“自動控制原理”實驗課程建設研究

邊競

摘 要：文章針對中國工程教育認證標準的要求以及“自動控制原理”課程的特點，利用理論課程和實驗課程相結合的方式，實現“理論—實驗—應用”一體化教學目標。同時以“二階閉環系統的頻率特性”為案例，介紹了實驗的設計目的和思路。實驗教學表明：“自動控制原理”實驗教學能夠提高學生的思考和動手能力，還可以促進理論和實驗相結合，加深了對“自動控制原理”課程的理解。

關鍵詞：自動控制原理；實驗建設；LABACT

“自動控制原理”是電氣與信息類專業必修的重要基礎課，主要任務是向學生介紹自動控制理論的基本概念、分析方法和系統設計理念，為后續專業課奠定基礎。但該課程概念較多且課程抽象，僅僅依靠理論教學難以實現期望的教學效果。此外，中國工程教育認證標準要求高等教育培養出能夠利用所學知識解決工程實際問題的學生，并使學生掌握本專業的實驗技能以研究和設計出新工藝、新產品、新設備。實驗課程作為教學環節的重要一環，在高等教育中起到了不容忽視的作用[1]。

1 理論教學存在的問題

“自動控制原理”是東北電力大學電氣工程及其自動化專業的重要基礎課程，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被重視。由于該課程的公式推導較多，對于這些繁瑣的數學計算以及系統分析過程有些難以理解，僅依靠理論教學很難使學生掌握到“自動控制原理”的重點與難點[2]。

2 實驗教學目標

針對理論教學存在的問題，實驗教學目標如下：

（1）鍛煉學生理論聯系實驗的能力。利用實驗課程更深刻地理解“自動控制原理”課程[3]。

（2）鍛煉學生的動手能力。通過實驗設備的調試與使用，增強學生的動手能力。

（3）鍛煉學生獨立思考的能力。在實驗過程中會遇到一些不可預測的問題，使學生通過思考解決問題。

3 實驗課程建設

3.1 設計案例

頻率特性具有明確的物理意義，且可以用實驗的方法來確定。求得待測線性環節或系統的傳遞函數，對于難以通過解析法來推演微分方程的環節或系統說，具有重要的實用意義[4]。本文研究了二階閉環系統的結構參數對曲線的影響以及二階閉環系統中的自然頻率等參數的計算。

3.2 實驗原理分析

3.3 實驗預期結果分析

本實驗將數/模轉換器（B2）單元作為信號發生器，自動產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的輸入端r（t），然后分別測量被測系統的輸出信號的閉環對數幅值和相位，數據經相關運算后在虛擬示波器中顯示。

運行LABACT程序，選擇二階系統，實驗機將自動產生0.5～16 Hz等多種頻率信號，等待一段時間，測試結束后，觀察閉環對數相頻曲線（見圖3）和幅相曲線（見圖4）。

4 結語

“自動控制原理”的知識較為抽象且覆蓋面較廣，利用實驗的方法可有助于加深學生對該課程知識的理解，同時增加學生的學習興趣。另一方面，基于中國工程教育認證標準對解決工程實際問題的要求，實驗課程提升了學生獨立思考和解決實際問題的能力。

[參考文獻]

[1]李慶華，潘豐，馮偉.工程教育專業認證下的“自動控制原理”課程實驗教學改革探討[J].教育教學論壇，2018（38）：276-278.

[2]王希娟.案例教學在“自動控制原理”教學中的應用[J].科技經濟導刊，2018（22）：170.

[3]劉莫塵，婁偉，李揚，等.控制理論類課程的案例法教學設計[J].農業工程，2018（7）：110-112.

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