【摘要】自動控制課程在高等職業(yè)教育人才培養(yǎng)課程體系中具有不可替代的重要作用。目前自動控制課程所采用的教學手段存在著很多亟待解決的現(xiàn)實問題，不能夠完成適應應用型高技能專門人才的培養(yǎng)需求。因此，針對自動控制課程在高等職業(yè)教育人才培養(yǎng)課程體系中教學方法和手段作了初步的探討，以及Matlab軟件工具在教學過程中的意義做了詳細的分析，分析了自動控制課程的特點以及高職學生的認知規(guī)律，對課程中采用的組態(tài)軟件以及Matlab進行了應用分析探索，結(jié)論表明軟件工具的應用對于提升高職自動控制課程的教學效果具有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】自動控制；高職；課程；軟件工具；應用

1.引言

隨著高等職業(yè)教育教學改革的不斷深入，以任務(wù)驅(qū)動的教學模式有效地提升了教學的效果，在教學改革中淡化了理論的推導以及論證，突出了對于學生專業(yè)能力的培養(yǎng)，取得了較高的效果。但是基于自動控制課程的特點以及高職學生的認知規(guī)律，控制系統(tǒng)的實際對象如果不能夠直接呈現(xiàn)在學生面前，學生不能夠獲得直接的認知，因此也就無法形成對于控制系統(tǒng)的直觀概念。目前由于各方面因素的制約，高職自動化教學設(shè)備數(shù)量較少，不能夠完全滿足教學的實踐要求。同時由于自動控制技術(shù)發(fā)展迅速，控制設(shè)備快速更新，完全依靠設(shè)計設(shè)備的購置進行實踐教學也存在許多現(xiàn)實問題。因此充分借助于軟件技術(shù)，呈現(xiàn)軟件化的控制系統(tǒng)給學生提供實際的教學對象，對于項目引導的教學效果的提升具有十分重要的意義。

2.軟件技術(shù)在自動控制教學中應用概述

軟件技術(shù)在教學中一般都應用于理論性較強，知識較為抽象的專業(yè)課程。例如在電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)中采用“Muhisim”、“Protues”等仿真軟件對電路的性能、參數(shù)以及工作特性進行直觀的分析，學生可以通過軟件技術(shù)認識電路的結(jié)構(gòu)、可以通過虛擬的儀表（操作與實際器件、儀表相同）對電路進行測試，對于學生進行理論知識的直觀理解具有較大的幫助，軟件技術(shù)在教學過程中的引入對于有效克服高職類學生抽象思維能力較差的缺陷，改善課程的教學、激發(fā)學生的學習主動性與積極性具有重要的幫助。

自動控制課程采用的軟件要能夠符合課程本身的特點，能夠?qū)⒆詣涌刂葡到y(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)原理等呈現(xiàn)在學生面前，同時軟件的使用難度不能過高，要具有良好的用戶界面，軟件的操作難度符合高職類學生的知識能力。

在高職自動化專業(yè)教學中，自動控制課程主要如《自動控制原理》類的控制理論課程，課程主要是分析控制系統(tǒng)的基本概念、控制系統(tǒng)的數(shù)學模型以及時域、變換域的分析方法、系統(tǒng)穩(wěn)定性以及校正等方面的知識。其課程的特點是計算難度較大，對于學生的高等數(shù)學、工程數(shù)學具有很高的要求。在高職教學過程中，此類課程主要是能夠使得學生理解控制系統(tǒng)的基本概念，能夠根據(jù)系統(tǒng)的要求建立正確的傳遞函數(shù)，理解控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性的控制方案，具體微分方程的求解、數(shù)值分析等方面的計算等知識則不是重點要求。因此借助于MATLAB軟件能夠有效減小控制系統(tǒng)求解中的相關(guān)計算，使得學生能夠?qū)刂评碚?、控制系統(tǒng)具有全面的掌握，而不拘泥于大量的數(shù)學運算。MATLAB具有良好的工作界面，具有用專業(yè)的控制系統(tǒng)分析和設(shè)計的工具箱，整體操作較為簡單，其內(nèi)部具有的豐富庫函數(shù)的直接調(diào)用對于學生將抽象枯燥的理論課堂變得生動有趣，提升學習興趣具有重要的幫助。

與控制類理論課程不同，《過程控制系統(tǒng)》、《電氣控制與PLC控制技術(shù)》等專業(yè)課程則更側(cè)重工程型，強調(diào)高職學生的專業(yè)能力的養(yǎng)成。因此在教學過程中需要采用合適的項目作為教學的載體，需要引入現(xiàn)場控制工程的案例。因此選用組態(tài)軟件就可以實現(xiàn)將現(xiàn)場的設(shè)備“搬進”實驗室來，可以實現(xiàn)通過參數(shù)進行控制系統(tǒng)的調(diào)整，能夠反應相應的動作、曲線以及實時數(shù)據(jù)，這樣學生就能夠?qū)嶋H控制系統(tǒng)具有直觀的掌握。組態(tài)軟件集成了圖形技術(shù)、人機界面技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)，在進行控制工程系統(tǒng)設(shè)計的時候不需要進行程序的編寫，而是通過模塊化的組態(tài)方式實現(xiàn)控制程序的設(shè)計，軟件的特點也符合高職學生的特征。

3.MATLAB軟件在教學過程中應用舉例

Matlab軟件在自動控制類理論課程中的應用不僅僅是求解數(shù)學模型，較小計算量，應用軟件可以幫助學生理解物理對象、數(shù)學模型之間的聯(lián)系，理解理論推導與實際參數(shù)修改之間的關(guān)系，建立系統(tǒng)分析的基本思路。如控制系統(tǒng)的根軌跡是開環(huán)系統(tǒng)某一參數(shù)從零變化到無窮大時，閉環(huán)系統(tǒng)特征根在s平面上變化的軌跡，根軌跡能夠反應控制系統(tǒng)穩(wěn)定性能，但是在實際控制系統(tǒng)中描述根軌跡難度較大，學生也不能對根軌跡進行全面的理解。因此在軟件技術(shù)的幫助下，教師首先闡述根軌跡的含義與本質(zhì)屬性，分析根軌跡與系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關(guān)系，再應用Matlab軟件對系統(tǒng)的根軌跡進行繪制，學生就能夠正確掌握根軌跡的內(nèi)容，形成控制系統(tǒng)分析的基本思路。設(shè)某開環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：

（1）

是求取系統(tǒng)根軌跡的Matlab程序為：

%MATLABPROGRAM1-1num=[010.8760]；den=[1-1.25430.2543]；den=[1-1.25430.2543]；rlocus（num，den）；grid；v=[-42-33]axis（v）；end。繪制完成的根軌跡如圖1所示：

圖1 某離散控制系統(tǒng)的跟軌跡圖

4.組態(tài)軟件在教學過程中應用舉例

組態(tài)軟件應用強大的組態(tài)模塊可以實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場控制的實物呈現(xiàn)。在教學過程中首先根據(jù)教學的內(nèi)容選擇合理的控制系統(tǒng)，對控制系統(tǒng)的實際需要、需要完成的任務(wù)、控制流程以及控制系統(tǒng)中的性能要求進行分析，在此基礎(chǔ)上應用組態(tài)軟件進行工程項目的建立與模擬。基于組態(tài)軟件實現(xiàn)控制項目的建設(shè)和運行，能夠模擬工程情境，靈活調(diào)試工作情境，也能展示控制效果，這種教學手段不僅形象化了教學內(nèi)容，對學生而言。對知識的掌握和理解、職業(yè)技能的提升也有幫助。以水位自動控制系統(tǒng)為例，就要在進行整體規(guī)劃系統(tǒng)由五大窗口組成。總共建立了二個用戶窗口，四個主菜單，分別作為水位控制、報警顯示、曲線顯示、數(shù)據(jù)顯示，構(gòu)成了樣例工程的基本骨架。選用“模擬設(shè)備”及策略構(gòu)件箱中的“腳本程序”功能構(gòu)件，設(shè)置構(gòu)件的屬性，編制控制程序，實現(xiàn)水位、水泵、調(diào)節(jié)閥和出水閥的有效控制。通過組態(tài)軟件提供的各類構(gòu)件實現(xiàn)下述功能：歷史曲線：選用歷史曲線構(gòu)件實現(xiàn)；歷史數(shù)據(jù)：選用歷史表格構(gòu)件實現(xiàn)；報警顯示：選用報警顯示構(gòu)件實現(xiàn)；工程報表：歷史數(shù)據(jù)選用存盤數(shù)據(jù)瀏覽策略構(gòu)件實現(xiàn)，報警歷史數(shù)據(jù)選用報警信息瀏覽策略構(gòu)件實現(xiàn)，實時報表選用自由表格構(gòu)件實現(xiàn)，歷史報表選用歷史表格構(gòu)件實現(xiàn)。最終完成的水位控制界面以及工作效果監(jiān)測如圖2所示。

圖2 水位控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件實現(xiàn)

5.總結(jié)

高職類自動化專業(yè)人才培養(yǎng)過程中，自動控制類課程具有難度較大、學習內(nèi)容較為抽象等方面的特點，同時高職學校的學生對于理論知識（尤其是較為抽象的理論知識）的學習具有一定的難度。因此直觀化的教學對象對于學生的學習具有重要的意義。自動控制類教學設(shè)備價格昂貴，更新速度較快，全部應用實體化的教學設(shè)備進行教學目前尚具有一定的難度，因此采用將計算機軟件技術(shù)有效地融入到教學過程中去，對提升學生的學習興趣、優(yōu)化教學方案具有重要的作用。Matlab軟件強大的計算分析能力、系統(tǒng)分析能力對于學生進行控制系統(tǒng)理論、思維方式的形成具有重要的意義；而組態(tài)軟件應用已有的組態(tài)實現(xiàn)工程化場景的重現(xiàn)，對于學生對實際工程系統(tǒng)建立步驟，分析等具有重要的意義。實踐教學證明，這兩種軟件對于高職類學生進行自動控制課程的學習具有重要的幫助，學生職業(yè)能力有所提高。

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作者簡介：邵宏文（1963—），男，上海人，南京高等職業(yè)技術(shù)學校電氣工程系講師，研究方向：電工電子類的教學。