獨立學院“自動控制系統”實驗室的建設與規劃

聞凱　董敏

摘要：獨立學院為培養具有創新精神和實踐能力的應用型人才，必須大力加強實驗室建設。以“自動控制系統”實驗室為例，介紹實驗室建設過程中的總體思路和具體規劃，學生通過實驗操作來提高自身的實踐創新力和社會競爭力。

關鍵詞：獨立學院 自動控制系統 實驗室建設

21世紀的大學教育發生了深刻的變革，最顯著的特征是實踐應用教育被提高到前所未有的高度，這是一種正確的回歸。高校作為面向社會企業的人才工廠，承擔為社會企業培養應用技術人才的重任。教育部發布的《普通高等學校獨立學院教育工作合格評估指標體系》中有一條重要政策：“獨立學院根據自身條件和發展潛力，適應地方、區域經濟和社會發展需要，確立教學型大學的類型定位和培養具有創新精神和實踐能力的應用型人才的目標定位”，把學生實踐能力的提高作為辦學定位提出。由此，全國三百所獨立學院都在著力培養基礎知識扎實、工程實踐能力較強的專業型人才，與之配套的專業實驗室建設，是突顯獨立學院自身特色、提高人才培養質量、增強綜合實力和競爭力的基本環節和重要途徑。

一、實驗室建設的總體思路

作為在實踐中發展的自動化學科，如何構建一個完善的自動化實踐平臺，是學科建設的重中之重。其中，“自動控制系統”作為自動化專業學生的必修課程，課程特點是：綜合應用性廣泛，理論知識面豐富，與實踐環節聯系緊密。在學生了解控制原理的基礎之上，接觸控制系統集成的概念，實現硬件和軟件的綜合、元件與系統的綜合，真正進入“應用與實踐”相結合的學習模式。在理論教學的基礎之上，設置實驗教學和課程設計，通過建立“自動控制系統”實驗室，提高學生的實踐動手能力，有利于學生理解和掌握該課程的知識點，從而對自動化學科甚至是專業產生系統性的認知。

基于以上出發點，自動控制系統實驗室的建設必須具備如下要求，以實現建設功能最全面、技術最先進的示范自動化實驗中心的目的。

1.既滿足基本的本科基礎實驗教學，又可以作為學生和教師的創新研究平臺和技能測試平臺。

2.在一個實驗室實現多平臺要求，為實踐教育提供認知控制理論，實踐自動化技術的基本實驗平臺；為創新實踐提供可組合的設計性實踐平臺；為教師科研提供體現當前自動化與計算機技術最新發展的軟硬件環境。

3.系統方案考慮網絡化特征，整個實驗室系統建立在以太網網絡之上，體現自動化系統的網絡發展，并為實驗室網絡信息化管理提供基礎。

4.控制系統實現多樣化，包括智能儀表、直接數字控制系統，可編程邏輯控制系統等，必須把工業企業中獲得廣泛應用的控制系統納入到實驗室系統中來。

5.實驗室方案采用模塊化設計，實現實驗室設備的可組合性、開放性、可發展性。

6.要有完善的實驗軟環境，即在實驗內容設置、實驗指導書、實驗多媒體系統要完善。

二、實驗室建設的具體規劃

遵循“自動控制系統”實驗室建設的基本要求，實驗平臺的選型主要以離散運動控制系統和工業過程控制系統為主。運動控制包括倒立擺控制系統、磁懸浮控制系統、球桿控制系統、數字隨動控制系統等，這些系統都是自動控制學習中的經典實驗教學設備，是典型的開環、非線性不穩定系統，它的許多特性都是控制領域的熱點問題，需要學生獨立自主地來完成控制器分析和設計，其對于控制理論學科來講，都是非常適于基礎實驗和開發研究的教學平臺。

而工業過程控制系統可以對溫度、壓力、流量、液位等過程參數應用多種控制策略進行控制，不僅是“自動控制系統”課程實驗教學的基本內容，同時也可滿足“過程控制”“控制儀表”“自動檢測技術與傳感器”“計算機控制系統”等其他自動化專業課程的實驗開發與設計，內容包括對象特性研究、位置控制，手動控制，程序控制，PID控制，串級控制，前饋控制，滯后補償控制，解耦控制等經典控制。為降低實驗成本和提高設備利用率，選用小型過程控制系統，為學院教師和學生的科技創新活動提供一個研究平臺，進行控制理論實踐，滿足認知教學的需要。以小型過程控制系統為例，闡述學生完成實驗實踐操作的過程。

圖1 小型過程控制系統工藝流程圖

該系統提供兩路動力支流（如圖1所示），可以滿足兩個學生同時進行壓力，流量和液位測試實驗，也可以一路用于提供水流，一路用于提供干擾，閥門JV13和JV23提供泄漏干擾。控制系統通過并口連接到計算機上，所有調速器和渦輪流量計變送器進行封裝。三容水箱對整體系統提供支撐，取不同高度的液位值即可形成水平或垂直的多容系統。

如進行流量液位串級控制，第一支路：水介質由泵P101從儲水箱V4中加壓獲得壓頭，經由閥門JV11進入水箱V1，通過閥門JV31回流至水箱V4而形成水循環；其中，給水流量由FT101測得，液位由LT101獲得。用閥門JV31的開啟程度來模擬負載的大小。設置定值自動調節系統，調速器U101轉速為操縱變量，FT101為副回路被測量，LT101為被控變量，采用PID串級調節來完成。第二支路：水介質由泵P102從儲水箱V4中加壓獲得壓頭，經由閥門JV22進入水箱V3，通過閥門JV33回流至水箱V4而形成水循環；其中，給水流量由FT102測得，液位由LT103獲得。用閥門JV33的開啟程度來模擬負載的大小。設置定值自動調節系統，調速器U101轉速為操縱變量，FT102為副回路被測量，LT101為被控變量，采用PID串級調節來完成，如圖2所示。

圖2 小型過程控制系統實物

學生在實驗室面對具體的過程控制系統，不僅能將理論課上所學的基本原理和基本方法通過實驗進行驗證，加深了對理論知識的理解和掌握，同時也加強了自身的動手操作能力和團隊協作能力，在“學”與“用”的交替過程中，能動性地提出自己的問題和見解，通過進一步探究以達到專業知識的活學活用。

三、實驗室建設的應用成效

“自動控制系統”實驗室現有12套教學設備，不僅僅能夠完成課內實驗教學、課程設計和畢業設計，也能夠作為教師和學生的創新平臺，積極拓展課外訓練，提高師生的科研能力，如指導學生完成省級、院級創新項目，帶領學生參加全國大學生電子設計競賽，都獲得了優異成績。“自動控制系統”實驗室努力建成開放性實驗室，不僅自動化專業的學生，其他專業學生只要有興趣、有能力，都能進入實驗室完成自己的創新設計，真正做到學以致用，打造成獨立學院的“創新夢工廠”。

參考文獻：

[1]羅正祥.基于應用型人才培養的獨立學院實驗室建設實踐與體會[J].實驗技術與管理，2011（7）：1-4.

[2]陳漢英，侯超.加強實驗室建設是獨立學院發展的必由之路[J].實驗室研究與探索，2010（9）：171-172.

[3]沈良忠，李瑩，胡憲武.獨立學院實驗室建設的探索與實踐[J].中國電力教育，2012（28）：123-124.

[4]張惠強.淺談獨立學院實驗室建設與管理[J].吉林工程技術師范學院學報，2009，25（11）：68-69.

[5]周衛紅，潘惠.基于應用型人才培養的獨立學院實驗室構建[J].中國校外教育，2009（7）：18.

[6]周雙喜，裴國兵.自動控制專業實驗室建設的構思[J].實驗室研究與探索，2009（10）：155-158.

作者簡介：

聞凱（1983— ），男，漢族，江蘇江陰，南京航空航天大學金城學院講師，主要從事自動控制系統、智能控制研究。

（責編 田彩霞）

摘要：獨立學院為培養具有創新精神和實踐能力的應用型人才，必須大力加強實驗室建設。以“自動控制系統”實驗室為例，介紹實驗室建設過程中的總體思路和具體規劃，學生通過實驗操作來提高自身的實踐創新力和社會競爭力。

關鍵詞：獨立學院 自動控制系統 實驗室建設

21世紀的大學教育發生了深刻的變革，最顯著的特征是實踐應用教育被提高到前所未有的高度，這是一種正確的回歸。高校作為面向社會企業的人才工廠，承擔為社會企業培養應用技術人才的重任。教育部發布的《普通高等學校獨立學院教育工作合格評估指標體系》中有一條重要政策：“獨立學院根據自身條件和發展潛力，適應地方、區域經濟和社會發展需要，確立教學型大學的類型定位和培養具有創新精神和實踐能力的應用型人才的目標定位”，把學生實踐能力的提高作為辦學定位提出。由此，全國三百所獨立學院都在著力培養基礎知識扎實、工程實踐能力較強的專業型人才，與之配套的專業實驗室建設，是突顯獨立學院自身特色、提高人才培養質量、增強綜合實力和競爭力的基本環節和重要途徑。

一、實驗室建設的總體思路

作為在實踐中發展的自動化學科，如何構建一個完善的自動化實踐平臺，是學科建設的重中之重。其中，“自動控制系統”作為自動化專業學生的必修課程，課程特點是：綜合應用性廣泛，理論知識面豐富，與實踐環節聯系緊密。在學生了解控制原理的基礎之上，接觸控制系統集成的概念，實現硬件和軟件的綜合、元件與系統的綜合，真正進入“應用與實踐”相結合的學習模式。在理論教學的基礎之上，設置實驗教學和課程設計，通過建立“自動控制系統”實驗室，提高學生的實踐動手能力，有利于學生理解和掌握該課程的知識點，從而對自動化學科甚至是專業產生系統性的認知。

基于以上出發點，自動控制系統實驗室的建設必須具備如下要求，以實現建設功能最全面、技術最先進的示范自動化實驗中心的目的。

1.既滿足基本的本科基礎實驗教學，又可以作為學生和教師的創新研究平臺和技能測試平臺。

2.在一個實驗室實現多平臺要求，為實踐教育提供認知控制理論，實踐自動化技術的基本實驗平臺；為創新實踐提供可組合的設計性實踐平臺；為教師科研提供體現當前自動化與計算機技術最新發展的軟硬件環境。

3.系統方案考慮網絡化特征，整個實驗室系統建立在以太網網絡之上，體現自動化系統的網絡發展，并為實驗室網絡信息化管理提供基礎。

4.控制系統實現多樣化，包括智能儀表、直接數字控制系統，可編程邏輯控制系統等，必須把工業企業中獲得廣泛應用的控制系統納入到實驗室系統中來。

5.實驗室方案采用模塊化設計，實現實驗室設備的可組合性、開放性、可發展性。

6.要有完善的實驗軟環境，即在實驗內容設置、實驗指導書、實驗多媒體系統要完善。

二、實驗室建設的具體規劃

遵循“自動控制系統”實驗室建設的基本要求，實驗平臺的選型主要以離散運動控制系統和工業過程控制系統為主。運動控制包括倒立擺控制系統、磁懸浮控制系統、球桿控制系統、數字隨動控制系統等，這些系統都是自動控制學習中的經典實驗教學設備，是典型的開環、非線性不穩定系統，它的許多特性都是控制領域的熱點問題，需要學生獨立自主地來完成控制器分析和設計，其對于控制理論學科來講，都是非常適于基礎實驗和開發研究的教學平臺。

而工業過程控制系統可以對溫度、壓力、流量、液位等過程參數應用多種控制策略進行控制，不僅是“自動控制系統”課程實驗教學的基本內容，同時也可滿足“過程控制”“控制儀表”“自動檢測技術與傳感器”“計算機控制系統”等其他自動化專業課程的實驗開發與設計，內容包括對象特性研究、位置控制，手動控制，程序控制，PID控制，串級控制，前饋控制，滯后補償控制，解耦控制等經典控制。為降低實驗成本和提高設備利用率，選用小型過程控制系統，為學院教師和學生的科技創新活動提供一個研究平臺，進行控制理論實踐，滿足認知教學的需要。以小型過程控制系統為例，闡述學生完成實驗實踐操作的過程。

圖1 小型過程控制系統工藝流程圖

該系統提供兩路動力支流（如圖1所示），可以滿足兩個學生同時進行壓力，流量和液位測試實驗，也可以一路用于提供水流，一路用于提供干擾，閥門JV13和JV23提供泄漏干擾。控制系統通過并口連接到計算機上，所有調速器和渦輪流量計變送器進行封裝。三容水箱對整體系統提供支撐，取不同高度的液位值即可形成水平或垂直的多容系統。

如進行流量液位串級控制，第一支路：水介質由泵P101從儲水箱V4中加壓獲得壓頭，經由閥門JV11進入水箱V1，通過閥門JV31回流至水箱V4而形成水循環；其中，給水流量由FT101測得，液位由LT101獲得。用閥門JV31的開啟程度來模擬負載的大小。設置定值自動調節系統，調速器U101轉速為操縱變量，FT101為副回路被測量，LT101為被控變量，采用PID串級調節來完成。第二支路：水介質由泵P102從儲水箱V4中加壓獲得壓頭，經由閥門JV22進入水箱V3，通過閥門JV33回流至水箱V4而形成水循環；其中，給水流量由FT102測得，液位由LT103獲得。用閥門JV33的開啟程度來模擬負載的大小。設置定值自動調節系統，調速器U101轉速為操縱變量，FT102為副回路被測量，LT101為被控變量，采用PID串級調節來完成，如圖2所示。

圖2 小型過程控制系統實物

學生在實驗室面對具體的過程控制系統，不僅能將理論課上所學的基本原理和基本方法通過實驗進行驗證，加深了對理論知識的理解和掌握，同時也加強了自身的動手操作能力和團隊協作能力，在“學”與“用”的交替過程中，能動性地提出自己的問題和見解，通過進一步探究以達到專業知識的活學活用。

三、實驗室建設的應用成效

“自動控制系統”實驗室現有12套教學設備，不僅僅能夠完成課內實驗教學、課程設計和畢業設計，也能夠作為教師和學生的創新平臺，積極拓展課外訓練，提高師生的科研能力，如指導學生完成省級、院級創新項目，帶領學生參加全國大學生電子設計競賽，都獲得了優異成績。“自動控制系統”實驗室努力建成開放性實驗室，不僅自動化專業的學生，其他專業學生只要有興趣、有能力，都能進入實驗室完成自己的創新設計，真正做到學以致用，打造成獨立學院的“創新夢工廠”。

參考文獻：

[1]羅正祥.基于應用型人才培養的獨立學院實驗室建設實踐與體會[J].實驗技術與管理，2011（7）：1-4.

[2]陳漢英，侯超.加強實驗室建設是獨立學院發展的必由之路[J].實驗室研究與探索，2010（9）：171-172.

[3]沈良忠，李瑩，胡憲武.獨立學院實驗室建設的探索與實踐[J].中國電力教育，2012（28）：123-124.

[4]張惠強.淺談獨立學院實驗室建設與管理[J].吉林工程技術師范學院學報，2009，25（11）：68-69.

[5]周衛紅，潘惠.基于應用型人才培養的獨立學院實驗室構建[J].中國校外教育，2009（7）：18.

[6]周雙喜，裴國兵.自動控制專業實驗室建設的構思[J].實驗室研究與探索，2009（10）：155-158.

作者簡介：

聞凱（1983— ），男，漢族，江蘇江陰，南京航空航天大學金城學院講師，主要從事自動控制系統、智能控制研究。

（責編 田彩霞）

摘要：獨立學院為培養具有創新精神和實踐能力的應用型人才，必須大力加強實驗室建設。以“自動控制系統”實驗室為例，介紹實驗室建設過程中的總體思路和具體規劃，學生通過實驗操作來提高自身的實踐創新力和社會競爭力。

關鍵詞：獨立學院 自動控制系統 實驗室建設

21世紀的大學教育發生了深刻的變革，最顯著的特征是實踐應用教育被提高到前所未有的高度，這是一種正確的回歸。高校作為面向社會企業的人才工廠，承擔為社會企業培養應用技術人才的重任。教育部發布的《普通高等學校獨立學院教育工作合格評估指標體系》中有一條重要政策：“獨立學院根據自身條件和發展潛力，適應地方、區域經濟和社會發展需要，確立教學型大學的類型定位和培養具有創新精神和實踐能力的應用型人才的目標定位”，把學生實踐能力的提高作為辦學定位提出。由此，全國三百所獨立學院都在著力培養基礎知識扎實、工程實踐能力較強的專業型人才，與之配套的專業實驗室建設，是突顯獨立學院自身特色、提高人才培養質量、增強綜合實力和競爭力的基本環節和重要途徑。

一、實驗室建設的總體思路

作為在實踐中發展的自動化學科，如何構建一個完善的自動化實踐平臺，是學科建設的重中之重。其中，“自動控制系統”作為自動化專業學生的必修課程，課程特點是：綜合應用性廣泛，理論知識面豐富，與實踐環節聯系緊密。在學生了解控制原理的基礎之上，接觸控制系統集成的概念，實現硬件和軟件的綜合、元件與系統的綜合，真正進入“應用與實踐”相結合的學習模式。在理論教學的基礎之上，設置實驗教學和課程設計，通過建立“自動控制系統”實驗室，提高學生的實踐動手能力，有利于學生理解和掌握該課程的知識點，從而對自動化學科甚至是專業產生系統性的認知。

基于以上出發點，自動控制系統實驗室的建設必須具備如下要求，以實現建設功能最全面、技術最先進的示范自動化實驗中心的目的。

1.既滿足基本的本科基礎實驗教學，又可以作為學生和教師的創新研究平臺和技能測試平臺。

2.在一個實驗室實現多平臺要求，為實踐教育提供認知控制理論，實踐自動化技術的基本實驗平臺；為創新實踐提供可組合的設計性實踐平臺；為教師科研提供體現當前自動化與計算機技術最新發展的軟硬件環境。

3.系統方案考慮網絡化特征，整個實驗室系統建立在以太網網絡之上，體現自動化系統的網絡發展，并為實驗室網絡信息化管理提供基礎。

4.控制系統實現多樣化，包括智能儀表、直接數字控制系統，可編程邏輯控制系統等，必須把工業企業中獲得廣泛應用的控制系統納入到實驗室系統中來。

5.實驗室方案采用模塊化設計，實現實驗室設備的可組合性、開放性、可發展性。

6.要有完善的實驗軟環境，即在實驗內容設置、實驗指導書、實驗多媒體系統要完善。

二、實驗室建設的具體規劃

遵循“自動控制系統”實驗室建設的基本要求，實驗平臺的選型主要以離散運動控制系統和工業過程控制系統為主。運動控制包括倒立擺控制系統、磁懸浮控制系統、球桿控制系統、數字隨動控制系統等，這些系統都是自動控制學習中的經典實驗教學設備，是典型的開環、非線性不穩定系統，它的許多特性都是控制領域的熱點問題，需要學生獨立自主地來完成控制器分析和設計，其對于控制理論學科來講，都是非常適于基礎實驗和開發研究的教學平臺。

而工業過程控制系統可以對溫度、壓力、流量、液位等過程參數應用多種控制策略進行控制，不僅是“自動控制系統”課程實驗教學的基本內容，同時也可滿足“過程控制”“控制儀表”“自動檢測技術與傳感器”“計算機控制系統”等其他自動化專業課程的實驗開發與設計，內容包括對象特性研究、位置控制，手動控制，程序控制，PID控制，串級控制，前饋控制，滯后補償控制，解耦控制等經典控制。為降低實驗成本和提高設備利用率，選用小型過程控制系統，為學院教師和學生的科技創新活動提供一個研究平臺，進行控制理論實踐，滿足認知教學的需要。以小型過程控制系統為例，闡述學生完成實驗實踐操作的過程。

圖1 小型過程控制系統工藝流程圖

該系統提供兩路動力支流（如圖1所示），可以滿足兩個學生同時進行壓力，流量和液位測試實驗，也可以一路用于提供水流，一路用于提供干擾，閥門JV13和JV23提供泄漏干擾。控制系統通過并口連接到計算機上，所有調速器和渦輪流量計變送器進行封裝。三容水箱對整體系統提供支撐，取不同高度的液位值即可形成水平或垂直的多容系統。

如進行流量液位串級控制，第一支路：水介質由泵P101從儲水箱V4中加壓獲得壓頭，經由閥門JV11進入水箱V1，通過閥門JV31回流至水箱V4而形成水循環；其中，給水流量由FT101測得，液位由LT101獲得。用閥門JV31的開啟程度來模擬負載的大小。設置定值自動調節系統，調速器U101轉速為操縱變量，FT101為副回路被測量，LT101為被控變量，采用PID串級調節來完成。第二支路：水介質由泵P102從儲水箱V4中加壓獲得壓頭，經由閥門JV22進入水箱V3，通過閥門JV33回流至水箱V4而形成水循環；其中，給水流量由FT102測得，液位由LT103獲得。用閥門JV33的開啟程度來模擬負載的大小。設置定值自動調節系統，調速器U101轉速為操縱變量，FT102為副回路被測量，LT101為被控變量，采用PID串級調節來完成，如圖2所示。

圖2 小型過程控制系統實物

學生在實驗室面對具體的過程控制系統，不僅能將理論課上所學的基本原理和基本方法通過實驗進行驗證，加深了對理論知識的理解和掌握，同時也加強了自身的動手操作能力和團隊協作能力，在“學”與“用”的交替過程中，能動性地提出自己的問題和見解，通過進一步探究以達到專業知識的活學活用。

三、實驗室建設的應用成效

“自動控制系統”實驗室現有12套教學設備，不僅僅能夠完成課內實驗教學、課程設計和畢業設計，也能夠作為教師和學生的創新平臺，積極拓展課外訓練，提高師生的科研能力，如指導學生完成省級、院級創新項目，帶領學生參加全國大學生電子設計競賽，都獲得了優異成績。“自動控制系統”實驗室努力建成開放性實驗室，不僅自動化專業的學生，其他專業學生只要有興趣、有能力，都能進入實驗室完成自己的創新設計，真正做到學以致用，打造成獨立學院的“創新夢工廠”。

參考文獻：

[1]羅正祥.基于應用型人才培養的獨立學院實驗室建設實踐與體會[J].實驗技術與管理，2011（7）：1-4.

[2]陳漢英，侯超.加強實驗室建設是獨立學院發展的必由之路[J].實驗室研究與探索，2010（9）：171-172.

[3]沈良忠，李瑩，胡憲武.獨立學院實驗室建設的探索與實踐[J].中國電力教育，2012（28）：123-124.

[4]張惠強.淺談獨立學院實驗室建設與管理[J].吉林工程技術師范學院學報，2009，25（11）：68-69.

[5]周衛紅，潘惠.基于應用型人才培養的獨立學院實驗室構建[J].中國校外教育，2009（7）：18.

[6]周雙喜，裴國兵.自動控制專業實驗室建設的構思[J].實驗室研究與探索，2009（10）：155-158.

作者簡介：

聞凱（1983— ），男，漢族，江蘇江陰，南京航空航天大學金城學院講師，主要從事自動控制系統、智能控制研究。

（責編 田彩霞）