控制理论与控制工程范文
时间：2023-03-11 20:30:21
控制理论与控制工程范文第1篇
关键词：控制理论；控制工程；发展与应用
0 引言
控制理论产生于18世纪英国技术革命，瓦特在发明蒸汽机之后，把离心式非锤速器有关控制远离应用在蒸汽机转速控制当中，从而将蒸汽作为源动力的机械化得以有效形成[1]。随着经济的发展，信息技术及通信技术也相应的发展起来，在国内外控制理论及控制工程方面的研究更具广泛。为了使相关工程企业更具发展前景，本文对“控制理论与控制工程的发展与应用”进行分析与探究具有较为深远的意义。
1 控制理论与控制工程的发展分析
随着科学技术的逐渐发展，以控制理论及控制工程为基础的控制技术也逐渐进步，特别是在计算机技术的逐渐发展下，控制理论和控制工程便呈现了较为快速的发展。基于整体层面而言，控制理论与控制工程的发展主要经历了三个阶段：
1.1 发展第一阶段
控制理论与控制工程发展的第一阶段在上世纪四十年代至六十年代，在这一时期，古典控制理论掀起了一阵热潮，主要对单输入与单输出问题加以解决，通常情况下使用传递函数及频率特性的频域分析方法完成系统层面的探究。其中，线性的定长系统为主要的研究系统，在对非线性系统进行分析过程中，通常会选择相平面法，其个数通常≤2个，此控制理论能够使生产中的多类单输入及单输出问题得到有效解决。
1.2 发展第二阶段
控制理论与控制工程发展第二阶段在上世纪六十年代至七十年代，在此阶段已经到了空间技术时期，此时的控制工程性能更加优化，并且在数字计算机融合下，使分析设计得到有效实现，而且还使多输出、多输入以及非线性等复杂系统得到有效完善。另外，还能够得出更加优化的控制模式，从而使现代控制理论更具完善性及科学性。
1.3 发展第三阶段
上世纪七十年代至如今，控制理论及控制工程日趋成熟，无论是系统的结构方案还是整体设计，均显得十分成熟。并且，能够完成分解方法以及协调处理的相关基础性理论研究[2]。对于智能控制理论来说，是基于控制理论更为深入的一种扩展模式，能够完成控制信息的传递，使人类实现进行智能化活动。总之，现如今控制理论研究以及控制工程的发展呈现了良好的发展势态，具备广阔的应用前景。
2 控制理论与控制工程的具体应用探究
基于控制理论和控制工程应用当中，其核心内容是最优控制。在对最优控制进行研究的情况下，需充分满足相对应的约束条件，进一步将最优控制方案得出，进一步在获取性能指标最大值及最小值的基础上，使控制系统的性能指标达到最优效果。基于控制理论与控制工程应用过程中，还会涉及两类极具典型性的研究策略：其一为PDI控制器；其二为Ka1man滤波器。在诸多实际系统当中，这两种方法应用较为广泛，为了使投入应用的系统的稳定性得到有效实现，通常需要利用线性模型加以证实。从具体层面分析，上述两类方法还能够应用在非线性系统证明上，研究者对以控制理论及控制系统为基础的反馈机制加以利用，进一步进行定量研究便是结合了上述两类方法。从现实生活层面分析，对于控制理论与控制工程来说，在水槽内水位的控制利用较为广泛，同时在对电加热器温度的控制中也具有较为广泛的应用。其自动控制主要是对自动化的高度及温度测试仪进行了充分利用，进一步使测控目标得到有效实现。结合相关学者作出的研究，可以发现对控制理论进行应用，不但需要做好结构及性质层面的分析，还需要对系统运行状态加以调控[3]。并且，反馈概念的应用也尤为重要，通过反馈主要使控制系统在很大程度上实现了工程智能化，工程智能化将进一步使工程相关系统的性能得到有效提升。除此之外，对于控制理论与控制工程来说，在应用方面是需要借助计算机技术及通信技术的。在充分融合计算机技术及通信技术的基础上，才能够为企业生产及系统运行的可靠性及安全性提供保障依据，进一步使经济效益及社会效益得到有效实现。
3 结语
通过本课题的探究，认识到控制理论与控制工程的发展经历了多个阶段。现如今，控制理论研究日趋成熟，并且在融入计算机技术及通信技术的基础上，控制工程在各大企业中具备了较为广泛的应用，使企业相关运行系统的可靠性及安全性得到有效强化。显然，控制理论与控制工程两大领域值得深入研究，在两者相辅相成、共同发展的基础上，势必能够为社会经济的稳健起到重要的推进作用。
参考文献：
[1]王海龙.谈控制理论与控制工程的发展与应用[J].科技创新导报，2013（04）：65-66.
[2]郭士茹.浅议过程装备与控制工程[J].技术与市场，2013（09）：161-163.
控制理论与控制工程范文第2篇
关键词：控制理论与控制工程 发展与应用
中图分类号：TP13 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（a）-0066-01
于20世纪产生的相对论、量子理论及控制理论被人们认为是三项重要的科学革命，人们借助该三项理论实现着客观世界认识上的飞跃。随着控制理论与控制工程相关的理论研究工作的深入开展，其研究对象及应用领域也发生着重大的变化，就我国的教育部所进行的学科的设置及分类中，将控制理论及控制工程设置为控制科学与工程下的二级学科，学科核心便是控制理论，推动着我国控制理论与控制工程在科学研究领域的发展。
1 控制理论与控制工程的产生及发展
控制理论作为对社会发展具有重要影响意义的学科，其产生起源可上溯至十八世纪发生在英国的技术革命中，瓦特在蒸汽机的发明之后，将离心式非锤调速器的相关控制原理应用于蒸汽机转速的控制中，开创出以蒸汽作为原动力的机械化格局，而之后的工程界逐渐的将控制理论应用于调速系统稳定性的研究中，通信技术和信息处理技术的高速发展，使得电气工程师们不断的研究出更为科学全面的控制系统分析方法，实现了控制系统的条件稳定性及开环不稳定性的分析研究，而控制理论的创始人于1948年所发表的控制理论的相关著作，就控制理论的相关方法所进行得阐述，推动反馈概念的应用并为控制理论的形成奠定下坚实的基础。
在科技的不断生产发展中，基于控制理论与控制工程的控制技术也在不断的完善，尤其是在计算机技术的不断推动之下，控制理论与控制工程拥有着更深入的发展。就控制理论与控制工程的整体发展历程而言，可大体上划分为三个主要的阶段，其中第一阶段为20世纪的40至60年代，是古典控制理论的形成及发展时期，主要进行进行单输入及单输出问题的解决，多采用以频率特性、传递函数及根轨迹等作为基础的频域分析法进行系统的研究，而主要进行研究的系统是线性的定长系统，进行非线性系统分析的过程中所选用的相平面法要求变量不能超出两个，该控制理论可实现生产过程中的多种单输入单输出类问题的有效解决。第二个阶段为20世纪60年代到70年代的现代控制理论的形成与发展阶段，该阶段已经步入空间技术时期，控制工程也向性能更高的方向上发展，数字计算机的配合应用，实现了分析设计及实施控制，但时变、多输出多输入及非线性等较为复杂的系统控制内容使古典控制理论呈现出局限性，而最优控制方法在该阶段中提出，使现代控制理论更为完善。第三个阶段是20世纪70年代到目前为止的大系统控制理论及智能控制理论时期，其中大系统控制理论是控制理论就广度上的扩展，利用控制及信息的相关观点进行大系统其结构方案及总体设计，进行的是分解方法及协调处理的相关基础性技术理论的研究；智能控制理论是控制理论就深度上的扩展，进行人类智能化活动、控制信息传递的规律等的研究，并就仿智能化的工程控制系统及信息处理系统等进行研制。
2 控制理论与控制工程的应用
在进入21世纪以来，以计算机技术、通信技术及控制技术为典型代表的IT产业的发展及普及中，核心是计算机技术，关键是通信技术，而基础是控制技术，使得控制学科逐渐的发展成为基础性的科学，控制系统与控制工程中的系统结构、系统稳定、反馈调节及智能系统的相关思想及理论，在自然学科下的多种科学领域获取广泛应用的同时，在人文等学科中也有着广泛的应用体现，基于该现象，某些专家甚至指出控制理论与控制工程已不再是单纯的学科，已逐渐的发展成为较为全面和系统的世界观、方法论。控制理论与控制工程所具有的显著特点是，某些基本的概念同时具有着普适性及独特性。在控制理论与控制工程的应用中，两个概念是应用的关键及核心，首先是系统概念的应用，在当前社会的发展中系统问题已变得非常重要和突出，尤其是全社会范围内所进行的复杂性系统及复杂性科学课题的研究及应用，这是控制理论在现代科学中应用的必然发展，应用控制理论不仅要进行结构及性质的分析，还要进行系统运行状态的调控；其次是反馈概念的应用，这是控制理论区别于其他的学科及控制理论的应用区别于其他的理论应用的关键，反馈使得控制系统在较大的程度上具备人类智能的诸多特点，可以实现控制系统在实际的应用过程中结构、参数及扰动等因素的不确定性给控制系统造成的影响，例如远距离通讯设备、进行隧道扫描的显微镜等具体的工程设备。
在控制理论与控制公工程的应用中，最优控制是现代化的控制理论非常核心的内容，利用最优控制所进行的研究是在满足相应的约束条件时，就最优控制策略进行寻求，进而取得性能指标的极大值或者是极小值，最终使控制系统在性能指标上可取得最优化效果所必须采用的基本条件及综合方法，即就受控的运动过程或动力学系统，从多个可选择的控制方案中寻求最佳的方案，从而使系统在运动状态由初始状态变为指定的目标状态时可以取得性能指标的最优化。在控制理论与控制工程的应用中，较为典型的两个标志性的研究方法便是PDI控制器及Kalman滤波器，这两个方法已经被成功的广泛应用于较多的实际系统中，但所开展的系统的稳定性及最优性都是就线性模型的证明，实际上这两种方法还可应用于一大类非线性系统的证明，相关的研究人员利用基于控制理论与控制系统的反馈机制所进行的定量研究工作就是围绕着这两种标志性方法。在现实生活中控制理论及控制工程最为典型的应用便是水槽内水位的控制及电加热器中的温度控制，该典型应用中的自动控制是利用自动化的高度及温度测试仪等进行预期的测控目标的实现。自动控制系统是为实现控制目标由被控制对象及自动化的仪表所组成的闭环系统，控制系统按照结构形式可分为开环控制系统、闭环控制系统及复合控制系统，三类不同的系统在具体的需求下都有着广泛的应用。
3 结语
控制理论及控制工程随着理论及支撑技术的不断完善，逐渐的由工农业及交通运输等较为传统的产业，向生物、信息、通讯、管理等较为新颖的产业中延伸，也必将在社会的发展中获取更广泛的应用。
参考文献
[1]王成红，宋苏，刘允刚.国家自然科学基金与我国控制理论与控制工程学科的发展[J].中国基础科学，2010（6）.
[2]郭雷.关于控制理论发展的某些思考[J].系统科学与数学，2011（9）.
控制理论与控制工程范文第3篇
关键词 控制理论和控制工程 发展 应用
中图分类号：TB114.3 文献标识码：A
控制理论虽然起源于英国18世纪的技术革命时期，但是却在二十一世纪被广泛应用。随着社会经济的不断发展，控制理论和控制工程被广泛的应用于相关工程企业当中。在本篇文章里，笔者不仅分析了控制理论和控制工程的发展，还探索了控制理论和控制工程的应用前景。
1控制理论和控制工程的发展
社会经济的不断进步，带动着科学技术的发展。要想让科学技术得到完善和发展，就必须得到控制工程与控制理论的支持。如今，在计算机技术的发展前景下，控制理论和控制工程的发展可分为三个历史发展时期，分别是第一历史发展时期、第二历史发展时期、第三历史发展时期，在下文里，笔者针对控制工程和控制理论这三个历史发展时期进行分析探究。
1.1控制理论和控制工程的第一历史发展时期
控制理论和控制工程的第一历史发展时期在20世纪40年代到20世纪60年代期间，在这第一历史发展时期中，掀起了一阵古典控制理论的热潮，该古典控制理论不仅解决了单输出问题，还解决了单输入问题。该古典控制理论是以传递函数特性分析法和频率特性分析法作为参考依据，对系统层面进行相关研究，控制理论主要研究的系统是线性系统。通过分析非线性系统不难发现，该系统所使用的分析法为相平面法，使用的个数一般不会超过两个，将该控制理论应用于系统的生产当中，可以有效地解决单输出和单输入等问题。
1.2控制工程与控制理论的第二历史发展时期
控制工程与控制理论的第二历史发展时期在20世纪60年代到70年代期间，第二历史发展时期为空间技术的应用发展时期，在这一时期中，计算机技术和控制工程之间相互融合，并且控制工程的性能得到了优化。从而有限地实现了分析设计，除此之外，还促进了多输入、多输出和非线性等系统的完善，使控制模式得到更好的优化，是现代化控制工程与控制理论变得更加完善，更加科学。
1.3控制工程与控制理论的第三历史发展时期
控制理论和控制工程的第三历史发展时期在20世纪70年代到当前，控制工程与控制理论得到了很好的完善，从而逐渐趋向成熟。不管是系统的整体设计，还是系统的结构方案，都显得非常的成熟，并且还能够完成协调处理和分解方法的相关理论性基础研究。智能控制相关理论是基于控制理论的基础上，进行进一步的开拓，让其完成了信息的传递以及控制，使得人们的活动更加便捷。目前，控制理论与及控制工程不仅具备有一个很好的发展前景，还具有一个非常好的应用前景。
2控制工程与控制理论的应用
控制工程与控制理论的应用核心为：以控制最优为前提，充分满足控制理论和控制工程的相应约束条件，并且提出最优的控制方案，在性能指标极值范围内，使控制系统的系统性能做优化。在应用控制工程与控制理论的过程当中，经常会涉及到两大类研究策略，一种是PDI控制器，另外一种是Kalman滤波器；控制理论和控制工程在许多系统的实际应用中，通常都会使用这两种策略。为了能够让控制理论和控制工程在系统中的应用性更为稳定，可以运用线性模型来对其进行分析和证实，上述两种策略还可应用于非线性系统中。据相关研究表明，通过利用控制理论和控制工程，进一步对控制系统进行定量研究，最终实现对控制系统的全面解析。控制工程与控制理论不仅被运用于水槽内部水位控制系统，还被运用在电热器控制系统和温度器控制系统当中，使其实现自动化控制目标，使仪器能够充分发挥自身的作用。根据相关学者的研究表明，控制理论和控制工程的应用，不仅需要对其进行性质层面分析和结构层面分析，还需要对该控制系统的运行状态进行调控。在应用控制理论和控制工程的过程中，还需要重视应用反馈概念，利用反馈概念，最大程度智能化控制系统，使控制系统的系统性能得到提高。充分将控制工程与控制理论和系统融合，这样才能够提高系统运行的安全性和可靠性，才能让系统生产企业的经济效益得到保障。
3结语
在本篇文章中，笔者简单地分析了控制理论和控制工程的各个发展阶段，并且对控制理论和控制工程的应用进行探究。目前，控制理论和控制工程日趋成熟，基于通信技术与计算机技术的基础上，被运用在各种控制系统当中，令控制系统的运行变得更加安全以及可靠。笔者相信，随着控制理论和控制工程相关研究的不断深入，控制理论和控制工程会在相辅相成的基础上获得共同发展，最终起到推动社会经济稳定发展的作用。
参考文献
[1] 王海龙.谈控制理论和控制工程的发展与应用[J].科技创新导报，2013（04）：66.
[2] 孙峥.控制理论和控制工程的发展与应用[J].无线互联科技，2013（09）：64.
控制理论与控制工程范文第4篇
【关键词】控制工程 概念 应用
一、控制工程的定义及目标
控制工程是处理自动控制系统各种工程实现问题的综合性工程技术。包括对自动控制系统提出要求、进行设计、构造、运行、分析、检验等过程。它是在电气工程和机械工程的基础上发展起来的。控制工程普遍使用频域法和状态空间法。其理论和处理方法涉及许多方面，从线性控制到非线性控制，从单变量控制到多变量控制，从连续控制到采样控制，控制工程从定常控制到随机控制，从一般的反馈控制到自适应控制等。通常，电子计算机是实现大型控制工程的核心。控制工程的应用范围早期主要是工业生产过程和武器系统，后来扩展到企业管理、城市规划、交通管制、生物控制、社会经济的计划和控制等领域。
培养从事设备制造及生产，工程施工，经济社会系统运行中的控制系统设备、控制装置的设计、研发、管理的高级工程技术人才。控制工程领域工程硕士要求掌握现代控制领域的基础理论、方法和技术。具有从事实际控制系统、设备或装置的开发设计能力、工艺设计和实施能力及使用维护等能力。更重要的应具有一定实际工作经验，能解决工程实际中出现实际问题，掌握一门外语，能够顺利阅读本工程领域的科技资料及文献。
二、控制理论与控制工程的产生及发展
控制理论作为对社会发展具有重要影响意义的学科，其产生起源可上溯至十八世纪发生在英国的技术革命中，瓦特在蒸汽机的发明之后，将离心式非锤调速器的相关控制原理应用于蒸汽机转速的控制中，开创出以蒸汽作为原动力的机械化格局，而之后的工程界逐渐的将控制理论应用于调速系统稳定性的研究中，通信技术和信息处理技术的高速发展，使得电气工程师们不断的研究出更为科学全面的控制系统分析方法，实现了控制系统的条件稳定性及开环不稳定性的分析研究，而控制理论的创始人于1948年所发表的控制理论的相关著作，就控制理论的相关方法所进行得阐述，推动反馈概念的应用并为控制理论的形成奠定下坚实的基础。
在科技的不断生产发展中，基于控制理论与控制工程的控制技术也在不断的完善，尤其是在计算机技术的不断推动之下，控制理论与控制工程拥有着更深入的发展。就控制理论与控制工程的整体发展历程而言，可大体上划分为三个主要的阶段，其中第一阶段为20世纪的40至60年代，是古典控制理论的形成及发展时期，主要进行单输入及单输出问题的解决，多采用以频率特性、传递函数及根轨迹等作为基础的频域分析法进行系统的研究，而主要进行研究的系统是线性的定长系统，进行非线性系统分析的过程中所选用的相平面法要求变量不能超出两个，该控制理论可实现生产过程中的多种单输入单输出类问题的有效解决。第二个阶段为20世纪60年代到70年代的现代控制理论的形成与发展阶段，该阶段已经步入空间技术时期，控制工程也向性能更高的方向上发展，数字计算机的配合应用，实现了分析设计及实施控制，但时变、多输出多输入及非线性等较为复杂的系统控制内容使古典控制理论呈现出局限性，而最优控制方法在该阶段中提出，使现代控制理论更为完善。第三个阶段是20世纪70年代到目前为止的大系统控制理论及智能控制理论时期，其中大系统控制理论是控制理论就广度上的扩展，利用控制及信息的相关观点进行大系统其结构方案及总体设计，进行的是分解方法及协调处理的相关基础性技术理论的研究；智能控制理论是控制理论就深度上的扩展，进行人类智能化活动、控制信息传递的规律等的研究，并就仿智能化的工程控制系统及信息处理系统等进行研制。
三、控制工程及工程应用
在进入21世纪以来，以计算机技术、通信技术及控制技术为典型代表的IT产业的发展及普及中，核心是计算机技术，关键是通信技术，而基础是控制技术，使得控制学科逐渐的发展成为基础性的科学，控制系统与控制工程中的系统结构、系统稳定、反馈调节及智能系统的相关思想及理论，在自然学科下的多种科学领域获取广泛应用的同时，在人文等学科中也有着广泛的应用体现，基于该现象，某些专家甚至指出控制理论与控制工程已不再是单纯的学科，已逐渐的发展成为较为全面和系统的世界观、方法论。控制理论与控制工程所具有的显著特点是，某些基本的概念同时具有普适性及独特性。在控制理论与控制工程的应用中，两个概念是应用的关键及核心，首先是系统概念的应用，在当前社会的发展中系统问题已变得非常重要和突出，尤其是全社会范围内所进行的复杂性系统及复杂性科学课题的研究及应用，这是控制理论在现代科学中应用的必然发展，应用控制理论不仅要进行结构及性质的分析，还要进行系统运行状态的调控；其次是反馈概念的应用，这是控制理论区别于其他的学科及控制理论的应用区别于其他的理论应用的关键，反馈使得控制系统在较大的程度上具备人类智能的诸多特点，可以实现控制系统在实际的应用过程中结构、参数及扰动等因素的不确定性给控制系统造成的影响，例如远距离通讯设备、进行隧道扫描的显微镜等具体的工程设备。
在控制理论与控制公工程的应用中，最优控制是现代化的控制理论非常核心的内容，利用最优控制所进行的研究是在满足相应的约束条件时，就最优控制策略进行寻求，进而取得性能指标的极大值或者是极小值，最终使控制系统在性能指标上可取得最优化效果所必须采用的基本条件及综合方法，即就受控的运动过程或动力学系统，从多个可选择的控制方案中寻求最佳的方案，从而使系统在运动状态由初始状态变为指定的目标状态时可以取得性能指标的最优化。
参考文献：
[1]马继红，马凯.控制理论与控制工程的发展与应用[J].邯郸职业技术学院学报，2008，（4）.
控制理论与控制工程范文第5篇
关键词：控制理论 控制工程 机械电子工程
与自人类使用工具以来就有的机械工程相比，电子技术是二十世纪发展的新学科。机械工程与电子技术的结合始于上世纪。起初，二者结合是分离的“块与块”关系，或者是功能结构上的相互替代。随着计算机技术发展的推动，机械系统和电子系统通过信息有机地联系起来，形成了真正的机械电子工程。人工智能技术的发展与渗透，使得机械电子在传统的机械系统能量连接、功能连接的基础上，更加强调了信息连接和驱动，并逐步使机械电子系统向具有一定智能的方向发展。
机械电子专业可细分为机械电子系统（传动和模拟技术，机器和设备，机械人技术及其运动系统，传感和执行元件技术，测量技术和图像处理等），微型，超微型机械（微系统技术，微型和精密仪器的功能组，微系统的测量技术等）和生物机械（机器人技术，生物系统，仿生执行技术，控制和设计，控制系统等）。
一、 控制工程学简介
控制工程（control engineering）是处理自动控制系统各种工程实现问题的综合性工程技术。控制工程是以工程控制论为理论基础，综合应用了信息理论和计算机理论的相关概念。控制工程不局限于任何一个工程学科，在机械工程、采矿工程、管理工程、航空工程、电气工程、生物工程、土木工程等工程学科中都有同样而广泛的应用。在实际应用中，控制工程还融合了自动控制技术、电子技术、计算机技术等多个学科的相关知识。其应用的控制理论主要有两种：“古典控制理论”，“现代控制理论”。“古典控制理论”的内容主要是以传递函数为基础，主要研究单输入和单输出线性定常时不变这类控制系统的分析和设计问题。而“现代控制理论”是在“古典控制理论”的基础上，以状态空间方程为基础，研究多输入、多输出、变参数、非线性等控制系统的分析和设计问题。随着机械工业的迅速发展，智能机器人、轧机系统、先进加工控制系统不断涌现，与控制工程的结合愈来愈广泛而密切。
二、机械电子工程
早期的机械工业以手工加工为主，生产力低，但适应性强；三十年代开始集中在标准件和流水线，适合于大批量生产，但缺乏灵活性；现代生产一般要求转产周期短、生产灵活性强、产品质量高，因此常采用以机械电子系统为主要构成的FMS可以达到上述要求。与传统的机械工业相比，机械电子工程有着鲜明的特点：就设计而言，机械电子工程并不是一门有严格界线并且独立的工程学科，而是在设计过程中一个综合思想的实践。设计中，根据系统结构配置和目标，机械电子工程把它的核心部分（机械工程、电子工程、汁算机技术）与其它领域的技术，如：制造技术、管理技术和生产加工实践等有机地结合在一起，采用一种基于信息的自顶向下的模块化策略，完成设计就系统（产品）而言，机械电子系统（产品）结构简单，元件和运动部件少（如电子表），它用小巧的电子系统取代“傻、大、笨、粗”的机械系统，减小了系统的体积，提高了性能，但是系统的复杂性却大大增加了。
机械电子学要求机械与电子技术的规划应用和有效结合，以构成一个最优的产品或系统。现代的机械电子系统除了“块与块”之间的动力联系之外，还有信息之间的相互联系，并由具有数值运算和逻辑推理能力的计算机来对机械电子系统的所有信息进行智能处理，人们已经认识到生产改革的未来属于那些懂得怎样去优化机械和电子系统之间联系的人；尤其是在先进生产和制造系统的应用中，对优化的需求将会变得更为迫切；在这些系统中，人工智能、专家系统、智能机器人以及先进的工艺制造系统将构成未来工厂的下一代工具。
三、 控制理论在机电系统中的应用
伺服系统（servosystem）是将指令信号精确、快速的转换为相应的物理实现。例如，飞机和船舶的舵角操纵由于所需的力很大，不可能由人力直接操纵，需要伺服系统来完成，伺服系统的作用就是使舵面的转角精确地跟随驾驶员的操纵动作。当使用自动驾驶方式时，伺服系统要使舵面转角精确实现自动驾驶仪输入的指令。
工业机器人的一个关节，就用到了伺服系统。它的受控过程是机器人的关节运动。采用微处理机作为控制器。关节轴的实际位置由旋转变压器测量，转换为电的数字信号后，反馈给控制器。微处理机经过控制算法后，输出控制指令，再经过数模转换和伺服功率放大，提供给关节上的伺服电机。伺服电动机根据控制指令驱动关节轴转动，直至机器人运动达到输入参考信号设定的位置为止。
伺服系统是机电控制系统中典型的一个重要部分，其应用的主要就是控制理论来实现机械与电子的相互结合。
四、结语
随着科技的进步，机电技术的发展必然走向电子化，智能化，这是时代进步的需求，这也是科学技术发展的必然结果，尤其是电子信息时代的来临，我国机电人员将电子信息技术充分地与机电技术相整合，同时应用控制理论将这个机电系统设计好，使它具有足够的稳定性，准确性，快速性。控制工程理论的应用与发展促进了工业生产使机械自动化的方向更精准的方向进行，同时也间接地促进了我国经济的发展。
总之，控制工程在机械电子专业中具有重要的地位，它是保证机电一体化设计中控制装置的理论基础，此外在诸多科学技术领域中也有着重要应用价值。
参考文献：
[1]董景新，赵长德，郭美凤，陈志勇，李冬梅.控制工程基础（第三版）教材，北京.
控制理论与控制工程范文第6篇
关键词：控制工程基础；卓越计划；教学改革；实践教学
作者简介：张段芹（1981-），女，河南浚县人，郑州轻工业学院机电工程学院，讲师；王辉（1977-），男，河南信阳人，郑州轻工业学院机电工程学院，讲师。（河南 郑州 450002）
基金项目：本文系郑州轻工业学院项目（项目编号：000153）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）20-0072-02
教育部启动“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”），旨在培养创新能力强、适应经济社会发展高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。[1]机械制造业是国民经济发展的重要支柱，随着智能化、信息化、数字化的迅速发展，“控制工程基础”作为机械类工科院系的专业基础课，其在工程技术领域中的重要性日益明显。面向“卓越计划”，“控制工程基础”的教学目标不仅是培养工科本科生掌握基础控制理论知识，而且要求培养学生具有工程实践能力与创新能力。本课程理论性和抽象性较高，并且涉及知识面广、可实践性强，按照传统的教学方法很难引起学生的学习兴趣和主动性，影响教学质量，对学生综合分析能力与工程实践能力的培养极其不利。[2]
面向“卓越计划”的“控制工程基础”课程的教学改革是迫切需要解决的问题。根据对这门课多年的教学实践，总结出本课程教学中存在的若干问题；针对这些问题提出教学改革的方案，并分析教学改革的成效。
一、教学中存在的若干问题
“控制工程基础”课程的理论性与实践性均很强，课程安排通常由理论教学与实践教学组成。理论教学的重点是将“控制工程基础”中的基本理论、基本概念、基本分析方法与工程应用思路等传授给学生。实践教学的重点是指导学生如何将理论知识应用在工程实践中，培养学生的工程能力与创新能力。围绕本课程理论教学与实践教学的培养目标，在教学中主要存在以下若干问题：
1.学生对预备基础知识掌握不足
“控制工程基础”是一门综合性很强的专业基础课，其基本理论与分析方法的展开依赖高等数学、复变函数、大学物理、机械学与电工学等基础理论知识。目前普通二本院校的学生对这些基础知识的掌握情况往往不容乐观，导致学生学习本课程的难度增大。
2.学生缺乏对本课程的基本认识，学习积极性不高
“控制工程基础”的理论体系是对机械工程中众多的实际动力学问题的高度概括与凝炼。控制理论中的基本概念抽象度较高，部分学生会问“这门课这么难学，学了有什么用呢”。这个问题可能会贯穿整个理论教学中。学生没有对本课程形成应有的最基本感性认识，学习积极性不高。
3.实践教学内容的合理性有待完善本课程作为工程类专业的必修课，大都开设相关的实践教学环节。目前，实践教学环节存在的问题有：
实践环节与理论教学脱节，主要体现在实践环节内容没有起到辅助理论教学的作用，没有体现对理论体系的综合应用；学生对实践环节重视不足。
4.理论实践教学内容繁多与相对课时较少之间的矛盾
本课程涉及知识面广，理论性与实践性均很强，能够让学生系统性地学习并吸收相关基础理论知识，并将这些理论认识转变为实践能力。相对较少的课时与繁多的理论实践教学内容之间的矛盾突出，如何在有限的时间内完成理论与实践教学内容是本课程艰巨的任务。
二、教学改革措施
1.课堂采用信息化教学
课堂教学以多媒体方式为主，将理论教学环节信息化，具体表现为教学内容的“5化”处理，即抽象概念具体化、复杂原理简单化、数学计算仿真化、分析方法案例化与理论体系系统化，让学生主动成为课堂教学信息的加工处理者，由教师与学生共同作用，提高教学的质量与效率。[3]
抽象概念具体化集中体现在第一章内容（控制工程基础绪论），如工程控制论的研究对象、反馈、稳定性等概念抽象性比较强，应结合工程实际案例，采用图示法或视频观摩法为学生讲解其中蕴含的共性问题，引出这些抽象概念。例如讲解控制论的研究对象时，多数教材以质量—阻尼—弹簧系统为例进行展开，但是此模型对于没有太多实践经验的本科生来说仍然显得抽象性与理论性太强。所以在课堂教学中，教师有必要从原始实际案例出发引出质量—阻尼—弹簧模型，如降落伞打开过程或汽车减震系统。
复杂原理简单化是指将原理的表述简化，使学生在较短的时间内了解原理内容、原理的应用，而对复杂的原理推导点到为止，学习精力充沛的学生可以在课下慢慢吸收与体会。如讲解奈奎斯特（Nyquist）稳定判据时，首先指明此判据是用于判断闭环系统的稳定性。如何判断呢？根据其开环传递函数所对应的开环频率特性曲线即Nyquist图逆时针包围点（-1，j0）的圈数N决定；如果N等于开环传递函数在[s]平面的右半平面的极点数P，那么相应的闭环系统稳定；反之，闭环不稳定。当学生了解此判据后，再向学生讲解如何利用辐角原理、开环与闭环传递函数的零极点关系推导判据。这样讲解不仅可以提高效率，而且兼顾不同层次的学生。基础知识薄弱的学生即使不理解判据推导过程，仍可以形成对此稳定判据的基本认识和应用，不会对其学习的积极性造成太大的伤害。
数学计算仿真化是指将MATLAB软件引入课堂，简化繁琐的数学推导过程，并提高教学效率。控制论中传递函数、时域分析与频率分析中涉及高等数学与复变函数等方面的内容，在讲解这些时，复习拉普拉斯变换与反变换的定义、相关定律与拉氏反变换的求法是必要的，但点到为止最好，讲得太多会增加部分学生的学习压力。例如在分析系统的时间响应时，只要求学生了解采用拉氏变换能够求解系统时间响应，具体的时间响应结果采用MATLAB软件求解，通过图形绘制命令给出响应曲线。数学计算仿真化的优势是提高授课效率，促进学生了解MATLAB软件的各部分功能，为MATLAB用于控制系统仿真打基础。
分析方法案例化是指对于涉及的控制系统，尽可能以真实的控制系统为例，通过实际系统的真实照片的播放直观了解系统的组成部分与相互间的联系。例如在学习闭环控制系统的组成与工作原理时，以恒温箱控制系统为案例，介绍系统的组成（被控对象、执行器、传感器与控制器），各组成部分的功能与特性以及整个系统的工作原理。
理论体系系统化是指在学习各章节时考虑全局，如本课程以控制系统的基本要求“稳、快、准”为主线，各章节均以此展开，整个课程有一个系统性很强的完整理论体系。并且在课堂中，通过典型控制系统的数学建模、MATLAB仿真响应特性，综合分析系统的稳定性、快速性与准确性。
2.实验教学面向工程实践能力培养
为实现理论性与实践性的有机结合，培养学生主动运用基本控制理论思考实际工程问题的能力，需要在实验教学中开展内容与形式多样化的实验教学。[4]本课程实验采用观摩式实验、仿真性实验、综合性实验与设计性实验教学。观摩式实验针对真实的典型控制系统进行观摩，在了解系统的硬件组成基础上了解软件（或控制算法）的控制作用，对系统的工作原理与性能进行分析。例如在实验室实地观摩电机调速控制系统与科研项目中涉及基于压电驱动的微纳定位控制系统。
观摩式实验培养学生对控制系统的感性认识，并且激发学生学习控制理论的激情。另外，对于典型的简单控制系统的设计过程与运行情况可以制作成录像，通过观看视频加速学生对实际控制系统的认识。观摩性实验费时较少，时间安排往往在学习第一章绪论时开始，在此后的学习中不间断进行。
仿真性实验与综合性实验侧重于MATLAB软件及其仿真工具箱Simulink在控制工程中的应用。实验内容包括利用MATLAB软件进行系统的时域分析与频率分析；利用Simulink对系统进行数学建模、仿真与性能分析，以及经典PID的控制原理仿真。
设计性实验是综合性非常高的实验。[5]学生根据设计题目，通过查阅相关文献资料与信息，整理资料，提出系统的整体设计方案（选择合适的执行器、传感器与控制用硬件）；再通过数学建模、系统性能仿真分析、控制算法的融入进行系统的校正，得到满足要求的详尽方案；通过搭建硬件与编写程序，进行实验与数据处理，对实际系统的性能进行分析。通过设计性实验不仅将基本控制理论用于实际控制系统中，而且将其他相关学科的知识融入，培养学生综合应用专业理论知识的能力与实践动手能力。
为了节约有限的实践教学课时，部分视频观摩式实验与部分仿真性实验以作业的形式让学生利用课余时间完成。对于设计性实验，课堂中给出设计题目，总体方案需要以作业的形式提交。
三、结论
“控制工程基础”是大机类专业一门重要的专业基础课， 具有很强的理论性与实践性。积极推进理论与实践教学改革，在理论教学中实施教学内容的“5化”处理，通过引入实际工程案例、MATLAB软件与深入浅出的教学风格，降低本课程的学习难度，提高学生学习的自主性，培养学生对控制理论从感性认识到理论认识的转变。实践教学的多样化不仅辅助理论教学，有利于学生加深对控制理论的感性认识，而且综合性与设计性实验有助于培养学生综合应用专业理论知识的能力与实践动手能力。“控制工程基础”的教学改革面向“卓越计划”，对在工程技术领域培养高素质应用型的卓越工程师具有重要意义。
参考文献：
[1]林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J].高等工程教育研究，2010，（4）：21-29.
[2]杨叔子，杨克冲，吴波，等.机械工程控制基础[M].第六版.武汉：华中科技大学出版社，2011.
[3]刘贵富.大学信息化教学模式研究[J].电化教育研究，2006，（10）：58-61.
[4]梁双翼，尹辉俊，宋世柳.面向实践能力培养的《机械工程控制基础》教学探索[J].装备制造技术，2012，（3）：195-197.
控制理论与控制工程范文第7篇
计算机控制理论与设计课程是控制科学与工程一级学科重要专业基础课,在硕士研究生培养中起着重要作用。计算机控制理论与设计课程作为控制理论与控制工程学科学位课程,于1998年开设,已有10多年的历史,通过多年建设,在课程内容、知识体系、教学方法等方面取得显著成绩。
1 明确专业培养目标,体现智能建筑特色
沈阳建筑大学是辽宁省唯一的一所建本文由论文联盟收集整理筑类院校,我校控制科学与工程学科以智能建筑技术为学科特色,智能建筑技术的核心计算机控制技术。随着计算机控制技术的发展,对计算机控制理论和技术要求越来越高,但多年来计算机控制理论与设计课程教材内容上没有太大变化,教材内容陈旧是主要问题之一;其二,计算机控制理论课程与实际脱节,就理论讲理论,内容枯燥,不易理解;其三,很难能找到适应建筑类院校研究生培养的教材。
为此,对该课程进行了改革,取得了良好效果。
1.1 引进前沿技术
结合计算机控制技术的发展和最新成果,引入计算机控制研究的前沿技术,不断更新教学内容,使学生能学习掌握最新的知识和技术。
1.2 注重基础教学
按照“基本原理－系统分析－系统设计”的思路讲授课程,结合实例分析和实践环节,使学生掌握计算机控制系统基本原理、方法和技术,具备计算机控制系统的应用和设计能力。
1.3 反映智能建筑特色
结合智能建筑系统工程实例讲授,使计算机控制理论与智能建筑系统设计融合,体现智能建筑技术特色。
1.4 重在能力培养
将计算机控制理论学习与工程案例分析、科研成果相结合,通过课堂讨论、专题报告、专家教学、科研活动等实践环节训练,培养学生的实践能力。
2 丰富教学内容,满足社会发展需求
2.1 收集相关资料,充实课程内容
注意学科发展动态,收集国内外控制理论与控制工程的相关资料,特别是控制理论方面的有重要价值的论文、参考书籍及控制理论方面的原版教材,将计算机控制技术中最新、最先进的知识引入教学,大大充实了计算机控制理论与设计课程的教学内容,扩大了学生的知识视野。
2.2 将科研成果引入教学
在课程讲授的过程中结合科研工作研究成果,将科研中成功应用的计算机控制系统的工程实例开展案例教学,通过对计算机控制系统实例进行解剖分析,从硬件设计到软件控制程序,从软硬件接口电路到大系统连接,从常规的控制方法到先进的智能控制方法,结合实际系统设计中的经验,理论联系实际,受到学生普遍欢迎。
3 改进教学方法,提高教学效果
3.1 改进教学模式,促进学生积极思考,激发创造性思维
建立以学生为主体、以教师为主导的基于探索和研究的教学模式。在课堂教学中,以国内外典型计算机控制工程实例为载体,引导学生多方位、多角度地发现问题,有效地调动学生的学习积极性,激发学生的潜能;在课堂教学中鼓励师生交流;启发式教学,引导学生通过思考、分析和探索学习,鼓励学生大胆质疑、独立思考和创新思维。教学模式的改变,调动了学生学习的积极性,又激发了学生的创造性思维;开展研究型教学,开展学科前沿知识研讨、理论难点研讨、系统设计难点研讨等专题讨论。具体方法是:事先布置研讨内容,让学生查阅资料,针对实际问题,阐述自己的观点,每个研究主题指定主讲述人,并进行专题研讨,通过多媒体等现代化教学手段激发学生学习的兴趣,通过与学生互动,包括课程介绍、图片和录像资料、系统实例分析等教学资料,进行深度思考。
3.2 案例教学收到良好效果
在课堂教学中,将基本理论、设计方法、实例分析等按模块化进行归类,采用模块化教学分析方法,每章归纳出知识结构,从知识结构了解各个知识点之间的联
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系,以及模块中的各个知识单元到模块与模块之间的内在联系,深入浅出,由理论到工程应用,使学生易于掌握。
3.3 教学方法和手段的多样化,提高了学生的学习兴趣
深入实际:到中科院沈阳自动化所、科学家花园智能工程现场等单位进行现场教学。事先布置一些思考题,让学生带着问题学习,把课堂的理论知识和实践知识有机地结合起来。请专家讲解计算机理论在机器人控制、智能建筑中的应用技术,并通过现场的演示和实际操作,从理论到实践,展示了计算机控制理论在实际对象中的应用情况,更真实、直观,使学生更加真实地了解了计算机控制理论的重要性。
专家讲座:聘请有智能建筑实际工作经验的专家到校内做学术报告,做计算机控制技术发展国内外发展状况及计算机控制技术在智能建筑技术中的应用方面的报告,扩大了学生的知识视野开阔了学生的知识视野。
将现代技术与教材有机结合:现代技术与教材有机结合,形成立体化的教学环境。多媒体课件、网络教学软件、文字引导学生开展科研训练,学生自主选题,搜集资料,开展科研训练计划,鼓励研究生开展研究性学习,以巩固学生课程所学知识,并使课堂教学与科学研究融为一体,激发他们的科研和创新热情。
多种教学方式的融合:如课本文由论文联盟收集整理堂讨论教学与教师讲授相结合,学科前沿知识与教材基本内容相结合,理论与工程实际相结合,科研成果与教学内容相结合,课堂教学与实践教学相结合等,大大提高了讲课效果。
(1)采用模块分析方法,深入浅出。系统设计要结合科研工作实际,从理论到实践,通过工程实例讲述,使设计更贴近实际;(2)将抽象的理论描述转化为形象化的描述。利用图形、图像信息资源使学生能够尽可能的接近实际系,从而提高学生认知度和学习兴趣。(3)在分析系统特性时,采用对比的分析方法,有助于学生深入理解各种分析方棕的特点、区别、适用条件及相互之间的关系。
3.4 理论联系实际,培养学生的解决实际问题的能力
注重“实践性”,在课堂教学中通过工程实际问题引出理论知识点,培养学生解决实际问题的能力。教学中提供大量工程实例的资料,引导学生带着实际工程问题学习理论知识,做到理论与工程实践密切结合。实践证明,这种理论与实践相结合的教学方法,不仅激发了学生学习的主动性和积极性,而且有效地培养了学生解决实际问题的能力。
控制理论与控制工程范文第8篇
1 引言
机电控制技术是机械、电子、计算机和自动控制等技术的有机结合,机械电子工程专业主要培养德、智、体全面发展,并能从事机电一体化产品和系统的设计、制造、运行的工程技术人才。学生通过学习可获得工程师的初论文联盟步训练,适合到企事业单位从事技术及管理工作。培养目标上主要包括以下几个方面:(1)、系统地掌握机械制图、力学、机械制造工艺等机械工程方面的基础理论、基本知识;(2)、掌握电子技术、微机应用技术、检测与控制技术的基本理论和基本知识;(3)、具有一定的机电一体化产品和系统的设计、制造、使用和维护的综合能力;(4)、具有一定的计算机应用能力。
matlab是矩阵实验室(matrix laboratory)的简称,是美国mathworks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括matlab和simulink两大部分。matlab作为现代数学计算和计算机模拟仿真的应用软件,将高性能的数值计算可视化,提供了大量的内置函数．从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域,已经成为工科学生一门必备的数学工具。本文将机械工程控制的数学建模问题通过matlab来实现,将传统的问题通过现代化的工具实现,以显示matlab在机械控制工程中处理问题的快捷性与优越性。
2 机电控制课程特点
机械控制工程基础是一门多学科交叉的基础课程,机电控制工程基础的基本问题是:建立系统的数学模型;系统分析计算;综合校正确定控制规律。本课程的基本任务,是使学生获得机电控制系统的基本理论,掌握系统的基本分析方法和计算方法。为设计机电控制系统及后继课程的学习和进一步研究学习控制理论打下一定的基础。本课程中应用的数学较多,在控制理论书籍中使用了大量的数学,使得大多数机械类学生学习控制工程感到抽象和困难,对学习这些理论的目的性缺乏认识,影响了学习兴趣,学习效果欠佳。为帮助学生更好地理解基本概念,掌握基本理论和基本方法,将matlab先进控制软件工具以及教改和教学研究成果及学科最新发展引入教学,使学生加深对经典控制理论的理解。仿真实验内容丰富灵活,弥补了传统实验的不足。学生可不受实验室的限制,只要有计算机,何时何地就能进行。从应用情况看,基于matlab的自动控制原理仿真起到了很好的辅助教学的作用,能把抽象的理论知识与可视的图形结合起来,深化理论知识。
3 运用matlab实现系统分析范例
matlab作为一种高性数值能计算软件,其系统控制工具箱主要处理以传递函数为主要特征的经典控制和以状态空间为主要特征的现代控制中的问题。该工具箱对控制系统的建模、分析和设计提供了一个完整的解决方案,是matlab最有力和最基本的工具箱之一。其功能包括系统建模、系统分析、系统设计。在工程控制中有很重要的影响。而早期的控制系统分析过程复杂而耗时,如想得到一个系统的冲激响应曲线,首先需要编写一个求解微分方程的子程序,然后将已经获得的系统模型输入计算机,通过计算机的运算获得冲激响应的响应数据,然后再编写一个绘图程序,将数据绘制成可供工程分析的响应曲线。所以matlab控制系统工具箱和simulink辅助环境的出
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现,给控制系统分析带来了福音,只需要几个命令就可实现复杂的人工工作,如图1所示的伯德图与奈奎斯特图的绘制。 论文联盟
4 实践课程教学改革的实施
为了突出重点,突破难点,在课程教学中尽量运用matlab进行范例解析,形象地向学生展现机械控制工程中生硬晦涩的数学内容。为了让学生加强对教学重点的掌握和难点的理解,实现教学目标,由浅入深分阶段实施实践教学。
首先是范例分析阶段:由任课教师提供典型范例,进行深入细致的讲解,并针对不同知识点设计课程作业,深入浅出的帮助学生完成从理论到实践的过渡,使学生掌握最基本的专业技能和基本理论。
其次是模拟设计训练阶段:由教师提供综合范例,要求学生运用所学知识完成任务,其目的是提高学生的matlab应用能力,巩固掌握的机械控制工程知识和技能,增强创新的能力和意识。
最后是综合检验阶段:由教师提供工程实际范例,检验自己分析问题与解决问题的能力,达到理论联系实际的目的,在实践中巩固理论。
控制理论与控制工程范文第9篇
关键词：机械控制工程基础；教学改革；教学研究
《机械控制工程基础》是高等院校机械设计、机械电子等专业的必修课程，也是许多高校机电类专业的考研专业课，是对专业基础课及高等数学、电学、力学等知识点的汇总。现阶段，我国的高等教育改革正在不断深入，工业技术发展迅速，知识更新周期不断缩短。在高校教育中，主要着重于培养具有扎实的基础、广泛的知识面、高素质、高能力、适应性强、具有创新能力的人才。本文结合《机械控制工程基础》的教学实际情况，依据课程的性质与特点，通过分析在教学过程中存在的问题，对《机械控制工程基础》课程的教学改革方法进行研究。
1 课程性质与特点
《机械控制工程基础》作为一门工业实践性很强的课程，除要求学生掌握基本原理之外，更应该使学生能够以动态的观点来认知一个机械控制系统，以看待一个整体的角度从信息的传递、处理与反馈这三大要素来分析系统的动态性能，能够结合工程实际，应用控制理论中的相关原理对实际系统进行分析研究。
《机械控制工程基础》将高数、力学等基础课程与机械专业课程联系起来，既是一门理论性很强的课程，课程内容比较抽象，学生学习较为吃力，又是一门理论与实际紧密联系的课程，包含的信息较多，工程的发展较快，教师很难系统、全面地讲授。本科院校学生在学习课程时，主要是由教师进行理论讲授，然后进行闭卷理论考试。而传统的教学模式更是只注重理论教学，实验环节很少甚至没有，教师将公式定理讲述给学生，学生只是学会了使用公式、定理，却对其所表示的实际意义知之甚少，理论与实践严重脱节，使学生对其理解流于表面，大大限制了学生思考的主观能动性和应用实践的能力。
2 教学过程中存在的问题
2.1 内容繁杂导致学生掌握起来比较困难
由于课程的系统性及理论性较强，课程内容比较抽象，涉及知识面较广，包含了许多数学方面的知识，如微积分、复变函数、线性代数等，对学生基础知识的掌握要求较高，尤其是复变函数，很多专业并未开设这门课程或选修此课，学生对这方面不够重视，基础知识掌握程度不高。这就要求教师提前讲授一些相关内容，如拉氏变换就是学习控制工程的必备基础，需额外占用学时，但是专业课程学时本就紧张，对于本课中繁杂的教学内容更加捉襟见肘。
2.2 理论与实践严重脱节
以往《机械控制工程基础》课程内容比较侧重于理论研究，多是一些数学公式推演，课程内容比较陈旧，很少有与现今社会工程实践中控制理论的发展相结合的内容。板书式教学也大大限制了教学内容，课程只能介绍一些经典控制理论的内容，这部分的知识大多适合在板书上讲授，经典控制论主要适用于一些单输入、单输出的线性定常系统，比较容易进行理论推导，对现代控制理论只涉及到一小部分，但这些内容对生产实际中控制系统的研究是很难满足的。
2.3 实验环节的不足
一般院校的机械专业设置都偏向机械设计及制造方向，只有少部分偏向机械电子方向，所以对课程设置不够重视。而对于生产实际来说，各行各业的自动化程度都是越来越高的，机械控制理论的实用性也越来越强，对学生日后的工作学习有很大的帮助，这也导致课程对于实验环节的需求量大大提高。
2.4 学时太少，与教学内容不符
在高校教育中，大多数的专业课程都存在着教学内容太多而课时太少的矛盾，本门课程尤为严重，一般只有40～50学时，这些时间单单用来讲授课程中繁杂的基础知识就已经很勉强了，还要在其中穿插相关实验课程，尤其很多专业没有开设过积分变换的相关课程，教师还要将这部分内容额外讲述，导致本来就已经不足的学时更加捉襟见肘。
3 教学改革方法的研究
3.1 选择适合本校教学情况的教材
教材是教师和学生之间联系的重要纽带，是学生学习的重要工具，教材的内容既要包含本门课程的基本理论知识，也要符合本专业培养的目标与原则。因此，在选择教材时需要充分考虑教材的知识结构、教师讲授课程的方法、学生对教材内容的接受程度以及教材的难易程度等。基于本专业的培养方向偏向于机械设计及制造，没有开设过《积分变换》《复变函数》等相关课程，学生对拉普拉斯变换的相关内容十分陌生，在选取教材时要优先选择带有拉普拉斯变换章节内容的书籍，以便学生弥补相关内容。
3.2 强化基础，合理安排教学进程
本门课程的系统性很强，前后内容相关，所以就要求教师要善于整理，帮助学生融会贯通。如稳定性、准确性、快速性是评价系统性能的重要指标，通过时域分析、频域分析和稳定性分析的学习，可以对这几项指标进行分析计算，在系统进行综合设计时满足其性能要求。控制理论中需要掌握的知识点较多，并且这些知识点在教材中较为分散，而彼此之间又有一定的联系，教师在讲授某个知识点时要将与其相关联的已经学习的知识点做一个简单回顾，以便学生将前后内容连贯起来。如在传递函数中介绍的几种典型环节，它是频域分析中的重要基础，在讲授频域分析时就需要将其重新介绍以加深印象。
3.3 采用多样化的现代教学工具，丰富课堂内容
《机械控制工程基础》是一门理论性很强的课程，利用现代教育技术和工具进行教学，制作生动直观的电子课件，形成以黑板、教学模型、计算机多媒体、挂图及实物等多样化教学工具相结合的授课方式。
《机械控制工程基础》包含的很多内容都需要进行复杂的计算步骤和画图过程，花费了大量的时间。如函数方框图的化简、伯德图和奈奎斯特图的绘制等，有时还需大量的彩色粉笔作图才能清楚体现出来，浪费时间和精力，也很难集中学生的注意力。如果利用多媒体电子课件的动画效果，使图形能够按照绘图的步骤一步一步地展示给学生，既清晰又生动，大大激发了学生对课程学习的热情和兴趣。合理利用多媒体等现代教育工具可以节约时间，提高教学效率，将繁多的教学内容用多媒体形象生动的表现出来，提高教学质量，加强教学效果，还可以将课程相关学科的一些发展现状补充进去，做到“与时俱进”。
3.4 引入MATLAB 软件进行仿真实验
《机械控制工程基础》课程是一门应用性很强的学科，学生单纯地掌握理论内容是远远无法达到课程学习的目的，必须将理论应用到实践中，通过实践对理论的理解进行进一步的检验，这对学生学习的积极性和创造性是十分有利的。随着计算机的普及，学生对使用计算机软件进行仿真实验兴趣越来越大，因此，将MATLAB仿真引入实验教学中是非常必要的，可以使实验课程从传统的利用实验箱进行演示性实验，发展成为具有验证性、创新性、设计性实验。在实验过程中，由教师给出实验要求和实验目的，学生自行编制相关的MATLAB语言程序，之后再进行调试，直至完成实验。
MATLAB是一个精度较高的计算语言，经常用于工程科学计算中，可在一个较为容易使用的环境中将计算可视化和软件编程紧密结合。MATLAB软件是进行控制系统分析及设计的常用工具，Simulink就是其中一个重要的组件，提供了图形化的用户界面及动态系统建模、分析和仿真的集成环境。运用Simulink 模块进行仿真设计，可以使学生学习到将系统与动态方程相关联。如单位阶跃系统的一阶时间响应、二阶时间响应、系统稳定性分析、系统频率特性图的绘制、系统的根轨迹的绘制等都可以作为实验内容进行仿真实验。并且MATLAB作为最常用的控制系统计算机辅助设计软件，应用是极其广泛的，学生在实验过程中可以更好地掌握这种现代模拟软件设计工具。
4 结论
通过对《机械控制工程基础》课程教学改革，引入了MATLAB仿真软件进行虚拟实验，大大弥补了课程中实验环节的缺失。采用多样化的教学手段，调动了学生学习的积极性和主观能动性，培养了学生分析解决实际工程问题的能力和创新设计能力，提高了教学质量。
参考文献：
[1]师会超，梁永政. 《控制工程基础》课程教学改革与实践[J].机械管理开发，2010，25（5）：164-167.
[2]卢继霞.对“控制工程基础”课程教学的思索[J].高教高职研究 考试周刊，2010，15：172-173.
控制理论与控制工程范文第10篇
关键词：控制工程基础 主要问题 教学改革
1 《控制工程基础》课程目前存在的主要问题
《控制工程基础》是机械设计制造及其自动化专业的一门主要的基础学科。该课程从时域、频域两个方面系统地对经典控制论的主要内容进行介绍，重点讲述了控制理论及控制系统的分析和设计，为专业课的学习打下了良好的基础，同时培养学生掌握科学地方法论，以此提高学生分析问题和解决问题的能力。我们在日常教学过程中，发现存在的以下问题，大大影响了对控制理论知识的掌握。
①课程所讲的控制理论相对比较抽象，教学推导过程相对复杂。在工程上如果讲述简化，就会让学生很难理解。
②因为学生对课程的重要性认识不深，就会失去学习的兴趣；但是因为它对实践有重要的指导意义，就需要引导学生进行学习。
③由于学生对相关学科的知识掌握不够扎实，做不到融会贯通，不能把这些相关的学科整合到一起进行问题解决。
针对上述这些问题，我们通过对近些年教学内容、教学方法和实践教学等几方面的教学改革和探索，达到良好的效果。
2 《控制工程基础》课程教学改革的探索
2.1 教学内容的调整
考虑到河北建筑工程学院学生的主要问题就是基础知识不太扎实，而毕业生大多数都将到生产一线进行工作，因此在大学阶段的时候，学校就应该有针对性的对学生进行培养，要以扎实学生基础为前提，强化学生能力和素质为辅导，使学生毕业后能够成为适应能力强的应用型工程技术人才。因此在课程内容的取舍上要突出应用性和工程性，并且要跳过繁杂的教学推导，将内容给学生讲解明白，做到有所为和有所不为。比如在讲授控制系统稳定的充要条件时，可以略去推导过程，只讲解结论就可。在介绍Naquist稳定判据时，不必讲授判据的来由，理解稳定判据并能够正确使用就行。
由于机械专业没有安排《信号与系统》和《积分变换》课程，那么就需要教授在讲课的时候要能够补充相应的知识，让学生能够融会贯通。有些概念是在《信号与系统》课程里定义的，但是本专业课程只是简单阐述或者根本不讲，比如：激励和响应，只要求理解不讲准确定义。《积分变换》中详细介绍了拉氏变换的内容，因而必须将拉氏变换补充进该课程。
在授课过程中，如何做到把课程内容讲授的详略得当，一直是我们不懈的追求与探索。
2.2 教学方法的改革
在教课过程中，我们始终围绕着学生容易理解和掌握的原则和目的来进行组织教学内容，教学方法多样只是手段。整个讲授中，围绕“自动控制系统”这一中心，抓住一根主线，即系统建模系统分析系统校正。
比如系统建模有数学描述的微分方程、传递函数和频率特性函数等，还有图示方法的系统框图和信号流图等；在进行系统分析的时候，我们同样有时域和频域的代数方式、Naquist图和Bode图的图示方法；校正分析同样有解析方法和图示方法。整个教学过程中逐步深化学生对课程内容的整体把握。
课堂教学中，教师可以随时把自己对相关知识的理解和感悟及时传达给学生，比如控制理论中的“反馈”，可以结合学生课堂上的表现或作业中的问题，介绍学生传递给教师的反馈信号，以及教师根据教学任务和反馈信号如何及时调整授课内容和方法等，最终提高教学效果和学生的学习效果。教师还可以把控制理论发展历程中科学家的故事穿插其中，将大大激发学生学习控制理论的兴趣。
为了调动学生的积极性，教师还要将传统的板书教学与多媒体教学手段有机结合起来，并充分发挥这两种教学手段的优势，这样才能在课堂教学中与学生进行良好的互动。也能够及时了解学生的学习状态和对知识的理解和掌握程度，便于能够积极调动学生学习的主观能动性，根据学生情况调整课堂节奏还要布置一定量的典型课后作业，并有针对性地对课程教学的重点知识进行巩固，还要能够及时改正作业中的错误之处。
2.3 实践教学环节的充分利用
2.3.1 改革传统实验，增设计算机仿真实验
目前，《控制工程基础》课程实验主要是验证性实验，而实验课主要是依附于理论教学。我们应该围绕实验的教学目标，按照基本知识实验、综合性实验、设计性实验三个层次组织实验教学，改革传统实验，增设计算机仿真实验。而实验内容的选择则是整个实验教学设计中最重要的一个环节，也是当前实验教学改革的重点和突破口。
MATLAB的控制系统工具箱主要处理的就是以传递函数为主要特征的经典控制和以状态空间为主要特征的现代控制中的问题。该工具箱主要是对控制系统的建模、分析和设计提供相对完整的解决方案，我们还可以利用该软件的现代功能，开设典型系统的时间响应和稳定性分析、控制系统的频率特性分析等项目的仿真实验，上机实验指导书可以根据教学多年的教学经验，并结合教学大纲的要求和教材的内容进行编写。而计算机仿真实验的开发，既能够节省投入资金，又可以拓展实验项目。只有通过计算机仿真实验的开设，才能够激发起学生的学习兴趣，增强学生对本课程的感性认识，才能调动起学生的积极性，培养学生的创造能力。
2.3.2 利用实习的机会，学习控制理论
开设本课程期间，学生有外出实习的机会。尤其对于机电产品比如高层住宅中运行的电梯、啤酒生产线、混凝土搅拌站等，多观察，勤思考，学习信号的检测、传递与系统自动控制的实现等。用所学理论能够解释或解决实际问题，将会给学生带来很大的成就感和满足感，也必将提升学习兴趣。
2.3.3 毕业设计是控制理论应用的最好时机
毕业设计，是学生将在学校所学的理论知识与实践很好结合的一个平台，也能够鼓励学生动手实践；近些年，学生完成的相关毕业设计题目如：粮食水分测试仪的研发、塔式起重机的遥控设计、粮食自动称重系统和单片机控制输液装置等，极好地锻炼了学生的动手能力，以及对机电结合产品中控制工程理论应用的思考。
2.3.4 鼓励和支持学生参与各种形式的科技实践活动
河北省高等院校组织的“大学生实践创新设计大赛”，有经费支持和老师指导，学生可以积极参与；国家组织的各种机器人大赛，师生都可以观摩学习；还可以参与老师的科研课题，这些都会促使学生的能力得到更好地锻炼。而且这些活动都会让学生能够更加深刻的领悟到控制工程的理论知识。
3 结束语
本课程阶段性的学习主要就是在数理基础课和专业课程之间架起一座桥梁，使两者能够有效相结合。而教师要想提高教学质量，就要对教学内容、教学方法以及实践教学等环节进行深入大胆的探索。这就需要教师在课前认真准备自己所要讲课的内容，参阅多个版本的教材，并选出学生能够接受的讲解方法，以此提高讲课效果，并充实自己的理论知识，为学生的后续专业课的学习创造良好的条件；并将理论性实验与设计型、综合型、研究性实验相结合的实践教学思路，加强对学生独立思考能力、动手能力和创新能力的培养，并融合到课堂与实践教学环节中。
当然，教师的专业知识结构与先进的教学水平也是决定教学结果的关键所在。因此，在教学和科研过程中，教师积累经验的同时，还要不断吸取新知识和技能，可通过参加学术研讨、观摩教学、听取学生的反馈意见等活动来提高自己的教育教学水平，以此培养出适合时展需要的具有创新能力的合格人才。
参考文献：
[1]杨叔子，杨克冲，等.机械工程控制基础[M].第六版.华中科技大学出版社，2011.
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