《控制工程基础》课程实验教学的研究与探讨

陈 晓

（安阳工学院机械工程学院，河南安阳455000）

《控制工程基础》课程是诸多工科专业，例如机械设计制造及其自动化、机械电子工程的一门重要基础课程，为后续的专业课程提供了理论基础和分析、设计方法。该课程的特点是理论性较强，概念多，内容抽象，并涉及数学、物理等多方面知识，具有一定的深度和难度。因此，该课程实验教学的开设就在消化、理解和吸收教学内容上起到了非常重要的作用[1]。

目前，该课程所开设的实验大多是验证性实验，缺少综合性、设计性及创新性实验，且实验内容单一，极易造成学生理论与实验、实践环节脱节[2]，不利于学生对知识的掌握及应用。因此，根据课程特点，结合实验条件与学时数情况，现提出采用“虚实结合”、原理验证性实验与综合性、设计创新性实验相结合的实验教学方式，并按照课程教学重点以及各专业特色设置实验项目，优化实验教学体系，规范并完善实验教学内容。下面针对这一思路作进一步探讨。

1 实验教学目标

实验教学对学生的动手能力和创新能力的培养具有十分重要的作用。《控制工程基础》课程实验教学的目标就是通过设置一些实验项目，使学生充分掌握控制理论的基本知识、基本方法和基本技能，调动学生所有的感知功能，最大限度地提高教学效果及学习效率，消除学生在控制理论中因抽象而产生的畏难、厌烦心理，激发学生学习的兴趣，使学生处于一种探索、发现的学习过程，引导学生尽早进行科学实验设计，培养学生的创新意识和能力[3]。

2 实验教学内容

根据以上的教学目标，在实验教学的内容规划上，可以围绕以下3方面来完成。

1）根据教学内容状况和现有的实验条件，采用“虚实结合”的实验方法。

“虚”即是利用MATLAB仿真软件，在SIMULINK仿真环境下，进行计算机仿真实验。

MATLAB是一种用于工程计算和数值分析的交互式软件，它将高性能的数值计算和可视化集成在一起，从而被广泛地应用于科学计算，信息处理、控制系统等领域的分析、仿真和设计工作。其中包含的控制系统工具箱就是专门针对控制系统工程设计的函数和工具的集合，涉及了经典控制理论和现代控制理论的大部分内容，包括根轨迹图的绘制、零极点的设置和最优控制等[4]。

如果将MATLAB融入实验教学中去，先由教师选有代表性的题目在计算机上对学生进行演示，以便学生理解本次实验的主要目的，然后由学生进行现场操作，同时针对学生在仿真过程中遇到的问题进行解答。这样不仅可以起到辅助教学的功能，而且能增强学生的感性认识，加强其对授课内容的理解，提高教学效率。

“实”即是利用控制理论实验箱，进行实验系统实验。

常见的控制系统分两大类，一类是机械系统，另一类是电气系统。对机械系统的模拟往往对实验条件要求颇多，而对电气系统的模拟则相对简单易行。根据机电相似性原则，可以利用电气元件模拟机械系统，使两者具有相同的数学模型。就动态性能来说，对电气系统模拟的研究，可以替代对机械系统的模拟[5]。所以，在本课程的实验教学中，可采用控制理论实验箱来完成相关实验。让学生在硬件电路箱上搭建控制系统，通过信号发生器、示波器、频率分析仪等设备，分析测试系统特性，调整系统参数，从而进行控制器设计、控制仿真或实际控制实验，由此培养学生独立思考能力、科研能力和实际动手能力。

2）遵循循序渐进的原则，改变单一的实验教学方式，采用验证性实验与综合性、设计创新性实验相结合的方法，优化实验内容。

《控制工程基础》的实验教学，必须开设一定量的验证性实验，由教师指导学生对课堂上学过的定律、结论通过相关实验加以验证，从而深化理解。除此之外，也要加大综合性、设计创新性实验的比例，让学生根据自己所学专业的特点及爱好进行实验，改变学生的被动接受式学习方式，采用自主式学习为主导，培养学生的创新思维和独立分析问题、解决问题的能力[6]。

3）根据教学内容的扩展线路，围绕重要知识点进行实验项目的设置。

《控制工程基础》的教学重点有3个：系统建模、系统分析以及系统的校正和设计[7]。在实验项目的设置上，应与这几个重点的知识点紧密结合，开设如控制系统典型环节的模拟，控制系统的时域响应分析、稳定性分析，以及控制系统的校正与设计等实验项目。

另外，对于非电类专业，例如机械制造、车辆工程等，也可开设一定针对各专业特点的实验项目。比如机械制造专业，可以数控机床的运行控制为实验内容，将机械制造与控制理论相结合，让学生将理论知识用到实际生产中去，解决基本的工程问题，提高学生对课程及本专业的理解。

3 结语

《控制工程基础》研究的问题带有普遍性，对工程实践具有重要的指导意义，该课程实验的开设对培养学生运用控制原理的基本方法、提高分析和解决各种工程问题的能力具有重要意义。采用计算机仿真与控制系统搭建两类实验方式，令“虚实结合”，调整原理验证性实验与综合性、设计创新性实验的比例，按照课程教学重点以及各专业特色设置实验项目，优化实验教学体系，对于学生掌握理论知识，并将理论与实际工程问题结合具有很大的帮助。

[1]尚锐，王晓明，宛剑业.“控制工程基础"课程的实验方法研究[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2008（3）：106-108.

[2]林海鹏，王金波，董金波，等.《控制工程基础》课程的教学改革与实践探索[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2011（8）：182-183.

[3]董景新.控制工程基础[M].北京：清华大学出版社，2003．[4]董金波，任思璟.运用MATLAB仿真软件促进《机械控制工程基础》课程教学的改革与实践[J].中国科技信息，2012（1）：127.

[5]严继东，刘宗群.自控实验中二阶系统传递函数实验方法的探讨[J].实验室研究与探索，1992（3）：58-61.

[6]侯志敏，尚雅层.控制工程基础实验教学的研究与实践[J].教育前沿，2010（4）：52.

[7]王积伟，吴振顺.控制工程基础[M].北京：高等教育出版社，2010．