應用型本科自動控制原理課程體系改革

劉 琪 張鴻輝

摘要 自動控制原理是自動化專業非常重要的專業基礎課程。根據應用型本科教育的培養目標,對自動控制原理課程體系進行改革,并通過教學實踐證明,效果良好。

關鍵詞 應用型本科;自動控制理論;教學改革

中圖分類號:G652 文獻標識碼:B 文章編號:1671-489X(2009)24-0041-01

Reform of Applied Undergraduate Course System for Automatic Control Theory//Liu Qi, Zhang Honghui

Abstract Automatic Control Theory is a very important specialized basic courses of Automation Specialty. According to training objectives of applied undergraduate education, a series of measures must be taken to improve teaching quality in adjusting the structure of Automatic Control Theory.

Key words applied undergraduate; automatic control theory; teaching reform

Authors address Zhoukou Normal University, Zhoukou, Hennan, 466001, China

2000年以來我國新增本科院校469所,這些院校大多定位于應用型本科。應用型本科教育屬于較高層次的技術教育,它同研究型本科相比具有鮮明的技術應用性特征,它以應用為主旨和特征構建課程和教學內容體系,重視應用能力的培養。

自動控制原理是自動化專業非常重要的專業基礎課程,是自動化專業的方法論,是研究控制系統的普遍規律[1]。應用型本科作為一種新的教育形態,對自動控制原理課程體系提出新的問題和挑戰。

1 現有課程體系存在的問題

1.1 技術手段落后1)現有課程體系中詳細介紹了根軌跡、頻率特性曲線、相平面圖的手工畫法,而計算機輔助分析工具能快速、準確地繪制出上述曲線。2)現有課程體系一般以連續控制系統的分析與設計為主,隨著計算機作為數字控制器廣泛應用于控制系統中,離散控制系統內容亟待加強。3)MATLAB已成為控制系統分析與設計的必備軟件,但現有課程體系未能結合實例將其列入。

1.2 結構不合理1)穩定性是對控制系統最基本的要求,也是課程體系中最重要的內容。其分析方法有代數穩定判據、奈奎斯特判據、相平面法等,現有課程體系中這些方法分散在各章。2)自動控制原理只是自動化專業的一門課程,但現有課程體系大多包含狀態空間分析法等現代控制理論內容,顯得臃腫且與后續課程重復。

1.3 工程實例少對應用型本科而言,應更加強調在工程一線運用知識來解決實際問題。現有課程體系缺少與工程實際緊密聯系的實例。

2 改革辦法

1)刪減根軌跡、頻率特性曲線、相平面圖等的手工畫法,增加用MATLAB輔助繪制上述曲線的方法,利用MATLAB對控制系統進行分析與設計。2)增加離散控制系統分析與設計內容,將其置于與連續控制系統同樣重要的位置。3)整合各種穩定性分析方法,包括連續和離散控制系統、線性和非線性控制系統的代數穩定判據、奈奎斯特判據、相平面法等。4)整合控制系統動態性能分析的內容,包括連續和離散控制系統的動態性能和穩態性能分析等。5)增加一些與工程實際緊密聯系的實例,例如數字PID控制,提高學生運用控制理論分析和設計控制系統的能力。6)刪除經典控制理論之外的內容,將其安排到現代控制理論等后續課程中。

3 應用型本科自動控制原理課程體系摘要

1)自動控制系統的概念;2)連續控制系統的數學模型,主要內容包括微分方程、傳遞函數、結構圖、信號流圖、頻率特性等;3)離散控制系統的數學模型,主要內容包括信號的采樣與保持、差分方程、離散狀態方程、Z變換與反變換、Z傳遞函數等;4)控制系統穩定性分析,主要內容包括穩定性定義與穩定性條件、連續控制系統和離散控制系統的代數穩定判據、奈奎斯特穩定判據及相對穩定性分析、描述函數法、相平面法等;5)控制系統動態性能分析,主要內容包括控制系統的動態性能指標、線性連續控制系統的動態性能分析、線性離散控制系統的動態性能分析、線性連續控制系統的穩態性能分析、線性離散控制系統的穩態誤差分析等;6)線性系統的設計方法,主要內容包括連續控制系統的設計方法、離散控制系統的設計方法等;7)PID控制系統的分析與設計,主要內容包括PID控制器及其參數調整、數字PID控制等。

參考文獻

[1]劉琪.自動控制原理及應用[M].長春:吉林大學出版社,2009