應用型本科院校自動控制原理實驗教學改革與探索

黨楠

摘 要 通過分析自動控制原理實驗教學中存在的問題，探討自動控制原理實驗教學的改革措施，從改革實驗教學方法和手段、優化實驗內容、加強對MATLAB軟件學習等方面進行探索，提高學生的實踐應用能力和創新能力，為社會培養高等技術應用型人才。

關鍵詞 應用型本科院校；自動控制原理；實驗教學；MATLAB

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）10-0133-02

1 前言

自動控制原理是高校相關專業在課程設置中的一門必修課程，課程的主要內容為自動控制系統的一般規律、系統分析、系統設計等。教學內容概念性強、信息量大，學生在學習過程中不好理解，很難將理論知識與實際自動控制系統聯系在一起，需結合相應的實驗。學生通過實踐操作，才能更快掌握控制理論課程中的知識內容。在具體教學環節當中，采用實驗教學模式能夠將理論與實際進行結合，不僅能夠培養學生的理論能力，更是能夠不斷提高學生的實踐水平。

該課程中的控制理論被廣泛應用到軍事、工業、通信、交通、經濟、生態環境等方面，不僅可以為相關專業后續專業課程的學習打下堅實的基礎，而且能夠提高學生在面對具體問題時解決實際問題的素質。

2 實驗教學中存在的問題

實驗教學內容不全，新技術引入不及時 當前，在很多學校教學當中，由于受到客觀條件的限制，導致實驗器材比較落后，實驗教學的作用難以發揮；傳統的實驗教學內容結構比較單一，沒有一個完整的體系，大都依課程而設，綜合性、設計性及創新性的實驗比較少，學生很少有發揮主觀能動性的余地。隨著多媒體技術的發展，一些新技術很快被用到教學上，但實驗教材的更新遠沒有跟上教育技術的發展。

缺少實踐操作 應用型本科院校在教學中，注重根據市場對人才的需要，培養高素質的應用型人才，因此在理論教學的基礎上需要加強實踐教學的比重。自動控制原理實驗內容大部分是驗證性的，孤立而不連貫，而實驗方式也大多是讓學生按指定的步驟去做。由于參與實驗的人數比較多，而學校提供的器材比較少，因此導致學生親自動手的機會少，時間比較零散。學生的動手能力得不到實質上的提高，導致理論基礎與實際控制系統的操作相脫節，更談不上創新能力的培養，不利于應用型人才的發展，是傳統的實驗教學模式的通病。

實驗教學設施陳舊 實踐教學場所短缺，實驗設備陳舊。在實驗過程中，由于線路老化，學生需要反復調試、檢驗，才能得出結果。這樣消耗時間長，難免會大大降低學生的積極性。

3 自動控制原理實驗教學改革方案

針對現存自動控制原理實驗教學方案的不足之處，在現有的實驗教學的基礎之上，優化實驗內容，增加相關軟件的學習應用及實際控制系統的動手實踐操作，做到知識與運用并重，理論與實際結合，形成多角度、多層次、多元化的教學體系。

改革實驗教學方法和手段 在當今互聯網信息時代，應用型本科院校應該改變傳統的課堂教學模式，應把多媒體技術和網絡技術等應用到自動控制原理實驗教學課件中。如利用Authorware、Photoshop、PowerPoint等軟件制作圖文結合的實驗教學課件，通過課件來演示實際控制系統的工作過程，易于學生理解，同時可以激發學生的學習興趣。將實驗室安排信息發布在學校網絡平臺上，方便學生信息查詢及使用，提高實驗室使用效率。

優化實驗內容 從自動控制原理實驗教學大綱入手，不斷優化實驗教學內容，在原有實驗教學內容的基礎上進行改進和完善，加強設計性、綜合性實驗。讓學生參與實踐課題的全過程，從而得到一個完整系統的全面培訓。教師給出實驗目的、實驗要求和實驗條件，讓學生自行設計內容并得出結果，目的是訓練學生綜合應用課程知識來解決實際問題的能力，提高學生的創新意識，使他們的綜合素質得到提高。

商洛學院為學生設計了完整的實驗教學訓練體系，培養學生的創新能力。

首先，階段性培訓。實驗教學內容采用單元式或模塊化的結構體系，從易到難，由局部到整體進行分段培養，如二階系統階躍響應實驗、控制系統的穩定性分析實驗等驗證性實驗。

其次，設計性培訓、綜合性培訓，如虛擬儀器設計實驗，控制系統設計、分析實驗等。

加強對MATLAB軟件的學習 針對在控制系統分析、建模、求解過程中計算量的復雜程度，應加強學生對MATLAB軟件的學習，引入MATLAB語言輔助教學，幫助學生解決復雜的計算難題。如在控制系統辨識算法模型仿真的問題上，MATLAB能夠快速計算并有效顯示出模型的狀態信息。下面對基本隨機梯度下降辨識算法（SG）進行仿真。

系統輸入為M序列，所加噪聲為白噪聲，σv=0.05，信噪比SNR=26.159。仿真模型為時滯誤差輸出模型：

其中，[a1，a2，b1，b2，d]=[-1.385，0.472 4，0.324 6，0.237 5，

16]。對模型在MATLAB軟件上進行仿真，結果如下：

當k=50時，a1=-0.102 39，a2=-0.047 16，b1=-0.202 46，

b2=0.010 39，d=0，err=99.989%，SNR=26.113；

當k=100時，a1=-0.145 65，a2=-0.056 809，b1=-0.336 17，

b2=0.015 68，d=0，err=99.982%，SNR=26.113；

當k=500時，a1=-0.548 02，a2=-0.355 14，b1=-0.309 81，

b2=0.118 5，d=0，err=93.565%，SNR=26.113；

當k=1000時，a1=-1.175 9，a2=0.263 4，b1=0.235 99，endprint

b2=0.478 87，d=1，err=93.363%，SNR=26.113；

……

由于運行結果數據較多，這里只選取幾個特殊點的運行結果進行概述。

通過運用MATLAB對系統辨識模型辨識算法的仿真分析，快速準確地表明了系統的參數及狀態信息。在自動控制原理實驗教學中引入MATLAB軟件教學，可以將抽象的問題具體化，簡化問題求解過程，不但能加深學生對課程內容的理解和掌握，而且能提高學生的實際動手能力，激發學生學習這門課程、這門學科的熱情。

開放實驗教學 為了擴大學生的發展空間，增加學生的發展機會，實行實驗室開放制度。向學生全面開放，不管是從實驗實踐、內容還是教學形式，增加學生實際控制系統的動手操作。為學生建設專門的虛擬實驗室，如MATLAB

計算機虛擬仿真實驗室、微機控制實驗室和PLC控制實驗室等。讓學生在虛擬實驗室進行上機操作，在掌握了自動控制原理課程理論知識的前提下，邊復習理論邊實踐，使其加深對該課程的理解。由基礎實驗逐漸過渡到綜合性、設計性實驗，訓練學生掌握扎實的基本技能后，培養學生的綜合應用能力和設計能力。開放式的實驗平臺，可以讓學生不受固定模式約束地發揮想象力和創造力。

調整實驗教學課時 自動控制原理實驗課程是一門實踐性非常強的課程，通過實驗操作，學生應該掌握控制模擬實驗的基本原理，控制系統時域性能指標的測量方法，學會根據系統階躍響應曲線確定傳遞函數，對給定系統進行串聯校正設計等。學生要徹底掌握知識，就必須要保證實踐與理論教學工作相互結合，提高實驗教學比重。因此，在具體教學當中，教師需要根據教學需要在人才培養目標的指導下增加課時，此外要有目的性地引導學生在課外進行學習。

4 結語

自動控制原理實驗教學環節是應用型本科院校課程教學體系中的重要組成部分，只有不斷提高教學質量、完善教學內容，培養學生的綜合性、設計性、創新性能力，才能培養出適應社會的高素質創新型人才。

參考文獻

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