“自动控制原理”课程的教学心得与改进

郭 季

(安阳师范学院 物理与电气工程学院，河南 安阳 455000)



“自动控制原理”课程的教学心得与改进

郭 季

(安阳师范学院 物理与电气工程学院，河南 安阳 455000)

通过分析“自动控制原理”课程的授课对象，总结几年的教学经验，找出教学中存在的主要问题，并给出相应的应对策略。

自动控制原理；教学心得；教学改革

1 引言

“自动控制原理”是自动化专业核心的专业基础课，也是电子信息工程、电气工程与自动化等相关专业的重要课程。该课程特点是理论性强，又与工程实践密切结合；整合了前继电类专业基础课程内容，同时又需要较高的数学知识作为铺垫。它是一门知识覆盖面广、内容多、更新发展快、理论性和抽象性很强，且具有一定深度和复杂性的课程，也是公认教师难教、学生难学的一门课程。这门课的后续课程有自动控制系统、计算机控制系统、智能控制技术、控制理论综合，这些课程都是以此为基础，因此教好自动控制原理这门课就很重要，本文将对教学中出现的问题进行分析并提出相应的改进方法。

2 自动控制原理教学中出现的问题

2.1 授课对象分析

通过对“自动控制原理”的授课对象进行分析，了解学生的特点才能有针对性的授课和解惑。学习这门课的主要是在校三年级自动化学生，已经学习《大学物理》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《电路基础》等专业基础课程，该阶段的学生具有以下特点：

首先从对学习态度的分析。学生的求知欲比较强，学习风气好，表现欲强，上课气氛活跃；乐意参加学术讲座，踊跃参加课外活动，主动选择和阅读某类课外读物，积极收集和整理有关资料信息。不足之处是学生尚缺乏独立思考自由支配时间能力。

其次是对背景知识的分析。经过相关专业课程的学习，学生已具备一定的专业理论知识功底，但专业知识体系结构不够完善，各课程之间综合运用较少；具有一定计算机编程基础知识，缺乏工程实际控制系统设计。

最后对起始能力的分析。本阶段学生已经具备较为完善的自主学习能力，并具有一定的分析实际问题的能力，但在实践中学以致用、运用所学知识解决实际问题的能力较弱；通过查阅资料独立获取新知识、新信息的能力有待加强；撰写实践报告等文字表达能力较弱。

2.2 理论在实践中的应用能力不突出

“自动控制原理”这门课内容较抽象，原理概念多，章节内容一环套一环，如图1所示，分析方法都是针对不同的数学模型，而数学模型是从真实系统中脱离出来的，不同的系统可能拥有相同的数学模型。但在学完本课程之后，很多同学无法把数学模型与实际系统联系起来，而现在高校的研究生专业课考试很重视这一环节，当学生拿题来询问我时，我才发现这个问题。

图1 自动控制原理章节结构

2.3 数学推导多，理论结果与实际结果有误差

在课程的学习中，有很多需要数学推导的地方，以学生学习的难点第五章为例，学生要掌握波特图的近似画法，需要计算各典型环节的特征点，同时要在误差大的地方做出校正，而根据已画出的对数频率特性和对数幅频特性判断系统的稳定性又需要计算系统的相角裕度和幅值裕度，这些工作计算量大，又需要借助于计算器。在教学中发现学生对于繁琐的计算理解不透，应用不灵活。

同时自动控制理论分析的结果与实际情况之间也是有一定的差距，理论计算当中经常会用到近似计算，造成与实际的仿真结果有误差。按照课本第二章内容弱非线性系统近似认为是线性系统，但任何实际系统都不可能是真正的线性系统，比如系统中的电机数学模型，用的是简单的一阶系统做的代换，但在实际中会有摩擦之类的非线性，也不可能无条件的忽略。这些造成的系统误差在课程讲授中并没有提到，学生会有困惑。

3 解决对策

3.1 教学内容优化

针对学生的特点，对课程进行优化，是保证教学质量的关键。随着教学大纲的改革，在“自动控制原理”课程总课时不变的基础上，授课时间已经从17周压缩为14周，增加了实践和实验的课时，并通过我们反复比较和教学经验的总结，在新的教学大纲里进一步增加了实验个数。

在讲授中，除了每一块的基础知识，还重点结合了课后习题和考研习题，并给了学生更多练习和总结的机会。在每次学生挖掘出新的问题，教师和学生会共同解决。

比如书上两章课后习题都涉及到的知识点，学生深挖掘发现用不同的解法得到的结果是不相同的，提出疑问。在解答疑问时，我们发现这个知识点和信号处理还有关联，又请教了相关老师，最后才圆满解决。

3.2 教学形式的改进

相对于传统教学手段，多媒体已经被广泛应用，虽然有效的动态演示或情景演示可以激发学生的学习兴趣，但是同时发现多媒体教学速度快，很多内容的讲解过程学生跟不上进度，所以要两者相结合，不能完全用多媒体课件取代黑板讲授。

将软件仿真引入教学，matlab软件为教学提供了便捷的分析方法，直观的展示结果，再结合理论分析，可以帮助学生加深课堂所学知识的理解。

如图2所示，两个不同系统拥有相同开环系统的根轨迹，但一个没有零点，一个有1个闭环零点，他们的动态性能会有什么不同？这样的题学生无法入手，可以帮助他们使用matlab进行仿真，观察结果图，得出结论。从理论分析，两个零点的系统正好构成了偶极子，系统降级为二阶系统，系统有超调量；而没有零点的系统寻找主导极点将系统降级为一阶系统，系统响应没有超调量。两个结论得到统一，极大的激发了学生探索问题的兴趣。

图2 根轨迹图和仿真结果图

除了上课教学还增加了视频教学，采用重点大学的优质精品课程的视频，帮助部分在上课时无法完全吸收知识点的同学，通过视频教学的反复收看，有重点性的加强学习。增加微课堂，目前同学使用微信比例增加，使用微信答疑，既增加了和同学沟通的机会，也可以帮助同学把问题解决在萌芽状态。

3.3 实践教学改革

针对学生以往“一刀切”的实验模式，做出相应的改革，增加实践环节，并在实践教学期间，要求学生做到五个一：参观一次实训基地，进一周实验室，编写一个算法，实现一个控制，完成一个报告。

改变以往的实验是老师讲，学生做的模式，在实践教学方式上，力求避免传统的灌输式教学，改变被动实践状态；在教学手段上，开放实践教学环境，开放实验装置、开放实验时间、开放实验内容，鼓励学生自主学习，充分调动学生学习的积极性和主动性。并对学生的实践时间做出考核，最后计入考核方式中。

目前开放的实验室有自动控制实验室、电力电子实验室、电机控制实验室、eda实验室、dsp实验室、plc实验室、过程控制实验室、继电器保护实验室。这些实验室可以最大程度的满足学生的需求。如果有学生想有更深入的学习，我们也开设了校内外实训基地，通过生产现场教学实践环节使学生充分了解本课程知识的具体应用，建立对课程所学知识的感性认识。

4 总结

“自动控制原理”课程对于自控专业的学生很重要，学习过程中难度也比较大，要求教师授课时，要以学生为核心，针对学生的特点，做出相应的改革，增强学生的学习动力，增加该课程的实用性，培养学生的专业分析水平，实现学生的全面发展。

[1]胡寿松.自动控制原理(第五版)[M].北京：科学出版社，2007.

[2]赵文峰.MATLAB控制系统设计与仿真[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.

[4]田思庆，吴桂云.“自动控制原理”课程的教学研究与实践[J].电气电子教学学报,2008,30(1):112-114.

[5]李振龙，乔俊飞等.自动控制原理课程体系机构和教学方法探索[J].教学研究,2009,32(2):66-72.

[6]段纳，高庆争. 自动控制原理教学中的问题及对策探讨[J].曲阜师范大学学报,2011,37(2):7-10.

[责任编辑：张怀涛]

Teaching Experience and Reform in the Teaching of "Automatic Control Principle"

GUO JI

(College of Physics & Electrical Engineering, Anyang Normal University, Anyang 455000，China)

Through the analysis of the teaching object of "automatic control principle", based on the teaching experience for several years ,this paper summarizes the main problems in teaching,and the corresponding countermeasures are given.

Automatic control theory; Teaching experience; Reform

2016-05-26

安阳师范学院2013年度教学研究项目(ASJY-2013-47)

郭季(1983-)，女，河南安阳人，讲师，主要从事控制算法研究。

��] G642.0 [文献识别码]A

1671-5330(2016)05-0143-03