《過程控制系統》課程思政建設探討

趙 征 王聚芹 馬 平

（[1]華北電力大學自動化系 河北·保定 071000；[2]華北電力大學馬克思主義學院 河北·保定 071000）

0 引言

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，要用好課堂教學這個主渠道，各類課程都要與思想政治理論課同向同行，形成協同效應。華北電力大學為了有效全面推進“課程思政”的建設工作，2019年12月提出“一院系一課程”課程思政示范課程建設。建設項目以各院系的專業課教師為第一負責人，馬克思主義學院的思想政治課教師為第二負責人，通過“思政課教師與專業課教師結對子”的形式，思政課教師全程參與專業課程思政建設，指導專業課教師提煉專業課程中蘊含的文化基因和價值范式，實現思想政治教育與專業教育的有機融合和高度統一。《過程控制系統》教學團隊申報了2019年華北電力大學“課程思政示范課”，將科學素養與國家情懷融入專業課中，為切實培養好具有大國工匠精神的社會主義接班人做了積極的探索。

1 《過程控制系統》課程簡介

《過程控制系統》課程具有科學的方法論特點的專業課，是華北電力大學自動化專業工程背景非常強的核心專業課程，共有64學時。課程主要內容以流程工業為背景展開，并以火電廠過程控制為主要的背景，著重培養學生在流程工業等領域從事科學研究、技術開發、工程設計及調試等工作的能力。教學方法以課堂講授為主，配合充足的實踐輔助教學，突出“厚基礎，重應用，突出特色”的教學理念，走理論與實踐密切結合的教學路線。課程教學組任課教師都具有從事發電廠自動化科學研究的豐富經歷，在注重教授專業知識的同時，還加強了課程思政建設。如在課程教學大綱中增加立德樹人的要求，增加課程思政內容，確立價值塑造、能力培養、知識傳授“三位一體”的課程目標。通過挖掘專業內容與思政教育的結合點，授課過程增加典型思政教學案例的設計。

2 《過程控制系統》課程思政教學內容設計

第一章緒論，要求學生理解過程控制系統的組成、過程控制系統一般概念和過程控制系統的主要研究內容，掌握過程控制系統的指標體系，了解過程控制的發展歷程。課程思政提要：結合華北電力大學原校長，本專業的泰斗——劉吉臻院士的事跡，由我國火電行業控制系統的引進、自主研發過程，引出“寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來”的工匠精神，激發學生的愛國熱情和創新意識。

第二章被控對象動態特性，要求學生掌握被控對象動態特性的概念、被控對象的共同特征、作圖方法和兩點法建立被控對象傳遞函數，理解機理方法建立典型被控對象動態特性，了解其他建模方法。課程思政提要：人們要正確認識事物的本質和規律，必須培養科學的思維方法；由機理建模的簡化條件，引出要學會抓問題的主要矛盾和矛盾的主要方面；總之，只有充分了解事物的本質，才能做到精準施策。

第三章PID調節器及其調節過程，要求學生理解幾種調節器的數學模型，掌握調節器的正反作用及在控制系統中的應用，掌握P、PI、PD、PID調節及其調節過程。課程思政提要：由PID控制器比例、積分、微分控制的特點，鼓勵青年們要“專注當下，總結過去，預測未來”，不斷通過反饋進行自我糾偏。

第四章簡單控制系統的整定，要求學生理解控制系統整定的基本要求和衰減頻率特性方法定性分析，掌握幾種工程整定方法，了解調節器參數自整定。思政內容：理論指導實踐，控制策略要因地制宜、不斷完善，在實踐中總結經驗，提高施策效果。

第五章串級控制系統，要求學生掌握串級控制系統概念、特點和設計要點，了解串級控制系統調節器選型及參數整定。思政內容：根據串級控制的特點，引出學生成才路上，要防微杜漸，當由于干擾偏離路線時，要早反饋，早糾正。

第六章基于補償原理的控制系統，要求學生掌握前饋控制系統和前饋-反饋復合控制系統，理解微分先行、中間反饋和史密斯預估控制。思政內容：根據前饋和反饋復合控制的特點，引申到社會主義市場經濟中的計劃經濟（前饋控制）和市場經濟（反饋控制）。計劃和市場作為調節經濟的兩種手段，它們對于經濟活動的調節各有自己的優勢和長處，要將兩者充分結合才能更好的促進生產力的發展。

第七章解耦控制系統，要求學生掌握相對增益和解耦控制系統設計，理解耦合系統中變量匹配、調節器參數整定實現和解耦控制系統的幾個問題。思政內容：以典型的耦合控制系統——火電機組機爐協調控制，引出國家治理問題，國家通過綜合施策，化解社會矛盾，構筑和諧穩定社會，實現共同富裕目標。

3 典型教學案例展示

3.1 前饋-反饋控制案例說明

前饋-反饋控制是過程控制中重要的控制策略。前饋控制屬于開環控制，反饋控制屬于閉環控制，兩種控制各有優缺點，將兩者相結合組成前饋-反饋控制可以做到取長補短、優勢互補。授課過程過程和方法如下：（1）采用PPT對知識點進行分析、對比，引出前饋-反饋控制；（2）通過Matlab的仿真實例演示，直觀感受控制效果的不同；（3）引入工程實例——電廠汽包水位串級三沖量控制方案，理論聯系實際，并在講授設計過程時，引入思政內容。單回路引入“服從給定，克服擾動”；串級控制引入“防微杜漸”，與學生成才過程相結合；前饋控制引入“未雨綢繆”；前饋-反饋控制引入“取長補短，優勢互補”，與社會主義市場經濟中的市場經濟與計劃經濟的關系相結合。

3.2 教學目標

3.2.1 知識目標

理解前饋、反饋控制各自的優缺點，及前饋-反饋復合控制的優勢。

3.2.2 能力目標

能夠根據生產過程的特點和控制要求（尤其是熱力發電生產過程）設計前饋——反饋復合控制系統，并能夠在設計環節中體現一定創新意識。

3.2.3 思政教育目標

樹立正確的價值觀和人生觀，體會具有中國特色的社會主義經濟制度的優越性，增強學生的民族自信心和自豪感。

3.3 教學策略

3.3.1 知識點分析、對比與總結

對前面學過的前饋、反饋控制的教學內容進行優缺點的分析、對比，由此引出前饋-反饋控制策略。

3.3.2 Matlab仿真演示

以一個兩階慣性的傳遞函數為被控制對象，搭建單回路閉環反饋控制系統，控制器采用PI調節，控制器參數整定好后，依次增加靜態前饋設計和動態前饋設計。添加同樣的擾動信號，通過仿真曲線對比，讓學生直觀的感受在反饋的基礎上增加前饋，可以明顯減少動態偏差，前饋-反饋相結合可以做到優勢互補，揚長避短。

3.3.3 實際工程應用舉例

電廠汽包水位控制是典型的前饋-反饋控制。以汽包水位串級三沖量控制方案的設計過程為例，層層深入，融會貫通，將理論與工程實際緊密的結合起來。并增加定值前饋控制方案的介紹，指出前饋未雨綢繆的特點，給出了前饋-反饋相結合優勢互補、揚長避短的結論。

3.3.4 思政內容的選擇和融入設計

（1）思政內容的選擇。①前饋-反饋控制。反饋控制是按照測量值與給定值比較得到的偏差進行調節，屬于閉環負反饋控制。其特點是在被控量出現偏差后才進行調節；如果干擾已經發生而沒有產生偏差，調節器不會進行工作，因此反饋控制方式的調節作用落后于干擾作用，是一種滯后的調節。但反饋控制可以消除作用在對象上的任何擾動對輸出的影響。前饋控制是以不變性原理為理論基礎的一種開環控制方法。前饋控制是按照干擾作用來進行調節的，前饋控制將干擾測量出來并直接引入調節裝置，是一種超前的調節，對于干擾的克服比反饋控制及時，但它的控制效果不通過反饋來加以檢驗，且只對指定的擾動有效。前饋-反饋控制可以取長補短，優勢互補。②社會主義市場經濟論中市場經濟與計劃經濟的關系。市場經濟使經濟活動遵循價值規律的要求，適應供求關系的變化；通過價格杠桿和競爭機制，把資源配置到效益最好的環節中去，并使企業實行優勝劣汰。計劃經濟一般是政府按事先制定的計劃，提出國民經濟和社會發展的總體目標，制定合理的政策和措施，有計劃地安排重大經濟活動，引導和調節經濟運行方向。可以避免市場經濟發展的盲目性、不確定性等問題，給社會經濟發展造成的危害。計劃經濟仍然是國家調節市場和供應的重要手段之一。社會主義市場經濟理論，是鄧小平理論體系中極具創新意義的組成部分，是對傳統經濟理論的修正。依據這一理論，我國確定了建立市場經濟體制的改革目標。在改革開放的過程中，兩者的結合發揮了重要的作用。③思政內容結合點。將控制論中的前饋-反饋控制與社會主義市場經濟論中的計劃經濟與市場經濟的關系相結合。計劃經濟類似于前饋控制，市場經濟類似于反饋控制，兩者相結合可以做到優勢互補，取長補短。

（2）思政內容的融入設計。①在講授汽包水位串級控制的設計時，在PPT上增加四字成語“防微杜漸”。根據串級控制的特點，引出學生成才路上，要防微杜漸，當由于干擾偏離路線時，要早反饋，早糾正。②在講授汽包水位前饋控制時，在PPT上增加四字成語“未雨綢繆”。根據前饋和反饋復合控制的特點，引申到具有中國特色的社會主義市場經濟中——計劃經濟（前饋控制）和市場經濟（反饋控制）。計劃和市場作為調節經濟的兩種手段，它們對于經濟活動的調節各有自己的優勢和長處，要將兩者充分結合才能更好的促進生產力的發展。在改革開放的過程中，兩者的結合發揮了重要的作用。

4 結束語

《過程控制系統》課程教學團隊與思想政治課教師展開深入合做，疫情期間通過網絡共同備課，深挖課程中蘊含的思政元素，將馬克思主義哲學思想和方法論與專業知識的傳授有機融合，將知識傳授、能力提升、價值觀塑造有效融入到課程當中。通過討論也增強了教師的“育德意識”，提升了教師的“育德能力”?！巴蛲?，如鹽入味”，將思政教育融入課程教學全過程，形成了專業課教學與思想政治理論課教學緊密結合、同向同行的育人格局。本學期在《過程控制系統》課程中進行了項目實施，取得了良好的效果，充分發揮了課堂教學育人的主渠道和主陣地作用。