聞凱　董敏

摘要：獨(dú)立學(xué)院為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才，必須大力加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。以“自動(dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)室為例，介紹實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過(guò)程中的總體思路和具體規(guī)劃，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作來(lái)提高自身的實(shí)踐創(chuàng)新力和社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：獨(dú)立學(xué)院 自動(dòng)控制系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

21世紀(jì)的大學(xué)教育發(fā)生了深刻的變革，最顯著的特征是實(shí)踐應(yīng)用教育被提高到前所未有的高度，這是一種正確的回歸。高校作為面向社會(huì)企業(yè)的人才工廠，承擔(dān)為社會(huì)企業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)人才的重任。教育部發(fā)布的《普通高等學(xué)校獨(dú)立學(xué)院教育工作合格評(píng)估指標(biāo)體系》中有一條重要政策：“獨(dú)立學(xué)院根據(jù)自身?xiàng)l件和發(fā)展?jié)摿Γm應(yīng)地方、區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需要，確立教學(xué)型大學(xué)的類(lèi)型定位和培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才的目標(biāo)定位”，把學(xué)生實(shí)踐能力的提高作為辦學(xué)定位提出。由此，全國(guó)三百所獨(dú)立學(xué)院都在著力培養(yǎng)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、工程實(shí)踐能力較強(qiáng)的專業(yè)型人才，與之配套的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，是突顯獨(dú)立學(xué)院自身特色、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、增強(qiáng)綜合實(shí)力和競(jìng)爭(zhēng)力的基本環(huán)節(jié)和重要途徑。

一、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的總體思路

作為在實(shí)踐中發(fā)展的自動(dòng)化學(xué)科，如何構(gòu)建一個(gè)完善的自動(dòng)化實(shí)踐平臺(tái)，是學(xué)科建設(shè)的重中之重。其中，“自動(dòng)控制系統(tǒng)”作為自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的必修課程，課程特點(diǎn)是：綜合應(yīng)用性廣泛，理論知識(shí)面豐富，與實(shí)踐環(huán)節(jié)聯(lián)系緊密。在學(xué)生了解控制原理的基礎(chǔ)之上，接觸控制系統(tǒng)集成的概念，實(shí)現(xiàn)硬件和軟件的綜合、元件與系統(tǒng)的綜合，真正進(jìn)入“應(yīng)用與實(shí)踐”相結(jié)合的學(xué)習(xí)模式。在理論教學(xué)的基礎(chǔ)之上，設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)，通過(guò)建立“自動(dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)室，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，有利于學(xué)生理解和掌握該課程的知識(shí)點(diǎn)，從而對(duì)自動(dòng)化學(xué)科甚至是專業(yè)產(chǎn)生系統(tǒng)性的認(rèn)知。

基于以上出發(fā)點(diǎn)，自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)必須具備如下要求，以實(shí)現(xiàn)建設(shè)功能最全面、技術(shù)最先進(jìn)的示范自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)中心的目的。

1.既滿足基本的本科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，又可以作為學(xué)生和教師的創(chuàng)新研究平臺(tái)和技能測(cè)試平臺(tái)。

2.在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)要求，為實(shí)踐教育提供認(rèn)知控制理論，實(shí)踐自動(dòng)化技術(shù)的基本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；為創(chuàng)新實(shí)踐提供可組合的設(shè)計(jì)性實(shí)踐平臺(tái)；為教師科研提供體現(xiàn)當(dāng)前自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)技術(shù)最新發(fā)展的軟硬件環(huán)境。

3.系統(tǒng)方案考慮網(wǎng)絡(luò)化特征，整個(gè)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)建立在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)之上，體現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，并為實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)信息化管理提供基礎(chǔ)。

4.控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多樣化，包括智能儀表、直接數(shù)字控制系統(tǒng)，可編程邏輯控制系統(tǒng)等，必須把工業(yè)企業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用的控制系統(tǒng)納入到實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中來(lái)。

5.實(shí)驗(yàn)室方案采用模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的可組合性、開(kāi)放性、可發(fā)展性。

6.要有完善的實(shí)驗(yàn)軟環(huán)境，即在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)、實(shí)驗(yàn)多媒體系統(tǒng)要完善。

二、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的具體規(guī)劃

遵循“自動(dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的基本要求，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的選型主要以離散運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)為主。運(yùn)動(dòng)控制包括倒立擺控制系統(tǒng)、磁懸浮控制系統(tǒng)、球桿控制系統(tǒng)、數(shù)字隨動(dòng)控制系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都是自動(dòng)控制學(xué)習(xí)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，是典型的開(kāi)環(huán)、非線性不穩(wěn)定系統(tǒng)，它的許多特性都是控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題，需要學(xué)生獨(dú)立自主地來(lái)完成控制器分析和設(shè)計(jì)，其對(duì)于控制理論學(xué)科來(lái)講，都是非常適于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和開(kāi)發(fā)研究的教學(xué)平臺(tái)。

而工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)可以對(duì)溫度、壓力、流量、液位等過(guò)程參數(shù)應(yīng)用多種控制策略進(jìn)行控制，不僅是“自動(dòng)控制系統(tǒng)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本內(nèi)容，同時(shí)也可滿足“過(guò)程控制”“控制儀表”“自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與傳感器”“計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)”等其他自動(dòng)化專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括對(duì)象特性研究、位置控制，手動(dòng)控制，程序控制，PID控制，串級(jí)控制，前饋控制，滯后補(bǔ)償控制，解耦控制等經(jīng)典控制。為降低實(shí)驗(yàn)成本和提高設(shè)備利用率，選用小型過(guò)程控制系統(tǒng)，為學(xué)院教師和學(xué)生的科技創(chuàng)新活動(dòng)提供一個(gè)研究平臺(tái)，進(jìn)行控制理論實(shí)踐，滿足認(rèn)知教學(xué)的需要。以小型過(guò)程控制系統(tǒng)為例，闡述學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)實(shí)踐操作的過(guò)程。

圖1 小型過(guò)程控制系統(tǒng)工藝流程圖

該系統(tǒng)提供兩路動(dòng)力支流（如圖1所示），可以滿足兩個(gè)學(xué)生同時(shí)進(jìn)行壓力，流量和液位測(cè)試實(shí)驗(yàn)，也可以一路用于提供水流，一路用于提供干擾，閥門(mén)JV13和JV23提供泄漏干擾。控制系統(tǒng)通過(guò)并口連接到計(jì)算機(jī)上，所有調(diào)速器和渦輪流量計(jì)變送器進(jìn)行封裝。三容水箱對(duì)整體系統(tǒng)提供支撐，取不同高度的液位值即可形成水平或垂直的多容系統(tǒng)。

如進(jìn)行流量液位串級(jí)控制，第一支路：水介質(zhì)由泵P101從儲(chǔ)水箱V4中加壓獲得壓頭，經(jīng)由閥門(mén)JV11進(jìn)入水箱V1，通過(guò)閥門(mén)JV31回流至水箱V4而形成水循環(huán)；其中，給水流量由FT101測(cè)得，液位由LT101獲得。用閥門(mén)JV31的開(kāi)啟程度來(lái)模擬負(fù)載的大小。設(shè)置定值自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)速器U101轉(zhuǎn)速為操縱變量，F(xiàn)T101為副回路被測(cè)量，LT101為被控變量，采用PID串級(jí)調(diào)節(jié)來(lái)完成。第二支路：水介質(zhì)由泵P102從儲(chǔ)水箱V4中加壓獲得壓頭，經(jīng)由閥門(mén)JV22進(jìn)入水箱V3，通過(guò)閥門(mén)JV33回流至水箱V4而形成水循環(huán)；其中，給水流量由FT102測(cè)得，液位由LT103獲得。用閥門(mén)JV33的開(kāi)啟程度來(lái)模擬負(fù)載的大小。設(shè)置定值自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)速器U101轉(zhuǎn)速為操縱變量，F(xiàn)T102為副回路被測(cè)量，LT101為被控變量，采用PID串級(jí)調(diào)節(jié)來(lái)完成，如圖2所示。

圖2 小型過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)物

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室面對(duì)具體的過(guò)程控制系統(tǒng)，不僅能將理論課上所學(xué)的基本原理和基本方法通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，同時(shí)也加強(qiáng)了自身的動(dòng)手操作能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，在“學(xué)”與“用”的交替過(guò)程中，能動(dòng)性地提出自己的問(wèn)題和見(jiàn)解，通過(guò)進(jìn)一步探究以達(dá)到專業(yè)知識(shí)的活學(xué)活用。

三、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的應(yīng)用成效

“自動(dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有12套教學(xué)設(shè)備，不僅僅能夠完成課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，也能夠作為教師和學(xué)生的創(chuàng)新平臺(tái)，積極拓展課外訓(xùn)練，提高師生的科研能力，如指導(dǎo)學(xué)生完成省級(jí)、院級(jí)創(chuàng)新項(xiàng)目，帶領(lǐng)學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，都獲得了優(yōu)異成績(jī)?！白詣?dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)室努力建成開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室，不僅自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，其他專業(yè)學(xué)生只要有興趣、有能力，都能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室完成自己的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，真正做到學(xué)以致用，打造成獨(dú)立學(xué)院的“創(chuàng)新夢(mèng)工廠”。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅正祥.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的獨(dú)立學(xué)院實(shí)驗(yàn)室建設(shè)實(shí)踐與體會(huì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011（7）：1-4.

[2]陳漢英，侯超.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是獨(dú)立學(xué)院發(fā)展的必由之路[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010（9）：171-172.

[3]沈良忠，李瑩，胡憲武.獨(dú)立學(xué)院實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的探索與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2012（28）：123-124.

[4]張惠強(qiáng).淺談獨(dú)立學(xué)院實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，25（11）：68-69.

[5]周衛(wèi)紅，潘惠.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的獨(dú)立學(xué)院實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建[J].中國(guó)校外教育，2009（7）：18.

[6]周雙喜，裴國(guó)兵.自動(dòng)控制專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的構(gòu)思[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009（10）：155-158.

作者簡(jiǎn)介：

聞凱（1983— ），男，漢族，江蘇江陰，南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院講師，主要從事自動(dòng)控制系統(tǒng)、智能控制研究。

（責(zé)編 田彩霞）

摘要：獨(dú)立學(xué)院為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才，必須大力加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。以“自動(dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)室為例，介紹實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過(guò)程中的總體思路和具體規(guī)劃，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作來(lái)提高自身的實(shí)踐創(chuàng)新力和社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：獨(dú)立學(xué)院 自動(dòng)控制系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

21世紀(jì)的大學(xué)教育發(fā)生了深刻的變革，最顯著的特征是實(shí)踐應(yīng)用教育被提高到前所未有的高度，這是一種正確的回歸。高校作為面向社會(huì)企業(yè)的人才工廠，承擔(dān)為社會(huì)企業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)人才的重任。教育部發(fā)布的《普通高等學(xué)校獨(dú)立學(xué)院教育工作合格評(píng)估指標(biāo)體系》中有一條重要政策：“獨(dú)立學(xué)院根據(jù)自身?xiàng)l件和發(fā)展?jié)摿?，適應(yīng)地方、區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需要，確立教學(xué)型大學(xué)的類(lèi)型定位和培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才的目標(biāo)定位”，把學(xué)生實(shí)踐能力的提高作為辦學(xué)定位提出。由此，全國(guó)三百所獨(dú)立學(xué)院都在著力培養(yǎng)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、工程實(shí)踐能力較強(qiáng)的專業(yè)型人才，與之配套的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，是突顯獨(dú)立學(xué)院自身特色、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、增強(qiáng)綜合實(shí)力和競(jìng)爭(zhēng)力的基本環(huán)節(jié)和重要途徑。

一、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的總體思路

作為在實(shí)踐中發(fā)展的自動(dòng)化學(xué)科，如何構(gòu)建一個(gè)完善的自動(dòng)化實(shí)踐平臺(tái)，是學(xué)科建設(shè)的重中之重。其中，“自動(dòng)控制系統(tǒng)”作為自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的必修課程，課程特點(diǎn)是：綜合應(yīng)用性廣泛，理論知識(shí)面豐富，與實(shí)踐環(huán)節(jié)聯(lián)系緊密。在學(xué)生了解控制原理的基礎(chǔ)之上，接觸控制系統(tǒng)集成的概念，實(shí)現(xiàn)硬件和軟件的綜合、元件與系統(tǒng)的綜合，真正進(jìn)入“應(yīng)用與實(shí)踐”相結(jié)合的學(xué)習(xí)模式。在理論教學(xué)的基礎(chǔ)之上，設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)，通過(guò)建立“自動(dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)室，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，有利于學(xué)生理解和掌握該課程的知識(shí)點(diǎn)，從而對(duì)自動(dòng)化學(xué)科甚至是專業(yè)產(chǎn)生系統(tǒng)性的認(rèn)知。

基于以上出發(fā)點(diǎn)，自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)必須具備如下要求，以實(shí)現(xiàn)建設(shè)功能最全面、技術(shù)最先進(jìn)的示范自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)中心的目的。

1.既滿足基本的本科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，又可以作為學(xué)生和教師的創(chuàng)新研究平臺(tái)和技能測(cè)試平臺(tái)。

2.在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)要求，為實(shí)踐教育提供認(rèn)知控制理論，實(shí)踐自動(dòng)化技術(shù)的基本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；為創(chuàng)新實(shí)踐提供可組合的設(shè)計(jì)性實(shí)踐平臺(tái)；為教師科研提供體現(xiàn)當(dāng)前自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)技術(shù)最新發(fā)展的軟硬件環(huán)境。

3.系統(tǒng)方案考慮網(wǎng)絡(luò)化特征，整個(gè)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)建立在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)之上，體現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，并為實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)信息化管理提供基礎(chǔ)。

4.控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多樣化，包括智能儀表、直接數(shù)字控制系統(tǒng)，可編程邏輯控制系統(tǒng)等，必須把工業(yè)企業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用的控制系統(tǒng)納入到實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中來(lái)。

5.實(shí)驗(yàn)室方案采用模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的可組合性、開(kāi)放性、可發(fā)展性。

6.要有完善的實(shí)驗(yàn)軟環(huán)境，即在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)、實(shí)驗(yàn)多媒體系統(tǒng)要完善。

二、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的具體規(guī)劃

遵循“自動(dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的基本要求，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的選型主要以離散運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)為主。運(yùn)動(dòng)控制包括倒立擺控制系統(tǒng)、磁懸浮控制系統(tǒng)、球桿控制系統(tǒng)、數(shù)字隨動(dòng)控制系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都是自動(dòng)控制學(xué)習(xí)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，是典型的開(kāi)環(huán)、非線性不穩(wěn)定系統(tǒng)，它的許多特性都是控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題，需要學(xué)生獨(dú)立自主地來(lái)完成控制器分析和設(shè)計(jì)，其對(duì)于控制理論學(xué)科來(lái)講，都是非常適于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和開(kāi)發(fā)研究的教學(xué)平臺(tái)。

而工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)可以對(duì)溫度、壓力、流量、液位等過(guò)程參數(shù)應(yīng)用多種控制策略進(jìn)行控制，不僅是“自動(dòng)控制系統(tǒng)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本內(nèi)容，同時(shí)也可滿足“過(guò)程控制”“控制儀表”“自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與傳感器”“計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)”等其他自動(dòng)化專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括對(duì)象特性研究、位置控制，手動(dòng)控制，程序控制，PID控制，串級(jí)控制，前饋控制，滯后補(bǔ)償控制，解耦控制等經(jīng)典控制。為降低實(shí)驗(yàn)成本和提高設(shè)備利用率，選用小型過(guò)程控制系統(tǒng)，為學(xué)院教師和學(xué)生的科技創(chuàng)新活動(dòng)提供一個(gè)研究平臺(tái)，進(jìn)行控制理論實(shí)踐，滿足認(rèn)知教學(xué)的需要。以小型過(guò)程控制系統(tǒng)為例，闡述學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)實(shí)踐操作的過(guò)程。

圖1 小型過(guò)程控制系統(tǒng)工藝流程圖

該系統(tǒng)提供兩路動(dòng)力支流（如圖1所示），可以滿足兩個(gè)學(xué)生同時(shí)進(jìn)行壓力，流量和液位測(cè)試實(shí)驗(yàn)，也可以一路用于提供水流，一路用于提供干擾，閥門(mén)JV13和JV23提供泄漏干擾。控制系統(tǒng)通過(guò)并口連接到計(jì)算機(jī)上，所有調(diào)速器和渦輪流量計(jì)變送器進(jìn)行封裝。三容水箱對(duì)整體系統(tǒng)提供支撐，取不同高度的液位值即可形成水平或垂直的多容系統(tǒng)。

如進(jìn)行流量液位串級(jí)控制，第一支路：水介質(zhì)由泵P101從儲(chǔ)水箱V4中加壓獲得壓頭，經(jīng)由閥門(mén)JV11進(jìn)入水箱V1，通過(guò)閥門(mén)JV31回流至水箱V4而形成水循環(huán)；其中，給水流量由FT101測(cè)得，液位由LT101獲得。用閥門(mén)JV31的開(kāi)啟程度來(lái)模擬負(fù)載的大小。設(shè)置定值自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)速器U101轉(zhuǎn)速為操縱變量，F(xiàn)T101為副回路被測(cè)量，LT101為被控變量，采用PID串級(jí)調(diào)節(jié)來(lái)完成。第二支路：水介質(zhì)由泵P102從儲(chǔ)水箱V4中加壓獲得壓頭，經(jīng)由閥門(mén)JV22進(jìn)入水箱V3，通過(guò)閥門(mén)JV33回流至水箱V4而形成水循環(huán)；其中，給水流量由FT102測(cè)得，液位由LT103獲得。用閥門(mén)JV33的開(kāi)啟程度來(lái)模擬負(fù)載的大小。設(shè)置定值自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)速器U101轉(zhuǎn)速為操縱變量，F(xiàn)T102為副回路被測(cè)量，LT101為被控變量，采用PID串級(jí)調(diào)節(jié)來(lái)完成，如圖2所示。

圖2 小型過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)物

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室面對(duì)具體的過(guò)程控制系統(tǒng)，不僅能將理論課上所學(xué)的基本原理和基本方法通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，同時(shí)也加強(qiáng)了自身的動(dòng)手操作能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，在“學(xué)”與“用”的交替過(guò)程中，能動(dòng)性地提出自己的問(wèn)題和見(jiàn)解，通過(guò)進(jìn)一步探究以達(dá)到專業(yè)知識(shí)的活學(xué)活用。

三、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的應(yīng)用成效

“自動(dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有12套教學(xué)設(shè)備，不僅僅能夠完成課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，也能夠作為教師和學(xué)生的創(chuàng)新平臺(tái)，積極拓展課外訓(xùn)練，提高師生的科研能力，如指導(dǎo)學(xué)生完成省級(jí)、院級(jí)創(chuàng)新項(xiàng)目，帶領(lǐng)學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，都獲得了優(yōu)異成績(jī)。“自動(dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)室努力建成開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室，不僅自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，其他專業(yè)學(xué)生只要有興趣、有能力，都能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室完成自己的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，真正做到學(xué)以致用，打造成獨(dú)立學(xué)院的“創(chuàng)新夢(mèng)工廠”。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅正祥.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的獨(dú)立學(xué)院實(shí)驗(yàn)室建設(shè)實(shí)踐與體會(huì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011（7）：1-4.

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作者簡(jiǎn)介：

聞凱（1983— ），男，漢族，江蘇江陰，南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院講師，主要從事自動(dòng)控制系統(tǒng)、智能控制研究。

（責(zé)編 田彩霞）

摘要：獨(dú)立學(xué)院為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才，必須大力加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。以“自動(dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)室為例，介紹實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過(guò)程中的總體思路和具體規(guī)劃，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作來(lái)提高自身的實(shí)踐創(chuàng)新力和社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：獨(dú)立學(xué)院 自動(dòng)控制系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

21世紀(jì)的大學(xué)教育發(fā)生了深刻的變革，最顯著的特征是實(shí)踐應(yīng)用教育被提高到前所未有的高度，這是一種正確的回歸。高校作為面向社會(huì)企業(yè)的人才工廠，承擔(dān)為社會(huì)企業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)人才的重任。教育部發(fā)布的《普通高等學(xué)校獨(dú)立學(xué)院教育工作合格評(píng)估指標(biāo)體系》中有一條重要政策：“獨(dú)立學(xué)院根據(jù)自身?xiàng)l件和發(fā)展?jié)摿?，適應(yīng)地方、區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需要，確立教學(xué)型大學(xué)的類(lèi)型定位和培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才的目標(biāo)定位”，把學(xué)生實(shí)踐能力的提高作為辦學(xué)定位提出。由此，全國(guó)三百所獨(dú)立學(xué)院都在著力培養(yǎng)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、工程實(shí)踐能力較強(qiáng)的專業(yè)型人才，與之配套的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，是突顯獨(dú)立學(xué)院自身特色、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、增強(qiáng)綜合實(shí)力和競(jìng)爭(zhēng)力的基本環(huán)節(jié)和重要途徑。

一、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的總體思路

作為在實(shí)踐中發(fā)展的自動(dòng)化學(xué)科，如何構(gòu)建一個(gè)完善的自動(dòng)化實(shí)踐平臺(tái)，是學(xué)科建設(shè)的重中之重。其中，“自動(dòng)控制系統(tǒng)”作為自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的必修課程，課程特點(diǎn)是：綜合應(yīng)用性廣泛，理論知識(shí)面豐富，與實(shí)踐環(huán)節(jié)聯(lián)系緊密。在學(xué)生了解控制原理的基礎(chǔ)之上，接觸控制系統(tǒng)集成的概念，實(shí)現(xiàn)硬件和軟件的綜合、元件與系統(tǒng)的綜合，真正進(jìn)入“應(yīng)用與實(shí)踐”相結(jié)合的學(xué)習(xí)模式。在理論教學(xué)的基礎(chǔ)之上，設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)，通過(guò)建立“自動(dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)室，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，有利于學(xué)生理解和掌握該課程的知識(shí)點(diǎn)，從而對(duì)自動(dòng)化學(xué)科甚至是專業(yè)產(chǎn)生系統(tǒng)性的認(rèn)知。

基于以上出發(fā)點(diǎn)，自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)必須具備如下要求，以實(shí)現(xiàn)建設(shè)功能最全面、技術(shù)最先進(jìn)的示范自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)中心的目的。

1.既滿足基本的本科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，又可以作為學(xué)生和教師的創(chuàng)新研究平臺(tái)和技能測(cè)試平臺(tái)。

2.在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)要求，為實(shí)踐教育提供認(rèn)知控制理論，實(shí)踐自動(dòng)化技術(shù)的基本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；為創(chuàng)新實(shí)踐提供可組合的設(shè)計(jì)性實(shí)踐平臺(tái)；為教師科研提供體現(xiàn)當(dāng)前自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)技術(shù)最新發(fā)展的軟硬件環(huán)境。

3.系統(tǒng)方案考慮網(wǎng)絡(luò)化特征，整個(gè)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)建立在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)之上，體現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，并為實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)信息化管理提供基礎(chǔ)。

4.控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多樣化，包括智能儀表、直接數(shù)字控制系統(tǒng)，可編程邏輯控制系統(tǒng)等，必須把工業(yè)企業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用的控制系統(tǒng)納入到實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中來(lái)。

5.實(shí)驗(yàn)室方案采用模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的可組合性、開(kāi)放性、可發(fā)展性。

6.要有完善的實(shí)驗(yàn)軟環(huán)境，即在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)、實(shí)驗(yàn)多媒體系統(tǒng)要完善。

二、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的具體規(guī)劃

遵循“自動(dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的基本要求，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的選型主要以離散運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)為主。運(yùn)動(dòng)控制包括倒立擺控制系統(tǒng)、磁懸浮控制系統(tǒng)、球桿控制系統(tǒng)、數(shù)字隨動(dòng)控制系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都是自動(dòng)控制學(xué)習(xí)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，是典型的開(kāi)環(huán)、非線性不穩(wěn)定系統(tǒng)，它的許多特性都是控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題，需要學(xué)生獨(dú)立自主地來(lái)完成控制器分析和設(shè)計(jì)，其對(duì)于控制理論學(xué)科來(lái)講，都是非常適于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和開(kāi)發(fā)研究的教學(xué)平臺(tái)。

而工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)可以對(duì)溫度、壓力、流量、液位等過(guò)程參數(shù)應(yīng)用多種控制策略進(jìn)行控制，不僅是“自動(dòng)控制系統(tǒng)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本內(nèi)容，同時(shí)也可滿足“過(guò)程控制”“控制儀表”“自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與傳感器”“計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)”等其他自動(dòng)化專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括對(duì)象特性研究、位置控制，手動(dòng)控制，程序控制，PID控制，串級(jí)控制，前饋控制，滯后補(bǔ)償控制，解耦控制等經(jīng)典控制。為降低實(shí)驗(yàn)成本和提高設(shè)備利用率，選用小型過(guò)程控制系統(tǒng)，為學(xué)院教師和學(xué)生的科技創(chuàng)新活動(dòng)提供一個(gè)研究平臺(tái)，進(jìn)行控制理論實(shí)踐，滿足認(rèn)知教學(xué)的需要。以小型過(guò)程控制系統(tǒng)為例，闡述學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)實(shí)踐操作的過(guò)程。

圖1 小型過(guò)程控制系統(tǒng)工藝流程圖

該系統(tǒng)提供兩路動(dòng)力支流（如圖1所示），可以滿足兩個(gè)學(xué)生同時(shí)進(jìn)行壓力，流量和液位測(cè)試實(shí)驗(yàn)，也可以一路用于提供水流，一路用于提供干擾，閥門(mén)JV13和JV23提供泄漏干擾?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)并口連接到計(jì)算機(jī)上，所有調(diào)速器和渦輪流量計(jì)變送器進(jìn)行封裝。三容水箱對(duì)整體系統(tǒng)提供支撐，取不同高度的液位值即可形成水平或垂直的多容系統(tǒng)。

如進(jìn)行流量液位串級(jí)控制，第一支路：水介質(zhì)由泵P101從儲(chǔ)水箱V4中加壓獲得壓頭，經(jīng)由閥門(mén)JV11進(jìn)入水箱V1，通過(guò)閥門(mén)JV31回流至水箱V4而形成水循環(huán)；其中，給水流量由FT101測(cè)得，液位由LT101獲得。用閥門(mén)JV31的開(kāi)啟程度來(lái)模擬負(fù)載的大小。設(shè)置定值自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)速器U101轉(zhuǎn)速為操縱變量，F(xiàn)T101為副回路被測(cè)量，LT101為被控變量，采用PID串級(jí)調(diào)節(jié)來(lái)完成。第二支路：水介質(zhì)由泵P102從儲(chǔ)水箱V4中加壓獲得壓頭，經(jīng)由閥門(mén)JV22進(jìn)入水箱V3，通過(guò)閥門(mén)JV33回流至水箱V4而形成水循環(huán)；其中，給水流量由FT102測(cè)得，液位由LT103獲得。用閥門(mén)JV33的開(kāi)啟程度來(lái)模擬負(fù)載的大小。設(shè)置定值自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)速器U101轉(zhuǎn)速為操縱變量，F(xiàn)T102為副回路被測(cè)量，LT101為被控變量，采用PID串級(jí)調(diào)節(jié)來(lái)完成，如圖2所示。

圖2 小型過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)物

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室面對(duì)具體的過(guò)程控制系統(tǒng)，不僅能將理論課上所學(xué)的基本原理和基本方法通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，同時(shí)也加強(qiáng)了自身的動(dòng)手操作能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，在“學(xué)”與“用”的交替過(guò)程中，能動(dòng)性地提出自己的問(wèn)題和見(jiàn)解，通過(guò)進(jìn)一步探究以達(dá)到專業(yè)知識(shí)的活學(xué)活用。

三、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的應(yīng)用成效

“自動(dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有12套教學(xué)設(shè)備，不僅僅能夠完成課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，也能夠作為教師和學(xué)生的創(chuàng)新平臺(tái)，積極拓展課外訓(xùn)練，提高師生的科研能力，如指導(dǎo)學(xué)生完成省級(jí)、院級(jí)創(chuàng)新項(xiàng)目，帶領(lǐng)學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，都獲得了優(yōu)異成績(jī)?！白詣?dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)室努力建成開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室，不僅自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，其他專業(yè)學(xué)生只要有興趣、有能力，都能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室完成自己的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，真正做到學(xué)以致用，打造成獨(dú)立學(xué)院的“創(chuàng)新夢(mèng)工廠”。

參考文獻(xiàn)：

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[4]張惠強(qiáng).淺談獨(dú)立學(xué)院實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，25（11）：68-69.

[5]周衛(wèi)紅，潘惠.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的獨(dú)立學(xué)院實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建[J].中國(guó)校外教育，2009（7）：18.

[6]周雙喜，裴國(guó)兵.自動(dòng)控制專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的構(gòu)思[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009（10）：155-158.

作者簡(jiǎn)介：

聞凱（1983— ），男，漢族，江蘇江陰，南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院講師，主要從事自動(dòng)控制系統(tǒng)、智能控制研究。

（責(zé)編 田彩霞）