“自动控制原理”实验课程建设研究

边竞

摘 要：文章针对中国工程教育认证标准的要求以及“自动控制原理”课程的特点，利用理论课程和实验课程相结合的方式，实现“理论—实验—应用”一体化教学目标。同时以“二阶闭环系统的频率特性”为案例，介绍了实验的设计目的和思路。实验教学表明：“自动控制原理”实验教学能够提高学生的思考和动手能力，还可以促进理论和实验相结合，加深了对“自动控制原理”课程的理解。

关键词：自动控制原理；实验建设；LABACT

“自动控制原理”是电气与信息类专业必修的重要基础课，主要任务是向学生介绍自动控制理论的基本概念、分析方法和系统设计理念，为后续专业课奠定基础。但该课程概念较多且课程抽象，仅仅依靠理论教学难以实现期望的教学效果。此外，中国工程教育认证标准要求高等教育培养出能够利用所学知识解决工程实际问题的学生，并使学生掌握本专业的实验技能以研究和设计出新工艺、新产品、新设备。实验课程作为教学环节的重要一环，在高等教育中起到了不容忽视的作用[1]。

1 理論教学存在的问题

“自动控制原理”是东北电力大学电气工程及其自动化专业的重要基础课程，由于自动化水平的不断提升，自动控制理论逐步得到完善，自动控制原理课程也愈发被重视。由于该课程的公式推导较多，对于这些繁琐的数学计算以及系统分析过程有些难以理解，仅依靠理论教学很难使学生掌握到“自动控制原理”的重点与难点[2]。

2 实验教学目标

针对理论教学存在的问题，实验教学目标如下：

（1）锻炼学生理论联系实验的能力。利用实验课程更深刻地理解“自动控制原理”课程[3]。

（2）锻炼学生的动手能力。通过实验设备的调试与使用，增强学生的动手能力。

（3）锻炼学生独立思考的能力。在实验过程中会遇到一些不可预测的问题，使学生通过思考解决问题。

3 实验课程建设

3.1 设计案例

频率特性具有明确的物理意义，且可以用实验的方法来确定。求得待测线性环节或系统的传递函数，对于难以通过解析法来推演微分方程的环节或系统说，具有重要的实用意义[4]。本文研究了二阶闭环系统的结构参数对曲线的影响以及二阶闭环系统中的自然频率等参数的计算。

3.2 实验原理分析

3.3 实验预期结果分析

本实验将数/模转换器（B2）单元作为信号发生器，自动产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化（0.5～16 Hz），OUT2输出施加于被测系统的输入端r（t），然后分别测量被测系统的输出信号的闭环对数幅值和相位，数据经相关运算后在虚拟示波器中显示。

运行LABACT程序，选择二阶系统，实验机将自动产生0.5～16 Hz等多种频率信号，等待一段时间，测试结束后，观察闭环对数相频曲线（见图3）和幅相曲线（见图4）。

4 结语

“自动控制原理”的知识较为抽象且覆盖面较广，利用实验的方法可有助于加深学生对该课程知识的理解，同时增加学生的学习兴趣。另一方面，基于中国工程教育认证标准对解决工程实际问题的要求，实验课程提升了学生独立思考和解决实际问题的能力。

[参考文献]

[1]李庆华，潘丰，冯伟.工程教育专业认证下的“自动控制原理”课程实验教学改革探讨[J].教育教学论坛，2018（38）：276-278.

[2]王希娟.案例教学在“自动控制原理”教学中的应用[J].科技经济导刊，2018（22）：170.

[3]刘莫尘，娄伟，李扬，等.控制理论类课程的案例法教学设计[J].农业工程，2018（7）：110-112.

[4]薛大为，杨春兰.以工程能力培养为导向的“自动控制原理”课程改革[J].白城师范学院学报，2018（6）：37-41.