为了加深学生理解，实验中利用MATLAB软件展开初步研究，初步完成串联校正的设计。
6）第七章为线性离散控制系统的分析与设计，这一章需掌握采样定理、保持器、线性离散系统的稳定性分析方法、稳态误差和动态性能分析以及校正方法等。这章学习中要求学生把握线性连续系统与线性离散系统分析之间的联系以及区别。通过MATLAB仿真软件学生可直观地分析离散系统稳定性能以及动态性能，进一步加深理论知识并锻炼学生思考问题以及总结问题的能力。
7）第八章为非线性控制系统分析，这一章要求学生掌握相平面分析方法、描述函数分析法以及逆系统分析方法并完成非线性控制系统的设计。在本章实验设计中利用现有ACCT-I型实验控制箱，完成模拟电路的设计与连接，用描述函数分析方法和相平面分析方法分析非线性系统的稳定性。通过ACCT-I型实验控制箱实验，加深学生对描述函数分析方法和相平面分析方法的认识，也锻炼学生工程设计实践能力，极大地激发学生学习的兴趣。
通过对上述各个章节特点、重点及难点的分析，笔者建立分章建实验的方法，创建学生理论学习和实验紧密结合的新教学方法，锻炼学生思考问题和解决问题的工程实践能力，促进本课程学习中较好的师生互动、生生互动关系，取得较好的教学效果。
3 结束语
教学实践证明，将实验教学法应用到自动控制原理课程教学环节中，激发了学生学习的积极性，加强学生对工程应用能力的培养。从近几年毕业学生反馈来看，这些方法起到明显的实际效果，为国家和社会培养了真正有用的复合型工程人才。
参考文献
[1]王娟,曹建云,汤敏.自动控制原理课程中稳态误差求取方法之探索[J].中国教育技术装备,2010(9):49-51.
[2]田思庆,吴桂云．“自动控制原理”课程的教学研究与实践[J].电气电子教学学报,2008,30(1):112-114.
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