“自動控制原理”實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)研究

邊競

摘 要：文章針對中國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的要求以及“自動控制原理”課程的特點(diǎn)，利用理論課程和實(shí)驗(yàn)課程相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)“理論—實(shí)驗(yàn)—應(yīng)用”一體化教學(xué)目標(biāo)。同時以“二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性”為案例，介紹了實(shí)驗(yàn)的設(shè)計目的和思路。實(shí)驗(yàn)教學(xué)表明：“自動控制原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠提高學(xué)生的思考和動手能力，還可以促進(jìn)理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，加深了對“自動控制原理”課程的理解。

關(guān)鍵詞：自動控制原理；實(shí)驗(yàn)建設(shè)；LABACT

“自動控制原理”是電氣與信息類專業(yè)必修的重要基礎(chǔ)課，主要任務(wù)是向?qū)W生介紹自動控制理論的基本概念、分析方法和系統(tǒng)設(shè)計理念，為后續(xù)專業(yè)課奠定基礎(chǔ)。但該課程概念較多且課程抽象，僅僅依靠理論教學(xué)難以實(shí)現(xiàn)期望的教學(xué)效果。此外，中國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求高等教育培養(yǎng)出能夠利用所學(xué)知識解決工程實(shí)際問題的學(xué)生，并使學(xué)生掌握本專業(yè)的實(shí)驗(yàn)技能以研究和設(shè)計出新工藝、新產(chǎn)品、新設(shè)備。實(shí)驗(yàn)課程作為教學(xué)環(huán)節(jié)的重要一環(huán)，在高等教育中起到了不容忽視的作用[1]。

1 理論教學(xué)存在的問題

“自動控制原理”是東北電力大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，由于自動化水平的不斷提升，自動控制理論逐步得到完善，自動控制原理課程也愈發(fā)被重視。由于該課程的公式推導(dǎo)較多，對于這些繁瑣的數(shù)學(xué)計算以及系統(tǒng)分析過程有些難以理解，僅依靠理論教學(xué)很難使學(xué)生掌握到“自動控制原理”的重點(diǎn)與難點(diǎn)[2]。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

針對理論教學(xué)存在的問題，實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)如下：

（1）鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)驗(yàn)的能力。利用實(shí)驗(yàn)課程更深刻地理解“自動控制原理”課程[3]。

（2）鍛煉學(xué)生的動手能力。通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備的調(diào)試與使用，增強(qiáng)學(xué)生的動手能力。

（3）鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考的能力。在實(shí)驗(yàn)過程中會遇到一些不可預(yù)測的問題，使學(xué)生通過思考解決問題。

3 實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)

3.1 設(shè)計案例

頻率特性具有明確的物理意義，且可以用實(shí)驗(yàn)的方法來確定。求得待測線性環(huán)節(jié)或系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，對于難以通過解析法來推演微分方程的環(huán)節(jié)或系統(tǒng)說，具有重要的實(shí)用意義[4]。本文研究了二階閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對曲線的影響以及二階閉環(huán)系統(tǒng)中的自然頻率等參數(shù)的計算。

3.2 實(shí)驗(yàn)原理分析

3.3 實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果分析

本實(shí)驗(yàn)將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）單元作為信號發(fā)生器，自動產(chǎn)生的超低頻正弦信號的頻率從低到高變化（0.5～16 Hz），OUT2輸出施加于被測系統(tǒng)的輸入端r（t），然后分別測量被測系統(tǒng)的輸出信號的閉環(huán)對數(shù)幅值和相位，數(shù)據(jù)經(jīng)相關(guān)運(yùn)算后在虛擬示波器中顯示。

運(yùn)行LABACT程序，選擇二階系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)機(jī)將自動產(chǎn)生0.5～16 Hz等多種頻率信號，等待一段時間，測試結(jié)束后，觀察閉環(huán)對數(shù)相頻曲線（見圖3）和幅相曲線（見圖4）。

4 結(jié)語

“自動控制原理”的知識較為抽象且覆蓋面較廣，利用實(shí)驗(yàn)的方法可有助于加深學(xué)生對該課程知識的理解，同時增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另一方面，基于中國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對解決工程實(shí)際問題的要求，實(shí)驗(yàn)課程提升了學(xué)生獨(dú)立思考和解決實(shí)際問題的能力。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李慶華，潘豐，馮偉.工程教育專業(yè)認(rèn)證下的“自動控制原理”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討[J].教育教學(xué)論壇，2018（38）：276-278.

[2]王希娟.案例教學(xué)在“自動控制原理”教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2018（22）：170.

[3]劉莫塵，婁偉，李揚(yáng)，等.控制理論類課程的案例法教學(xué)設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)工程，2018（7）：110-112.

[4]薛大為，楊春蘭.以工程能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的“自動控制原理”課程改革[J].白城師范學(xué)院學(xué)報，2018（6）：37-41.