應(yīng)用型本科自動控制原理課程體系改革

劉 琪 張鴻輝

摘要 自動控制原理是自動化專業(yè)非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。根據(jù)應(yīng)用型本科教育的培養(yǎng)目標,對自動控制原理課程體系進行改革,并通過教學(xué)實踐證明,效果良好。

關(guān)鍵詞 應(yīng)用型本科;自動控制理論;教學(xué)改革

中圖分類號:G652 文獻標識碼:B 文章編號:1671-489X(2009)24-0041-01

Reform of Applied Undergraduate Course System for Automatic Control Theory//Liu Qi, Zhang Honghui

Abstract Automatic Control Theory is a very important specialized basic courses of Automation Specialty. According to training objectives of applied undergraduate education, a series of measures must be taken to improve teaching quality in adjusting the structure of Automatic Control Theory.

Key words applied undergraduate; automatic control theory; teaching reform

Authors address Zhoukou Normal University, Zhoukou, Hennan, 466001, China

2000年以來我國新增本科院校469所,這些院校大多定位于應(yīng)用型本科。應(yīng)用型本科教育屬于較高層次的技術(shù)教育,它同研究型本科相比具有鮮明的技術(shù)應(yīng)用性特征,它以應(yīng)用為主旨和特征構(gòu)建課程和教學(xué)內(nèi)容體系,重視應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

自動控制原理是自動化專業(yè)非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程,是自動化專業(yè)的方法論,是研究控制系統(tǒng)的普遍規(guī)律[1]。應(yīng)用型本科作為一種新的教育形態(tài),對自動控制原理課程體系提出新的問題和挑戰(zhàn)。

1 現(xiàn)有課程體系存在的問題

1.1 技術(shù)手段落后1)現(xiàn)有課程體系中詳細介紹了根軌跡、頻率特性曲線、相平面圖的手工畫法,而計算機輔助分析工具能快速、準確地繪制出上述曲線。2)現(xiàn)有課程體系一般以連續(xù)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計為主,隨著計算機作為數(shù)字控制器廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中,離散控制系統(tǒng)內(nèi)容亟待加強。3)MATLAB已成為控制系統(tǒng)分析與設(shè)計的必備軟件,但現(xiàn)有課程體系未能結(jié)合實例將其列入。

1.2 結(jié)構(gòu)不合理1)穩(wěn)定性是對控制系統(tǒng)最基本的要求,也是課程體系中最重要的內(nèi)容。其分析方法有代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)、奈奎斯特判據(jù)、相平面法等,現(xiàn)有課程體系中這些方法分散在各章。2)自動控制原理只是自動化專業(yè)的一門課程,但現(xiàn)有課程體系大多包含狀態(tài)空間分析法等現(xiàn)代控制理論內(nèi)容,顯得臃腫且與后續(xù)課程重復(fù)。

1.3 工程實例少對應(yīng)用型本科而言,應(yīng)更加強調(diào)在工程一線運用知識來解決實際問題。現(xiàn)有課程體系缺少與工程實際緊密聯(lián)系的實例。

2 改革辦法

1)刪減根軌跡、頻率特性曲線、相平面圖等的手工畫法,增加用MATLAB輔助繪制上述曲線的方法,利用MATLAB對控制系統(tǒng)進行分析與設(shè)計。2)增加離散控制系統(tǒng)分析與設(shè)計內(nèi)容,將其置于與連續(xù)控制系統(tǒng)同樣重要的位置。3)整合各種穩(wěn)定性分析方法,包括連續(xù)和離散控制系統(tǒng)、線性和非線性控制系統(tǒng)的代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)、奈奎斯特判據(jù)、相平面法等。4)整合控制系統(tǒng)動態(tài)性能分析的內(nèi)容,包括連續(xù)和離散控制系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能分析等。5)增加一些與工程實際緊密聯(lián)系的實例,例如數(shù)字PID控制,提高學(xué)生運用控制理論分析和設(shè)計控制系統(tǒng)的能力。6)刪除經(jīng)典控制理論之外的內(nèi)容,將其安排到現(xiàn)代控制理論等后續(xù)課程中。

3 應(yīng)用型本科自動控制原理課程體系摘要

1)自動控制系統(tǒng)的概念;2)連續(xù)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,主要內(nèi)容包括微分方程、傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖、信號流圖、頻率特性等;3)離散控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,主要內(nèi)容包括信號的采樣與保持、差分方程、離散狀態(tài)方程、Z變換與反變換、Z傳遞函數(shù)等;4)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,主要內(nèi)容包括穩(wěn)定性定義與穩(wěn)定性條件、連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)的代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)、奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)及相對穩(wěn)定性分析、描述函數(shù)法、相平面法等;5)控制系統(tǒng)動態(tài)性能分析,主要內(nèi)容包括控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標、線性連續(xù)控制系統(tǒng)的動態(tài)性能分析、線性離散控制系統(tǒng)的動態(tài)性能分析、線性連續(xù)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析、線性離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析等;6)線性系統(tǒng)的設(shè)計方法,主要內(nèi)容包括連續(xù)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法、離散控制系統(tǒng)的設(shè)計方法等;7)PID控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計,主要內(nèi)容包括PID控制器及其參數(shù)調(diào)整、數(shù)字PID控制等。

參考文獻

[1]劉琪.自動控制原理及應(yīng)用[M].長春:吉林大學(xué)出版社,2009