口诀法在自动控制原理与系统教学中的应用

陈晓娟

摘 要 针对高职自动控制原理与系统课程教学过程中一些难记又容易混淆的知识点，利用口诀“突出重点，便于记忆”的特点，在教学中加以运用，使学生尽快熟悉和掌握枯燥的理论重点，教学效果显著增强。

关键词 口诀法；自动控制原理与系统；电气自动化技术

中图分类号：G712 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）20-0118-03

自动控制原理与系统是电气自动化技术专业的主干课程之一，它主要以自动控制理论作为系统分析的工具，以系统分析作为应用案例，研究自动控制系统的模型建立、性能分析和系统调试的基础理论与相关技术。该课程涉及知识面广、信息量大，理论性和实践性较强，抽象概念及分析方法较多，由于经常采用近似法、等效法、图解法等，学生常常感觉抽象，知识不连贯，学习起来非常吃力。在多年的教学实践中发现，如果将抽象的知识点总结成朗朗上口的口诀，将复杂的知识简单化，易记易懂，就会起到事半功倍的效果。

口诀，就是把复杂的事物、知识、体会等，借用诗歌的体裁，用简短的文字表述出来，便于传授和记忆[1]。口诀法实际上是一种优秀的教学方法，优秀的口诀可以“突出重点，便于记忆”。在高职自动控制原理与系统课程教学过程中引入口诀，可以使学生熟悉和掌握原本枯燥的理论重点，取得良好的教学效果。

1 口诀法在自动控制系统框图建立中的应用

研究与分析一个自动控制系统，必须清楚各组成变量、输入量以及输出量之间的相互关系，这就是数学模型。系统的框图是描述系统各元件之间信号传递关系的数学图形，具有简洁清晰的特点，在自动控制技术中运用较为广泛。绘制系统框图的一般步骤如下：

1）写出系统中每个部件的运动方程，列方程时要考虑相邻元件间的负载效应影响；

2）对各运动方程在零初始条件下进行拉氏变换，写出相应的传递函数，并做出各个元件的方框图；

3）根据信号的流向，将各方框单元依次连接起来，并把系统的输入量置于系统框图的最左边，输出量置于最右边，便得到系统的框图[2]。

很多学生面对实际的控制系统，不知该从何入手画出系统的框图，为此将框图建立的步骤总结成六句口诀：

分析系统列方程，拉氏变换得传函；

遇到加减画圆圈，遇到乘除画方框；

先从输入到输出，最后再把反馈连。

这样，根据口诀中提示的步骤，学生一步一步分析系统，基本都能画出系统的框图。实践证明，口诀教学法能对教材知识起到化多为少、化繁为简的作用，不失为一种很好的辅助记忆方法[3]。

2 口诀法在自动控制系统开环对数频率特性曲线绘制中的应用

频率特性法是通过系统开环频率特性曲线来分析闭环自动控制系统的暂态特性和稳态特性，是研究控制系统的一种常用工程方法。开环频率特性曲线由对数幅频特性曲线和对数相频特性曲线组成[4]。

线性自动控制系统一般都是由若干个典型环节组成，常用的典型环节有比例环节、积分环节、微分环节、惯性环节、比例微分环节、二阶振荡环节等。自动控制系统开环频率特性曲线的绘制一般采用叠加的方法，可以看作组成这些典型环节的对数频率特性曲线的叠加，即先分别绘制出其组成的各个典型环节的对数频率特性曲线，再进行叠加。这样绘制多条曲线比较麻烦，学生也不容易掌握。所以总结绘制系统开环幅频特性曲线的一种简单方法，并辅助口诀记忆，就会又快又准确地绘制曲线了：

系统传函化标准，幅频曲线起低频；

开环增益定高度，积分个数定斜率；

坐标轴中频率标，十倍频程要注意；

转折频率斜率变，惯性环节减20；

比例微分加20，振荡环节减40。

4）转折频率斜率变，惯性环节减20；比例微分加20，振荡环节减40。从低频曲线开始延长，遇到转折频率斜率就改变一次，惯性环节减20；比例微分加20，振荡环节减40。

该系统的开环对数幅频特性曲线如图1所示。

3 口诀法在自动控制系统电流反馈中的应用

晶闸管直流调速系统是自动控制系统的一种，在工农业生产中得到广泛应用。稳定了直流电动机的转速，也就使各种生产机械以一定的精度在要求的转速上稳定运行，不受或少受各种可能的干扰，以确保产品质量。根据自动控制的基本知识，为了稳定直流电动机的转速，常常采用三种方案实现。

1）直接采用转速负反馈，稳定转速，在此基础上增加电流截止负反馈起辅助的限流保护的作用。这种电流截止负反馈是只有在电流大到限定电流时才起作用，一般情况下系统电流在允许的范围之内时不起作用。

2）在指标要求不高的场合，可以引入电压负反馈，先稳定直流电动机电压，再间接稳定转速。但是在稳速过程中发现有一些扰动引起的转速变化，电压负反馈解决不了，所以增加电流正反馈起辅助的补偿控制。

3）可以采用转速和电流双闭环调速系统，在晶闸管和电动机的过载承受能力范围内，利用电流负反馈保持电机启动时较大的电流，使电动机输出较大的转矩，缩短启动时间。启动之后，随着电动机的转速上升，系统电流自然降到正常值。这样在双闭环调速系统中，启动时，电流负反馈起主要的调节作用；电动机正常运行时，转速负反馈起主要的调节作用，二者分工不同。

在以上的直流调速系统的三种方案中，分别出现电流负反馈、电流正反馈、电流截止负反馈。这三种反馈环节所起的作用各有不同，但是又很像，学生学到这部分内容的时候常常分辨不清，不知道它们之间的主要区别。因此，在教学过程中将以上区别总结为口诀：

电流截止负反馈，重在截止两个字；

电流超过临界值，反馈作用限电流；

其次电流负反馈，稳定电流最重要；

只要电流有变化，反馈调节稳电流；

最后电流正反馈，不是反馈是补偿；

配合电压负反馈，环外扰动欠补偿。

大显神通各不同，三者不会同时现。

实践证明，有了朗朗上口的口诀，学生对于这些容易混淆的概念就不再感到困惑和复杂了。

4 结论

对于缺乏数学基础和分析技能的高职学生来说，很多知识学得快，忘得也快。如果学生在掌握基本知识点的基础上，配合教师总结的口诀，对理解内容起到事半功倍的效果。口诀法教学不但是一种调节课堂气氛的手段，而且体现了对学生学习兴趣的激发功能，对学生必要记忆的优化功能，对学生能力培养的引导功能[5]。事实上，还可以在课堂上鼓励学生自己对新学习的内容用口诀的形式进行总结，对进一步丰富教学手段，引导学生进行研究性学习有很好的辅助作用。

参考文献

[1]肖竹平，冯秋菊，李志平.口诀法在有机化学教学中的应用[J].广州化工，2014（7）：213-214.

[2]徐国凯.自动控制原理[M].北京：清华大学出版社，2007.

[3]何东平.“口诀法”在中职会计教学中的应用与思考[J].职业，2011（6）：36-37.

[4]孔凡才.自动控制原理与系统[M].北京：机械工业出版社，2007.

[5]黄世稳，黄锁义.医用有机化学口诀教学法的探讨[J].右江民族医学院学报，2010（2）：247-248.