口訣法在自動控制原理與系統教學中的應用

陳曉娟

摘 要 針對高職自動控制原理與系統課程教學過程中一些難記又容易混淆的知識點，利用口訣“突出重點，便于記憶”的特點，在教學中加以運用，使學生盡快熟悉和掌握枯燥的理論重點，教學效果顯著增強。

關鍵詞 口訣法；自動控制原理與系統；電氣自動化技術

中圖分類號：G712 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）20-0118-03

自動控制原理與系統是電氣自動化技術專業的主干課程之一，它主要以自動控制理論作為系統分析的工具，以系統分析作為應用案例，研究自動控制系統的模型建立、性能分析和系統調試的基礎理論與相關技術。該課程涉及知識面廣、信息量大，理論性和實踐性較強，抽象概念及分析方法較多，由于經常采用近似法、等效法、圖解法等，學生常常感覺抽象，知識不連貫，學習起來非常吃力。在多年的教學實踐中發現，如果將抽象的知識點總結成朗朗上口的口訣，將復雜的知識簡單化，易記易懂，就會起到事半功倍的效果。

口訣，就是把復雜的事物、知識、體會等，借用詩歌的體裁，用簡短的文字表述出來，便于傳授和記憶[1]。口訣法實際上是一種優秀的教學方法，優秀的口訣可以“突出重點，便于記憶”。在高職自動控制原理與系統課程教學過程中引入口訣，可以使學生熟悉和掌握原本枯燥的理論重點，取得良好的教學效果。

1 口訣法在自動控制系統框圖建立中的應用

研究與分析一個自動控制系統，必須清楚各組成變量、輸入量以及輸出量之間的相互關系，這就是數學模型。系統的框圖是描述系統各元件之間信號傳遞關系的數學圖形，具有簡潔清晰的特點，在自動控制技術中運用較為廣泛。繪制系統框圖的一般步驟如下：

1）寫出系統中每個部件的運動方程，列方程時要考慮相鄰元件間的負載效應影響；

2）對各運動方程在零初始條件下進行拉氏變換，寫出相應的傳遞函數，并做出各個元件的方框圖；

3）根據信號的流向，將各方框單元依次連接起來，并把系統的輸入量置于系統框圖的最左邊，輸出量置于最右邊，便得到系統的框圖[2]。

很多學生面對實際的控制系統，不知該從何入手畫出系統的框圖，為此將框圖建立的步驟總結成六句口訣：

分析系統列方程，拉氏變換得傳函；

遇到加減畫圓圈，遇到乘除畫方框；

先從輸入到輸出，最后再把反饋連。

這樣，根據口訣中提示的步驟，學生一步一步分析系統，基本都能畫出系統的框圖。實踐證明，口訣教學法能對教材知識起到化多為少、化繁為簡的作用，不失為一種很好的輔助記憶方法[3]。

2 口訣法在自動控制系統開環對數頻率特性曲線繪制中的應用

頻率特性法是通過系統開環頻率特性曲線來分析閉環自動控制系統的暫態特性和穩態特性，是研究控制系統的一種常用工程方法。開環頻率特性曲線由對數幅頻特性曲線和對數相頻特性曲線組成[4]。

線性自動控制系統一般都是由若干個典型環節組成，常用的典型環節有比例環節、積分環節、微分環節、慣性環節、比例微分環節、二階振蕩環節等。自動控制系統開環頻率特性曲線的繪制一般采用疊加的方法，可以看作組成這些典型環節的對數頻率特性曲線的疊加，即先分別繪制出其組成的各個典型環節的對數頻率特性曲線，再進行疊加。這樣繪制多條曲線比較麻煩，學生也不容易掌握。所以總結繪制系統開環幅頻特性曲線的一種簡單方法，并輔助口訣記憶，就會又快又準確地繪制曲線了：

系統傳函化標準，幅頻曲線起低頻；

開環增益定高度，積分個數定斜率；

坐標軸中頻率標，十倍頻程要注意；

轉折頻率斜率變，慣性環節減20；

比例微分加20，振蕩環節減40。

4）轉折頻率斜率變，慣性環節減20；比例微分加20，振蕩環節減40。從低頻曲線開始延長，遇到轉折頻率斜率就改變一次，慣性環節減20；比例微分加20，振蕩環節減40。

該系統的開環對數幅頻特性曲線如圖1所示。

3 口訣法在自動控制系統電流反饋中的應用

晶閘管直流調速系統是自動控制系統的一種，在工農業生產中得到廣泛應用。穩定了直流電動機的轉速，也就使各種生產機械以一定的精度在要求的轉速上穩定運行，不受或少受各種可能的干擾，以確保產品質量。根據自動控制的基本知識，為了穩定直流電動機的轉速，常常采用三種方案實現。

1）直接采用轉速負反饋，穩定轉速，在此基礎上增加電流截止負反饋起輔助的限流保護的作用。這種電流截止負反饋是只有在電流大到限定電流時才起作用，一般情況下系統電流在允許的范圍之內時不起作用。

2）在指標要求不高的場合，可以引入電壓負反饋，先穩定直流電動機電壓，再間接穩定轉速。但是在穩速過程中發現有一些擾動引起的轉速變化，電壓負反饋解決不了，所以增加電流正反饋起輔助的補償控制。

3）可以采用轉速和電流雙閉環調速系統，在晶閘管和電動機的過載承受能力范圍內，利用電流負反饋保持電機啟動時較大的電流，使電動機輸出較大的轉矩，縮短啟動時間。啟動之后，隨著電動機的轉速上升，系統電流自然降到正常值。這樣在雙閉環調速系統中，啟動時，電流負反饋起主要的調節作用；電動機正常運行時，轉速負反饋起主要的調節作用，二者分工不同。

在以上的直流調速系統的三種方案中，分別出現電流負反饋、電流正反饋、電流截止負反饋。這三種反饋環節所起的作用各有不同，但是又很像，學生學到這部分內容的時候常常分辨不清，不知道它們之間的主要區別。因此，在教學過程中將以上區別總結為口訣：

電流截止負反饋，重在截止兩個字；

電流超過臨界值，反饋作用限電流；

其次電流負反饋，穩定電流最重要；

只要電流有變化，反饋調節穩電流；

最后電流正反饋，不是反饋是補償；

配合電壓負反饋，環外擾動欠補償。

大顯神通各不同，三者不會同時現。

實踐證明，有了朗朗上口的口訣，學生對于這些容易混淆的概念就不再感到困惑和復雜了。

4 結論

對于缺乏數學基礎和分析技能的高職學生來說，很多知識學得快，忘得也快。如果學生在掌握基本知識點的基礎上，配合教師總結的口訣，對理解內容起到事半功倍的效果。口訣法教學不但是一種調節課堂氣氛的手段，而且體現了對學生學習興趣的激發功能，對學生必要記憶的優化功能，對學生能力培養的引導功能[5]。事實上，還可以在課堂上鼓勵學生自己對新學習的內容用口訣的形式進行總結，對進一步豐富教學手段，引導學生進行研究性學習有很好的輔助作用。

參考文獻

[1]肖竹平，馮秋菊，李志平.口訣法在有機化學教學中的應用[J].廣州化工，2014（7）：213-214.

[2]徐國凱.自動控制原理[M].北京：清華大學出版社，2007.

[3]何東平.“口訣法”在中職會計教學中的應用與思考[J].職業，2011（6）：36-37.

[4]孔凡才.自動控制原理與系統[M].北京：機械工業出版社，2007.

[5]黃世穩，黃鎖義.醫用有機化學口訣教學法的探討[J].右江民族醫學院學報，2010（2）：247-248.