【摘 要】實(shí)驗(yàn)教學(xué)在自動控制原理課程中占有非常重要的地位和作用，是傳授基本設(shè)計方法、培養(yǎng)解決實(shí)際工程問題能力的基礎(chǔ)。本文主要從改進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、模擬實(shí)驗(yàn)和仿真相結(jié)合、開放式管理實(shí)驗(yàn)室等方面探討自動控制原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，通過實(shí)踐證明可以提高學(xué)生分析解決問題的能力，很好地提高教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】自動控制原理 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 教學(xué)改革

【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）27-0080-01

自動控制原理課程是各大專院校工科專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，具有學(xué)時較多、數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)強(qiáng)等特點(diǎn)。以長春工程學(xué)院為例，包括自動化、電氣工程及其自動化、電子信息、發(fā)電、能源動力、建筑電氣等多個專業(yè)都將自動控制原理作為專業(yè)基礎(chǔ)課。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是非常必要的環(huán)節(jié)，是學(xué)生理論聯(lián)系工程實(shí)際的重要手段。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及其教學(xué)方法大多時候是對基本理論的驗(yàn)證和復(fù)現(xiàn)，無法滿足學(xué)生的工程實(shí)踐能力。筆者從實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法等方面闡述自動控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐，提高學(xué)生分析問題及解決問題的能力，并能充分調(diào)動教師和學(xué)生的積極性，全面提高教學(xué)質(zhì)量。

一 綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的開發(fā)

筆者所在學(xué)校電氣工程及其自動化專業(yè)自動控制原理課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與學(xué)時安排如下表所示。自動控制原理課程注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，而筆者所授課班級學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課現(xiàn)狀基本是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求連好電路，通過虛擬儀器記錄波形，而對系統(tǒng)的設(shè)計過程體會不深。

針對以上情況，課題組成員在教學(xué)過程中根據(jù)積累的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)特點(diǎn)，將二階控制系統(tǒng)設(shè)計改為綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)。將原有指導(dǎo)書中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完全進(jìn)行了改革，要求設(shè)計一個二階系統(tǒng)，在單位階躍信號作用下超調(diào)量不超過25%，調(diào)節(jié)時間不超過2秒，峰值時間、上升時間及延遲時間都不超過1秒，任選其中一個組合分析。設(shè)計出二階系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、求出傳遞函數(shù)、計算參數(shù)值及各項(xiàng)性能指標(biāo)。設(shè)計出模擬電路圖，按照電路圖將各個模擬環(huán)節(jié)連接起來得到相應(yīng)的模擬系統(tǒng)。應(yīng)用MATLAB軟件仿真，分析系統(tǒng)所設(shè)計的二階控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這樣可以把剛剛學(xué)過的二階系統(tǒng)動態(tài)性能分析、穩(wěn)定性分析等知識綜合在一起?？紤]到課程總學(xué)時有限，沒有增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時，提前一周給學(xué)生下發(fā)任務(wù)書，在課后先進(jìn)行設(shè)計得到模擬電路圖，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。然后，利用計劃學(xué)時在實(shí)驗(yàn)室搭建實(shí)際電路圖。通過綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的開發(fā)，讓學(xué)生將理論與實(shí)際相結(jié)合，并將所學(xué)知識綜合靈活運(yùn)用，收到了一定的效果，提高了教學(xué)質(zhì)量。

二 MATLAB仿真和模擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

在自動控制等領(lǐng)域中，MATLAB具有非常重要的地位，利用MATLAB可視化編程能力的圖形用戶界面、Simulink仿真功能以及繪圖功能，可以將自動控制原理模擬實(shí)驗(yàn)與MATLAB相結(jié)合，對上表所示的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分別進(jìn)行仿真驗(yàn)證。由于學(xué)時有限，仿真部分可留給學(xué)生課后完成，但要將仿真結(jié)果反應(yīng)在實(shí)驗(yàn)報告里，并與示波器所觀察到的波形進(jìn)行對比。其中仿真實(shí)驗(yàn)的完成不會限制學(xué)生采用哪種具體方式，善于編程的學(xué)生可以采用M文件編寫仿真程序得到結(jié)論，而采用Simulink搭建仿真模塊也會讓實(shí)驗(yàn)更加直觀，用戶界面良好，增加學(xué)生的興趣。由MATLAB得到的階躍響應(yīng)及性能指標(biāo)比用模擬電路示波器得到的結(jié)論更加準(zhǔn)確，而且便于分析。通過幾個學(xué)期的教學(xué)驗(yàn)證，明顯提高了實(shí)驗(yàn)效果和效率。筆者所在自動控制原理課題組在教學(xué)過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)MATLAB虛擬實(shí)驗(yàn)僅限于軟件模擬，同時需要學(xué)生對MATLAB有一定的熟悉和了解，這對于低年級的學(xué)生來說比較困難?？紤]到LabVIEW的數(shù)據(jù)運(yùn)算及處理功能，目前課題組正在研究將MATLAB和LabVIEW相結(jié)合，更好地提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

三 實(shí)驗(yàn)室開放式管理

為了提高自動控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，筆者所在學(xué)校通過招標(biāo)方式新引進(jìn)二十四組自動控制原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備，包括EL-AT-III型自動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱和計算機(jī)，計算機(jī)安裝有MATLAB軟件。實(shí)驗(yàn)室可以容納48個學(xué)生同時進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室有專門教師管理，教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室教師都進(jìn)行了專門培訓(xùn)。同時實(shí)驗(yàn)室實(shí)行每周開放管理2天，以解決由于學(xué)時不夠引起的倉促教學(xué)情況，也給沒有電腦的學(xué)生提供在實(shí)驗(yàn)室仿真的機(jī)會。課題組教師也會不定期的到實(shí)驗(yàn)室對學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)和答疑，針對存在的問題進(jìn)行教學(xué)方法改進(jìn)。通過實(shí)踐教學(xué)證明，實(shí)驗(yàn)室開放式管理方法不但增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)興趣，提升了教學(xué)質(zhì)量，也提高了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

四 結(jié)束語

針對自動控制原理課程傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法中存在的問題，本文從開發(fā)綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)和MATLAB仿真相結(jié)合、實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行開放式管理等方面探討了自動控制原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，通過實(shí)踐證明可以提高學(xué)生分析解決問題的能力，很好地提高教學(xué)質(zhì)量。

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〔責(zé)任編輯：林勁〕