自动控制原理范文

自动控制原理范文第1篇

【关键词】自动控制原理；生活哲理；课程

0.引言

对于电气自动化专业，《自动控制原理》是一门重要的、综合性很强的专业基础课。该课程不仅要求有扎实的高等数学、工程数学、电路、电机与拖动等课程的基础知识，而且还要有很强的计算能力。由于高职类学生对相关学科的基础知识不扎实，对学科之间的交叉理解能力不够强，所以出现了学生普遍认为自动控制原理学习起来很困难的现象。

自动控制原理课程本身的特点，使得很多学生，把它当做是一门枯燥乏味的课程。但是如果在课上掺杂一些生活哲理，结合课程内容讲一些与人生发展有关的知识，不仅可以开阔学生的知识面，还可以调动学生的学习积极性，增进学生学习的兴趣。

高职学生总是觉得课程难，不爱学，没兴趣，枯燥乏味，甚至上课打瞌睡，这是很多上课教师面临的实际问题。然而，学生对于课上讲人生发展的生活哲理，却较感兴趣。以下是作者在教学实践中总结出来的可与课程内容联系的生活哲理：

1.自动控制技术对一个国家发展的重要性及我国的现状——爱国主义，为中华崛起而读书

控制论与相对论、量子论被称为20世纪的三大伟绩。在工程和科学技术的发展过程中，自动控制技术起着十分重要的作用。应用自动控制理论和技术，能使人类以前认为做不到的事情成为现实。人造卫星、宇宙飞船、人类登上月球、导弹制导、人工智能、自动驾驶等高精尖技术都离不开自动控制技术。在各种工业部门，例如：石油、化工、冶金、机械、轻工、电子、汽车、通信、航空、航天、电力等部门，也都广泛采用自动控制技术。随着自动控制理论和实践的不断发展和完善，在经济、管理、生物、社会学、生态等各种给工程领域，也广泛用自动控制理论和技术。因此，自动控制技术已成为最有发展前途的科学技术之一，它的发展趋势更是不可限量。可以毫不夸张地说，自动控制技术已经成为现代化社会不可或缺的组成部分。

从绪论的内容介绍自动控制原理的发展情况。在讲到中国控制论的进展时，必然要提到我国著名的科学家钱学森同志以及他的著作《工程控制论》。荣膺过两弹一星功勋奖章殊荣的钱学森，曾为中美两国的导弹和航天计划都作出过重大贡献。36岁时钱学森便已成为麻省理工学院最年轻的终身教授，为了民族兴旺，国家发展，他不畏困难，毅然回国。钱学森同志的伟大在于他心怀国家，为国家奋斗了终生。作为一代科学大师，钱学森同志对国家民族、对科学研究、对青年人才、对科学道德的挚爱，感动了全民族。他的崇高人格和科学精神就像一座灯塔，照亮后人前行的路。

我国最近这几年的航空技术发展很快，这和我国的综合国力提升是分不开的，当然还要有科技人员的努力和奋斗，但是，我们和世界前列的国家还有差距。我们要有信心，在将来，我们能赶上甚至超过他们，这还需要我国青年一代学子，付出艰辛的努力。

在自动控制原理的课程中会有很多像李雅普诺夫这样的外国人名字的出现，希望通过我们中国几代人的共同努力，中国人的名字也能出现都控制论的教科书中。

在讲到目前各国的自动控制技术发展时，不免提到航空技术发展较先进的美国和俄罗斯，机器人技术发展较先进的日本。我国古代很早就有了指南车，地动仪，为什么近代却落后了呢？

诸如这样的爱国主义的例子和发人深省的问题，激发学生的爱国主义和思考，从而激发学生的学习兴趣。每一位爱国的学生，能做到的最根本的就是好好学习，有了知识，才有能力为国家的发展而奋斗。

2.课程中的部分内容与生活哲理之间的联系

科学文化与人文文化都来源于实践，都来源于人脑，都来源于人脑对实践的感知及对感知的加工。实践、人脑、人脑所进行的加工，各自都是不可分割的，科学文化与人文文化是人脑加工的结果，也是不可分割的。

2.1稳准快三方面性能不可能全好，鱼与熊掌不可兼得，学习与娱乐不可兼得

稳定性、准确性和快速性往往是相互制约的。在设计与调试过程中，若过分强调系统的稳定性，则可能造成系统响应迟缓和控制精度较低的后果；反正，若过分强调系统响应的快速性，则又会使系统的振荡加剧，甚至引起不稳定。

在《论语·子路》中有“欲速则不达”的典故：子夏为莒父宰，问政。子曰：“无欲速，无见小利。欲速则不达，见小利则大事不成。”

如果，某系统的过于追求快速性了，那就很可能破坏了系统的稳定性。系统不稳定，从而可能导致整个系统奔溃。正是生活中欲速则不达的道理。

从另一个方面讲，也就是每个系统不可能是十全十美的，不可能稳准快三性能都好。只能有所侧重，兼顾其他。这道理在学生的日常生活中也是适用的。正如孟子《鱼我所欲也》中提到“鱼与熊掌不可兼得”。一个人是不可能是十全十美的，同样一个学生也不可能十全十美。既要学习好，又要体育好，还要音乐好，还要美术好等等，怎么可能呢？只要重点抓住一个方面，兼顾其他，为之努力奋斗，那么这对于人生的发展就一定是有效的。

2.2 基本的反馈控制，生活哲理

反馈在自动控制原理中是非常重要的一个概念。一个系统的输出以它的一部分或全部反过来用于控制这个系统的输人，就称为这个系统的“反馈”。如图一。

图一

在人的生活中反馈是处处可见的。在参考文献[2]中讲到，人的反思就是一种反馈。一个人对自己有个要求，这是输入，自己的表现是输出，人的大脑将表现与要求作个比较，即“反省”、“反思”，如果有差异，就要按照差异情况，发出信号，作用在人这个系统的有关器官上，改变其表现。如此反复，一直到表现符合要求为止。我国有一个极好的教育传统，即将学习、思考、实践这三者紧密结合起来。

有些教师在讲课中，会把人的整个机体作为一个系统来考虑，这个系统中也是存在反馈的。例如：人生病感冒了，有的人抵抗力比较强，相当于抗干扰能力强，没吃药就好了。也就是人的机体这个系统检测到有病毒入侵了，把这个信号反馈给了机体，机体免疫系统就会工作，把入侵病毒杀死，这样人就恢复健康了。还有一种情况，有的人感觉到自己感冒了，就会去看医生，吃药，然后病好了。那么人通过医生的检查，开药，反馈回来，人的机体就要吃药，这就是反馈的一部分用于了系统的输入。

再有就是教育是人生发展这个系统的输入，实践为输出。这里的教育可以是家长的教育也可以是学校的教育等等，这些教育都是人生发展这个系统的输入，人神的发展就是一个系统，当在实践中遇到麻烦或困难时，就会反过来再去纠正那些教育，即反馈。如果一个人在社会上做了错事，就会有法律来强制反馈，纠正他的输入。

2.3系统的干扰和输入不是绝对的

在自动控制原理中，干扰和输入只是相对的，而并非绝对的。这在生活中也是常有的事。系统如果被扰动控制了，就容易变坏，人也是如此。例如：社会上的某系传销人员的宣传，大部分人认为是干扰，但是却总是有一小部分人会相信它，去从事传销。那么传销相当于干扰，某些人却把它当做了输入。当然，最后把这些当输入的人，是把自己毁了。也就相当于受干扰的影响太多，以至于，把整个系统都毁了。

2.4 二阶系统单位阶跃响应，在ξ不同值（欠阻尼，临界阻尼，过阻尼）时，三种不同的情况

二阶系统的单位阶跃响应，在ξ取不同值时，是不同的情况。当0

在讲课时，为了增加课上的乐趣，也便于学生记忆，这三种情况像极了人生的三种阶段，年轻时，往往冒冒失失，莽莽撞撞，中年一蹦稳扎稳打，老年一般就稳稳当当了。

2.5系统辨识与识人（有改动）

通俗的说，系统辨识是研究怎样利用对未知系统的试验数据或在线运行数据（输入/输出）建立描述系统的数学模型的科学。

它的实质就是透过现象看本质。也就是通过表面想象看实质现象。这和我们生活中的识别人是一样的道理。有句俗语：交人交心，浇树浇根。那么人在交往的过程中，也是要通过一个人的表现，来看到这个人的本质。例如：生活中有刀子嘴豆腐心的人，其实，这种人表现出来的是话语恶毒，但是本质是内心善良。

3.总结

《自动控制原理》一直是比较抽象、理论性强、容易让学生进入数学迷雾的一门课程，往往学生一想到这门课程就是老师在课堂上的一味推倒公式，没有什么兴趣。通过爱国主义教育和生活哲理，与这门课程的关系，让学生能更热爱这门课程，更好的学习这门课程。

既可以扩大了学生的知识面，又丰富了学生的感性认识，还增加了课堂的活跃气氛，使得自动控制原理课程不是那么的枯燥乏味，教师不是那样呆板无趣。

通过本文作者的实践教学，证明在课堂上讲一些人生哲理，比较受学生欢迎。

【参考文献】

[1]刘峰，邵世凡.自动控制原理课程教学方法探索与改革[J].中国电力教育，2012（24）：46.

自动控制原理范文第2篇

关键词：自动控制原理 过程考核 一纸开卷

中图分类号：TP13.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（c）-0066-01

“自动控制原理”作为自动化及相关专业的专业基础课程，在自动化专业中，起到承上启下的核心作用。同时，在化工、机械等专业中也处于非常重要的地位。[1]目前，这门课程存在着教师难教、学生难学的双重困惑，特别是其考核方式和考核内容在某种程度上直接影响学生的学习态度和积极性。进行考核制度改革，是调动学生学习积极性，提高教学质量的一种重要方法。传统的考核方式大多采用闭卷或者开卷考试，存在不少弊端。

1 传统考核方式及弊端

（1）不能有效促进学生对课程知识的积累，而且难以客观评价学习效果。目前，独立学院考试沿袭了传统的课程考核模式，在这种考核模式中，期末考试是课程考核的主要方式，其所占比重较高，因此，期末考试的成绩在一定程度上作为衡量课程教学效果和学生学习水平的主要依据。这样会造成学生考试易存在作弊心理，考试临时抱佛脚现象。

（2）使教与学不能较好结合。在独立学院中，大多数学生学习只是为了考试及格，平时在课堂上和课后都不用心，不操心，得过且过，敷衍了事，很少主动总结教师课堂内容和找教师答疑。在传统考核模式中，闭卷考试容易照成学生死记硬背，是典型的记忆力考核。而且，闭卷考试客观题较多，一定程度上也限制了学生创新和个性的成长。开卷考试容易形成学生不劳而获的意识，往往把考试寄托在课本和作业上，不会主动学习。这就达不到教与学的有机结合，不能取得较好的教学效果。

2 自动控制原理考核改革的思路及方法

（1）改革考核内容，培养学生创新应用能力。自动控制原理在实际生活中应用非常广泛，因此，在制定课程考核内容时，要与实际生活、先进技术和先进思想相链接，考核学生创新和灵活运用知识的能力。考核中要注重学生个性的培养和发挥，使具有特殊学习兴趣和有想法学生的才能得到发挥。比如，自动控制原理也是一门自动化专业和相关专业的考研课程，一部分学生需利用本课程学习考研，因此在制定课程考核时，可通过适当增加与考研内容相关的考核试题，同时，加大考研课堂讨论力度。这样，即能满足一部分学生考研需要，也能满足大部分学生的学习需要。考试不能完全限制答案，除了原理性、原则性的问题，对于学生似是而非、较牵强的答案，特别是比较新颖的答案，要给以肯定，不能全盘否定，以利于加强学生的学习积极性、创新能力、主动思考和发散性思维的培养。

（2）加强过程考核。传统考核模式可能会导致教与学相脱节。实施过程考核的考核理念，能较好的克服陈述性知识和过程性知识的分割、理论知识与实践知识的分割、知识排序方式与知识学习方式分割的缺陷。[2]过程考核是课程教学体制中不可或缺的一部分，即体现了考核成绩的科学性，也体现了公平性，一定程度上也杜绝作弊和临时抱佛脚的心理，有利于培养学生重结果更重过程的人生观和世界观，为以后进入社会，进入职场有更好地发展。

例如，在自动控制原理课程教学中，为了增强学生的自主学习性，加大平时成绩的比重，把平时成绩提高到总成绩的50%，同时，将考勤、课堂考核、课堂讨论、课堂提问、答疑、课后作业、学生互动和课程论文等纳入平时成绩。在平时成绩中，还要加大课堂讨论和课堂提问在平时成绩中的比重。这样，既体现了公平性，又增加了学生的学习积极性，同时，开扩了学生的思维，培养了学生思考问题、分析问题和解决问题等多方面培养的能力，充分调动学生的自主学习性。

（3）引入“一纸开卷”。“一纸开卷”是指在考试开始前两周由系部统一发给学生印有“自动控制原理考试专用纸”字样的试卷纸，学生可在试卷纸上书写与考试内容有关的公式、内容等，考试时允许带进考场。[3] 考试结束后与试卷一起上交，否则视为作弊处理。

采用“一纸开卷”考核的优点主要体现在以下2个方面：（1）可有效避免学生死记硬背公式和知识点，减轻学生负担。自动控制原理课程具有理论性强、含有大量公式和图形曲线等特点。采用“一纸开卷”的考试形式，学生可以不用死记硬背公式，可以把大量时间和精力放在知识点的理解和归纳总结上，有利于提高学生分析和主动思考的能力。（2）有利于减小作弊的几率，端正考风。考试前，学生通过自动控制原理考试专用纸把需要记忆的公式、基本概念和归纳总结的知识点写下来，这样，考试时，部分基础薄弱、学习成绩较差的学生基本上不需要携带一些采用闭卷考试时常用的作弊小抄，而且也有利于调节学生的考场气氛，缓解考试时的紧张。

（4）加强考核反馈机制。考核的目的，是为了检查学生是否掌握所学知识解决问题的能力。考核结束后，要形成反馈机制，及时的把考核结果反馈给学生，完善学生知识点的理解。特别在过程考核时，比如，在学生完成课后作业、课堂测试和课程论文后，教师要及时的根据完成情况，对学生解题或理解错误问题进行案例讲解，对重点知识点特别强调，要求学生及时修改错误，加强和完善知识点的理解。

3 结语

在独立学院学生教学过程中，自动控制原理考核改革还任重而道远，但教师应围绕以培养一线应用型人才为理念的原则，培养学生的创新和实践应用能力，培养面向现代社会的高新技术产业所需的复合应用型人才。实行“一纸开卷”和加强课程过程考核相结合的考核思路，推动了教学改革，促进了学生的主动学习能力，加强了学生的创新和综合应用能力，避免了过去传统考试模式作弊、临时抱佛脚、单纯应付考试和只要60分及格等心里和行为，提高教学质量。

参考文献

[1] 杨婕，程丽平.应用型本科“自动控制原理”课程改革及实践[J].中国电力教育，2010（4）：111-112.

[2] 金光.自动控制原理课程考核方法改革的探讨与实施[J].郑州铁路职业技术学院学报，2007（5）：23-26.

自动控制原理范文第3篇

关键词：MATLAB；自动控制系统；系统响应；系统设计

0 引言

高职院校的学生重在强化职业技能的培养，而《自动控制原理》这门课程中除了讲解控制系统的工作原理外，控制系统的模型是一个非常重要的环节，对控制系统性能进行定量的计算和分析，离不开控制系统的数学模型，涉及到对微分方程数学模型的求解，用到Laplace变换及反变换，对系统响应超调量、上升时间、调节时间、峰值的求取，都要用到繁琐的数学计算，对系统时域或者频域稳定性的分析，绘制Naquist曲线和Bode图以及系统的校正与设计，如果全靠手工计算数据，手工绘图的话，费时费力，有时还得不到准确的数据和图像。

MATLAB是Mathworks公司开发的一种集数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体的功能强大、操作简单的优秀工程计算应用软件。MATLAB不仅可以处理代数问题和数值分析问题，而且还具有强大的图形处理及仿真模拟等功能。

1 MATLAB在控制系统建模中的应用

MATLAB是国际控制界目前使用最广的工具软件，几乎所有的控制理论与应用分支中都有MATLAB工具箱。这里结合自动控制理论的基本内容，采用控制系统工具箱（Control Systems Toolbox）和仿真环境（Simulink），体会MATLAB的应用。

1.1 用MATLAB建立传递函数模型

1.1.1 反馈系统结构图模型

图1 反馈系统结构图

设反馈系统结构图如图1所示。控制系统工具箱中提供了feedback（）函数，用来求取反馈连接下总的系统模型，该函数调用格式为：G=feedback（G1，G2，sign）。

1.1.2 Simulink建模方法

在一些实际应用中，如果系统的结构过于复杂，不适合用前面介绍的方法建模。在这种情况下，功能完善的Simulink程序可以用来建立新的数学模型。

典型二阶系统的结构图如图2所示。用SIMULINK对系统进行仿真分析。

图2 典型的二阶系统结构图

将画出的所有模块按图2用鼠标连接起来，构成一个原系统的框图描述如图3所示。

图3 二阶系统的simulink实现

利用MATLAB命令plot（tout，yout），可将结果绘制出来，如图4所示。比较图4和图5，可以发现这两种输出结果是完全一致的。

图4 仿真结果示波器 图5 MATLAB命令得出

显示图 的系统响应曲线

2 利用MATLAB进行时域分析

2.1 线性系统稳定性分析

系统的零极点模型可以直接被用来判断系统的稳定性。另外，MATLAB语言中提供了有关多项式的操作函数，也可以用于系统的分析和计算。

2.1.1 直接求特征多项式的根

设p为特征多项式的系数向量，则MATLAB函数roots（）可以直接求出方程p=0在复数范围内的解v，该函数的调用格式为：v=roots（p）

利用多项式求根函数roots（），可以很方便的求出系统的零点和极点，然后根据零极点分析系统稳定性和其它性能。

2.1.2 系统动态特性分析

已知传递函数为：

利用以下MATLAB命令可得阶跃响应曲线如图6所示。

图6 MATLAB绘制的响应曲线

>>num=[0，0，25]；den=[1，4，25]；step（num，den） grid

title（1Unit-Step Response of G（s）=25/（s^2+4s+25

）1）

2.1.3 求阶跃响应的性能指标

已知二阶系统传递函数为：

利用下面的stepanalysis.m程序可得到阶跃响应如图 7及性能指标数据。

>> G=zpk（[ ]，[-1+3*i，-1-3*i ]，3）；

% 计算最大峰值时间和它对应的超调量。

C=dcgain（G） [y，t]=step（G）；plot（t，y） grid；[Y，k]=max（y）；timetopeak=t（k）

percentovershoot=100*（Y-C）/C% 计算上升时间。

n=1；

while y（n）

n=n+1；

end

risetime=t（n） % 计算稳态响应时间。

i=length（t）；

while（y（i）>0.98*C）&（y（i）

i=i-1；

end

setllingtime=t（i）

运行后的响应图如图6，命令窗口中显示的结果为

C=0.3000 timetopeak=1.0491

percentovershoot=35.0914 risetime=0.6626

setllingtime=3.5337

图7 二阶系统阶跃响应

2.1.4 利用MATLAB绘制系统根轨迹

控制系统工具箱中提供了rlocus（）函数，可以用来绘制给定系统的根轨迹。

已知系统的开环传递函数模型为：

利用MATLAB命令可容易地验证出系统的根轨迹如图8所示。

3 利用MATLAB进行频域分析

3.1 用MATLAB作奈魁斯特图

虑二阶典型环节：

图8 系统的根轨迹

利用下面的命令，可以得出系统的奈氏图，如图9所示。

>> num=[0，0，1]；den=[1，0.8，1]；nyquist（num，den）% 设置坐标显示范围

v=[-2，2，-2，2]；

axis（v）

grid

title（′Nyquist Plot of G（s）=1/（s^2+0.8s+1）′）

图9 二阶环节奈氏图

3.2 用MATLAB作伯德图图

给定单位负反馈系统的开环传递函数为：

利用以下MATLAB程序，可以直接在屏幕上绘出伯德图如图10。

>> num=10*[1，1]；den=[1，7，0]；bode（num，den）grid

title（′Bode Diagram of G（s）=10*（s+1）/[s（s+7）] ′）

该程序绘图时的频率范围是自动确定的，从0.01弧度/秒到30弧度/秒，且幅值取分贝值，ω轴取对数，图形分成2个子图，均是自动完成的。

图10 自动产生频率点画出的伯德图

4 利用MATLAB进行频域法串联校正

利用MATLAB可以方便的画出Bode图并求出幅值裕量和相角裕量。通过反复试探不同校正参数对应的不同性能指标，能够设计出最佳的校正装置。

给定系统如图11 所示，试设计一个串联校正装置，使系统满足幅值裕量大于10分贝，相位裕量≥45o。

为了满足上述要求，我们试探地采用超前校正装置Gc（s），使系统变为图12的结构。

图11 校正前系统

图12 校正后系统

引入一个串联超前校正装置：

我们可以通过下面的MATLAB语句得出校正前后系统的Bode图如图13，校正前后系统的阶跃响应图如图14。其中ω1、γ1、ts1分别为校正前系统的幅值穿越频率、相角裕量、调节时间，ω2、γ2、ts2分别为校正后系统的幅值穿越频率、相角裕量、调节时间。

>> G1=tf（100，[0.04，1，0]）； % 校正前模型

G2=tf（100*[0.025，1]，conv（[0.04，1，0]，[0.01，1]）） % 校正后模型

% 画伯德图，校正前用实线，校正后用短划线。

bode（G1） hold bode（G2， ′――′）%画时域响应图，校正前用实线，校正后用短划线。

Figure G1_c=feedback（G1，1） G2_c=feedback（G2，1） step（G1_c） hold step（G2_c， ′――′）

图13 校正前后系统的Bode图

图14 校正前后系统的阶跃响应图

可以看出，在这样的控制器下，校正后系统的相位裕量由28o增加到48o，调节时间由0.28s减少到0.08s。系统的性能有了明显的提高，满足了设计要求。

5 结论

通过MATLAB在建模、时域分析、频域分析、系统校正中的应用可以看到，MATLAB工具箱在自动控制原理课中的应用无处不在，MATLAB不仅可以处理代数问题和数值分析问题，而且还具有强大的图形处理及仿真模拟等功能，从而很好地帮助老师和学生解决《自动控制原理》这门课中实际的数据计算、图形绘制、性能指标求取以及系统校正与设计等技术问题。

参考文献：

[1]黄中霖.控制系统MATLAB计算及仿真[M].北京：国防工业出版社，2001.

[2]王正林，王胜开，陈国顺.Matlab/Simulink与控制系统仿真[M].北京：电子工业出版社，2005.

[3]尹瑞竹.Matlab软件在自动控制原理教学中的应用[J].学术论坛，2007.

[4]刘卫国，陈昭平，张颖.MATLAB程序设计与应用[M].北京：高等教育出版社，2002.

[5] 薛定宇.控制系统仿真与计算机辅助设计[M].北京：机械工业出版社，2005.

[6] 李玉梅，马伟明，张波涛.PSB――基于simulink的一种新型电力系统仿真工具[J].电气应用，2001，12（8）：5-7.

自动控制原理范文第4篇

关键词：自动控制原理；反馈控制；控制方案；考核措施

作者简介：徐晓丽（1972-），女，江苏泰州人，上海电力学院自动化工程学院，副教授。（上海 200090）

基金项目：本文系上海电力学院重点教学改革项目（项目编号：20121305）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）04-0053-02

“自动控制原理”是电气自动化专业一门重要的专业课程，该课程理论性非常强，概念和定理非常多，所学知识非常抽象，不像其他专业课中的知识比较具体或者能通过具体的实物来演示和操作。然而“自动控制原理”又是一门基础课，其他很多课程，并且学生毕业后的工作很大一部分都要用到自动控制原理的知识，因此学好它是学生不容推脱的责任。

上海电力学院（以下简称“我校”）国际交流合作办学项目旨在培养具有专业的基础理论和工程技术、具有较强工程实践能力、自主创新意识和国际化视野的复合型实用专业技术人才。[1]为实现这一办学目标，同时也为了让出国学生顺利快速地适应国外的学习生活，实现国内外同类学科的有机衔接，有必要在“自动控制原理”课程的教学过程中不断探索新的思路。

一、教学反馈控制系统

一个典型的反馈控制系统包括受控过程、传感器、控制器和执行器四个基本环节。传感器用来测量被控量的大小，并传送到输入端与给定值进行比较，生成偏差信号；控制器据此按一定的控制规律运算出控制信号给执行器，从而改变被控量的实际值，达到控制目的。[2]

在“自动控制原理”的教学实践中，将反馈控制的思想引入其中，从而将教学过程看作一个反馈控制系统：整个教学活动为被控过程；教学方案为控制器；教师和学生充当执行器；教学考核起传感器的作用；良好的教学质量为期望的输出；实际的教学效果为被控量。反馈控制的突出特点是：由于信号的反馈使系统具有抑制和消除偏差的能力，从而达到高精度自动控制的目的。在教学反馈控制系统中，针对被控过程的动态特性和控制目标制定切实可行的教学实施方案，从教与学两方面改进控制方法，积极改进和丰富教学方法，实现对教学效果偏差的实时调节；要建立科学合理的教学考核措施，能实时反映实际的教学效果。所以，要使教学反馈控制系统具有良好的动态性能和稳态品质，需要师生的协同合作，使整个教学控制系统中教和学积极地互动，从而保证教学目标的实现。

二、被控过程的特性分析

“自动控制原理”课程理论性强，不仅可以为各专业的后续专业课程的学习打下坚实的基础，而且在培养学生的辩证思维能力和创新能力，提高综合分析问题、解决问题的能力等方面都具有重要的意义。但其内容多、学时少，课堂信息量大，而且在过去很长一段时间内课堂教学都比较强调它的理论性，因此，很多学生认为该课程是一门数学课程，从而产生对理论推导的畏惧以及对将来这些理论是否可用的忧虑。在教学过程中，如果过分强调其实践性，任课教师也担心学生对基本原理和分析方法的掌握会减弱，影响学生对后续课程的学习热情，从而对未来独立创新和解决问题的能力产生影响。

学生是教学活动的主体，教师要充分了解学生的基本情况，如学生的理论基础知识、学习能力、学习方法和兴趣点等。从学生自身去发现问题，对症下药，关心、鼓励和辅导基础差或对本课程缺乏兴趣的学生，了解他们学不好的原因，培养他们的学习兴趣，听取他们对教师的意见和要求。

只有在充分了解教学活动对象的基础上，才能因材施教，提出切实可行的教学控制方案。

三、教学控制方案的实施

在“自动控制原理”课程教学实践中深知：只有总结出一套让学生不仅真正理解其中的原理性概念，而且知道它们有什么用、又如何用的教与学的实施方案，才能在教学过程中获得非常好的教学效果。

从教学内容方面，进行及时的更新和合理编排，参考英文教材制作英文课件，及时补充和调整授课内容。这样既扩充了学生的专业词汇，为外教课程的顺利进行打下了良好的基础，同时也做到了与外教授课内容的无缝衔接和互相补充。

“自动控制原理”概念抽象，其理论与计算都非常烦琐，这就要求该课程在教学手段上有别于其他课程。在理论课上，首先让学生建立起对基本概念的认识，掌握分析方法和解题技巧。其次以计算机辅助教学为手段，将MATLAB仿真应用于“自动控制原理”课程教学中，能增强学生的感性认识，让其直观地领会和理解课程的分析方法，提高学生的学习兴趣，从而真正掌握所学的知识。如系统频率特性的概念较抽象，笔者在教学过程中数易其稿，先通过仿真发现：线性定常稳定系统在正弦输入信号作用下的稳态响应也是同频率的正弦信号，然后改变正弦输入的频率发现稳态输出的幅值和相位变了，最后引出频率特性的概念。在教学中结合工程实例来巩固和加深理解，引导学生用系统的观点来分析问题，把握概念、掌握各种分析方法，不断增强学生发现问题、分析问题和总结问题的能力。如PID控制器参数对系统控制性能的影响，其定性分析总是让学生很难理解。在教学过程中，借助倒立摆装置的控制实例，演示其在PID控制器作用下的控制效果，[3]使学生不仅直观地了解了它的用途，而且形象地理解了参数的作用。在实验课上，让学生自己动手做仿真实验，学生真正理解并建立了控制系统的概念。理论课上的定性分析结合实验课上的仿真实验，学生不但知其然，而且知其所以然，同时还教会了学生基本的实验技能，提高了其动手能力。[4]通过把课堂教学与实验环节相结合，学生循序渐进地完成多层次的学习任务，对自动控制原理的理解更加深入。

从学习方法方面，设计以小组为单位的学习新模式，促进互助型主动学习。为了培养学生的合作精神，提高学生的自主和自制能力，激发学生的创造性，笔者把全班学生按自愿和分配相结合的方式实现单元小组化的学习模式，即要求学生以小组方式学习、实验、完成作业。学习过程中，小组成员可针对具体问题进行个体学习、小组讨论，各自发表意见，相互取长补短。每个学生的背景不同、经历不同，对事物的认知也不同，通过合作学习，不仅有助于形成良好的学习氛围，树立共同学习的信心和乐趣，而且可以弥补个体学习的不足，并为每个学生提供了展露自己想法的机会和场所。另外，通过学习过程中的交流与协作培养了学生的合作意识、合作技能和团队精神，也促进了学生间的相互交流、相互沟通。[5]

教学过程中师生间的互动，比如课堂上启发式和悬念式的提问和讨论，也是鼓励学生积极思考、主动学习的一种方式。而上好每一章的习题课，运用、巩固和复习各章的知识点，更是对知识理解的一种刷新和校正。

四、合理的教学考核措施

为了体现公平考核、突出对学生实践能力、分析问题解决问题的能力和创新能力等多方面能力的培养，将课堂考核、实验考核以及课后作业的考核纳入平时成绩，并适当加大平时成绩的比重。其中课堂考核是日常考核的一种重要形式，可以以口头考核的方式复习上次课程的内容，也可以采取课堂测验，实时检验学生对基本概念的理解和基本解题技能的掌握。课堂考核能及时反馈教学信息，加强教学的互动性，激发学生的学习兴趣，在教学实践中收到了良好的教学效果。

我校国交班“自动控制原理”课程的期末试题分两部分：中文试题和英文试题。中文试题由本校自己命题，题型为填空题、计算题等较为基础性的考核，重点考核学生的基本概念和基本解题技能。英文试题是由英国方面外教出题，英文试题不考查定义或者理论，而是考查学生对知识点的运用，题目非常灵活，能够真实地反映出学生分析问题和解决问题的能力。

以学习过程和考试结果作为综合的衡量标准，既重视教学过程又重视学习结果，不仅提高了学生在课堂上的参与程度，调动了学生的积极性，也提高了学生的学习兴趣，变被动学习为主动，对学生创新和实践能力的培养也能起到良好的促进作用。

五、总结

将反馈控制的思想创造性地应用于“自动控制原理”课程的教学实践中，这是笔者在多年的教学过程中不断摸索并逐步形成的一种教学理念。针对我校国际交流学院学生的实际情况和培养目标，笔者提出了具体的反馈教学控制系统的实施方案，并在“自动控制原理”的教学过程中加以应用和不断改进，实践检验了该系统是科学合理且切实可行的。整个教学控制系统中教师和学生的积极互动和协同合作，保证了教学目标的实现，获得了预期的教学效果，也得到了学生的肯定。

参考文献：

[1]魏永红.切实加强中外合作办学内涵建设[J].上海教育，2007，

（21）：32.

[2]杨平，翁思义，郭平.自动控制原理——理论篇[M].北京：中国电力出版社，2009.

[3]杨平，徐春梅，等.PID控制在倒立摆实时控制系统中的应用[J].微计算机信息，2006，（19）：83-85.

[4]杨平，王志萍，徐晓丽，等.大学课程教学中的真才实学人才培养策略[J].中国电力教育，2009，（9）：126-127.

自动控制原理范文第5篇

【关键词】自动控制原理；班级管理；辅导员

学生管理工作的好坏和成败，是衡量学校整个教育质量和管理水平的重要标志。现代意义上的学生管理工作是一项复杂的社会系统工程。作为管理对象--学生并不是被动地接受管理，他们具有主观能动性，也就存在着学生的自我管理形式。学生自我管理的基本形式是班级管理[1]。如何做好班级管理已成为高校辅导员研究和探讨的问题。本文将控制理论应用到班级管理中去。

一、控制理论在管理中的应用

随着科学技术的发展进步，自动控制技术起着极为重要的作用，大到卫星、宇宙飞船上天，小到化工、热电等行业的自动化生产，都离不开自动控制理论的应用。自动控制具有反应速度快、控制准确、控制效果平稳等优点，将过程控制原理应用到班级管理中，将班级作为一个被控系统，应用控制的理论知识使班级管理趋于平稳，提高学生思想政治素质和科学文化水平。自动控制系统通常包括控制装置，执行装置，受控装置和反馈装置（或检测监控装置）等几个部分。如图1：

从上图可以看出，自动控制系统是一个闭合环路即控制装置与受控装置之间存在着双向的信息联系，往返进行信息传递。其中控制部分是核心，由它发出的信息或指令到达受控部分，以改变受控部分的状态，或产生某种活动。受控部分不断将反映输出变量变化情况的反馈信息送回控制部分，不断纠正和调整控制部分对受控部分的影响，以达到精确调节这部分，反馈回路与初始设定目标比较，则控制器就知道被控对象是否在稳定状态内。

控制从始至终存在于管理的整个过程中。监督、检查工作是否按既定的计划、标准和方法进行，发生偏差，分析原因，进行纠正，以保证组织目标实现。一是控制目的是保证组织中的各项活动按既定的计划或标准进行，控制具有很强的目的性，控制与计划密不可分；二是控制是通过“监督”和“纠偏”来实现的，这就要求控制系统具有良好的信息检测系统，一方面可以预警，一方面可以发现“偏差”产生原因；三是控制是一个过程，控制与计划的关系相当紧密，计划为控制提供依据，控制是计划实现的保证。

二、班级管理中的单闭环控制

单闭环控制模式，即管理预期目标制定后，由控制器发出，通过执行器，最终完成任务目标。在任务完成的过程中有自我管理过程控制，有信息反馈回路，可以让执行器及时采取必要措施来保证既定目标的实现。

1.班级管理的控制目标

微观角度的班级管理目标包含了宿舍管理、班委会管理、学生学期成绩目标管理、课堂管理等等。目标确定时，要定量与定性相结合，既要保证管理的易实施性，也要保证管理的易考核性。

2.班级所有成员都是班级管理的执行机构

闭环控制中，班级所有成员都是班级管理的执行机构。学生自己管理自己则是一种很有效的管理方式。辅导员不可能一直与学生在一起，也不可能时刻了解到所有学生的想法。一味的采取以往的“命令式”的管理，并不能达到最终的控制效果。通常一个辅导员都会带好几个班级，所有的班级成立一个班级委员会，委员会的成员要是各个班级推选出来的管理者，然后委员会的成员再选出委员会的主席。一个系统就这样产生了，如图2。管理者即是被管理者，被管理者也是管理者。班级自治系统中，关键的是放权班委，如果班委不敢手放开去做事情，同学中有问题不敢向辅导员反应，或者是对于班级不正之风隐瞒不报。让班级这个执行机构能很好的运作还有一个重要的前提，班级同学的集体荣誉感，可以使班级形成一种无形的向心力，即班级凝聚力。班级中一旦形成了班级凝聚力，学生的自治性也会随之提高，也会推进班级自治管理，提高其稳定性。

3.班级成员的自我发现是班级的重要监测系统

当检测反馈系统发现了班级中存在的问题，控制器就开始工作了。偏差控制是下一步工作的保证，他将逐渐减小与设定状态的偏差，通过执行器去调节，使班级系统趋于稳定。但是作为班级一个复杂的系统“偏差=班级管理理想状态（设定值）-班级管理中实际情况”。既要对照设定的标准，又要对照分析出来的原因，具体理出措施办法。分析原因时，注意产生偏差的根本点何在，是根子上的问题还是细枝末节的问题，若是根本点上的偏差，特别是影响面大的偏差一定要追到底。若是细枝末节的偏差找到主要原因更正即可。

4.完善的校、班规章制度是班级管理的重要依据

校、班等规章制度是班级管理的一个有力的舵手，即班级管理的控制器。俗话说“没有规矩，不成方圆”。所以说完整的规章制度是班级自治的前提。规章制度要广泛征求学生的意见和建议，不断改进和完善。按照一个不完整的制度来管理，盲目将权力放于学生，只会使辅导员的工作陷于被动，最终将导致班级系统失控。

三、班级管理的双闭环控制

自我管理的单闭环控制不是弱化、甚至忽视辅导员的管理作用，而是要求辅导员能正确把握班级发展趋势，避免自我管理随意化、无序化，以致陷入自我管理的误区。因此辅导员要严格要求自己，勤观察、勤督促、勤指导，使班级沿着正确轨道顺利发展。下面简单介绍班级管理中的双闭环控制。

1.双闭环控制的控制目标

宏观的角度的班级管理目标，即要保证一个班级团结性、组织性、纪律性、凝聚力强。

2.发挥班委、党员、老师在信息反馈中的优越性

班级管理中班委、党员、任课老师是辅导员工作的得力助手，班级少了这些“眼睛”则辅导员遇事则像瓮中之鳖，盲人指路了，就像控制器没有了检测反馈系统。

（1）优化干部队伍，成为辅导员的得力助手。

“政治路线确定之后，干部就是决定的因素”对于大学班级同样适用。任何一个班级建设方法，总是依靠班级的干部传达、贯彻、组织实施，依靠骨干队伍宣传带动、以身示范。班级出现不稳定因素，例如，同学中有出现感情问题，出现宿舍关系不融洽，经常旷课、旷操，经常去网吧或者夜不归宿的。班干部要有比普通学生更敏锐的洞察力，将信息及时反馈给辅导员。

（2）培养党员同志，成为学生中的标兵。

大学生党员有着不同于普通学生的身份，奉献意识，服务观念以及大局观较强。党员在大学生中少数的一部分，但是党员的影响力在宿舍文化，班级学风中都有体现。党员在日常工作中与班委有相近之处，班级的某些同学没有坚定的政治立场，在生活作风上松松垮垮，社团工作中权利、利益无法权衡时，党员同志要走在一线帮助解决思想上的问题，或者第一时间将所知道的信息反馈给班委会甚至辅导员。

（3）主动联系任课教师，调动教师在班级管理中的积极性。

大学教师在学校中并不仅仅是“传道授业”，其实任课教师在班级管理的作用上比其他途径、方法更为直接、更有效果。教学活动是学校最频繁的最重要的工作。因而，学生有很多问题都是从教学活动中体现出来。如学习目的、学习态度、专业思想、毕业就业等问题，解决了这些问题，学生就不会因为大学没有目标而困扰。在年长的，资历老的教师面前，学生往往更容易流露出真实想法。教师更容易发现问题所在，在教学中加以适当的引导，或是及时将信息及时反馈给辅导员。

3.辅导员是班级管理中有力的舵手

运用双闭环控制一定要明确辅导员在班级管理中的作用，辅导员就像一双无形的大手，如同世界经济的宏观调控一样，是班级管理的调控者、领导者、策划者。针对班委、党员、老师反馈的问题，从多方面去了解情况，结合学生的个人信息，家庭信息，最近的生活工作状态去分析。对于班级整体出现的问题在年级大会，专业大会上可以直接指出。辅导员要大胆地使用班级干部，充分发挥他们的主动性、积极性和创造性；在放手使用的同时，也要注意提高其各方面素质和能力。在实际工作中，既要对学生干部进行传、帮、带，帮助学生干部总结经验教训，使他们能够在班级管理中起到承上启下的作用。

四、闭环控制系统对班级管理系统的初步评价

工程上从稳定性、准确性、快速性三个方面来评价系统的总体性能，运用到班级管理系统上，则从这三个方面来衡量班级管理的性能。

1.稳定性

当班级管理系统发生变化时候，即其环境或者系统内部发生变化对系统产生扰动时候，班级中出现不稳定现象，但是经过控制器一段时间的调节之后，按照既定的方向发展下去，则系统就认为是稳态的。

2.准确性

准确性对于班级管理系统来说，是要求系统能够稳定在班级管理中各项指标上。例如班级的团结性，凝聚力，从组织活动的过程中，班级同学的参与度就可以看出来，如果班级同学的积极性很高，则可以肯定此系统的准确性很高，控制很成功。

3.快速性

快速性对于班级管理系统而言，可以理解为一旦班级出现情况，这里指的是班级中的学生经常旷课，出现心理问题，考试成绩大幅度下降等。闭环控制系统能及时反馈给控制系统，由控制系统发出指令，由执行器执行命令。用调节处理时间，超调时间，发生频率等来表示班级管理系统响应速度的快慢，“调节时间”可以客观地表示某个突发事件，或者班级上某个学生出现问题到该问题成功解决的快速反应能力，时间越短，系统则更能满足班级管理的需要，在班级管理中更能发挥作用。

班级管理中应用自动控制，决定性的是选出好的班委，制定好的班级制度，学校任课老师积极配合辅导员的工作。这在学生入学时候就要做好基础工作，引导学生正确的大学观念，走大学之道，成大学之才。

参考文献：

[1]孙绵涛.教育管理原理[M].广州：广东高等教育出版社，1999.

[2]马庆坤.组织管理中的作用方向分析[C].中国石油集团优秀管理论文一等奖，2005，11.

[3]胡寿松.自动控制原理[M].北京：科学出版社，2007.

自动控制原理范文第6篇

【关键词】自动控制原理 高等数学 复变函数与积分变换

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）26-0005-02

自动控制原理是国内各高校本科电气工程及其自动化专业的重要专业基础和必修课程，其在专业课程体系中占据着承前启后的作用。该课程中抽象的理论概念多、数学含量大，高等数学和复变函数与积分变换等课程是自动控制原理课程的数学基础，必然成为学好自动控制原理的重要先修课程。其中涉及较多的包括高等数学课程中的微积分和线性微分方程，复变函数与积分变换课程中的复数计算和拉普拉斯变换等内容。本人根据多年的教学经验，较为详细地总结了自动控制原理课程中的数学问题以及相应的教学方法。只有做好数学基础与自动控制原理课程的知识衔接，才能保证学生的学习积极性，提高教学效率和效果。

一 自动控制原理与高等数学的关联

在电气工程及其自动化等电类工科专业中，高等数学的作用日益提升。自动控制原理课程中所用高等数学基础主要有以下两方面。

1.微积分

高等数学课程中的微积分知识贯穿了自动控制原理课程的始末，渗透到数学模型、时域分析法、根轨迹、频域分析、校正以及离散系统、非线性控制、状态空间等各个章节。学生对微积分的学习是在大学的第一个学期，所以在课程教学过程中如果遇到函数求导或者积分计算时，不是直接给出结果，而是通过板书的形式给出具体的计算过程。这样可以让学生更清楚地理解问题的思路和结果的产生过程。而对于复杂的微积分计算，为了不影响课程的进度和学时限制，即使直接给出数学结果也会让学生在课后对其进行验算。这样不仅让学生认识到数学基础在自动控制原理课程中的重要性，也会进一步促进学生用数学的思维来理解该门课程中的后续知识。

2.线性定常微分方程

在控制系统时域数学模型一章中，首先学生接触到的就是线性微分方程，这一部分也是高等数学下册的重点教学内容。这一节课的教学重点就体现在理论与应用的联系方面，如何将以前学过的微分方程与电路、机械等实际的系统结合起来。例如R-L-C无源电路和弹簧阻尼模块的时域数学模型就可以用二阶定常微分方程来描述，让学生重点理解方程中的输入和输出变量。

3.幂级数及其求和

Z变换是学习线性离散系统的数学工具，也是学好离散系统分析和校正的基础。Z变换的基本方法是利用定义得到的级数求和法，正好也是高等数学下册的内容。而采用幂级数法（综合除法）进行Z反变换与部分分式展开等方法相比较具有计算量小、直观等优点。所以在线性离散系统分析这一章的教学过程中，我们会尽力引导学生回忆幂级数及其求和方法。

二 自动控制原理与工程数学的关联

复变函数和积分变换理论一直伴随着科学技术的发展并为之提供方法和工具，被电力系统、通信与控制等许多领域应用。在自动控制原理课程中，涉及的复变函数与积分变换的数学基础非常多，而这门工程数学课程又是考查的课程，所以在教学过程中就会进行适当的教学改革，增加复习的内容。

1.拉普拉斯变换

在学习控制系统的数学模型时，首先接触到的就是拉普拉斯反变换方法求解线性微分方程。所以在学习数学模型知识之前，利用至少一个学时的时间对傅里叶变换和拉氏变换的知识作一个有针对性的复习，使两门课程知识融会贯通。尤其是拉普拉斯反变换，我们会根据象函数极点为相异实根、共轭复根、重根三种情况分别求解反变换后的原函数，使学生更好地学习线性定常系统微分方程的求解。传递函数是自动控制原理课程的主要数学模型，拉普拉斯变换对于理解系统的传递函数也有非常重要的作用。

2.傅里叶变换

傅里叶变换是拉普拉斯变换的基础，也是线性系统频域分析法中数学模型频率特性的理论依据。频率特性的概念是通过在正弦输入作用下稳态解描述系统动态响应过程而引出的，笔者在给电类专业学生讲授频率特性概念时，会根据傅里叶变换的物理意义，介绍其在自动控制原理课程中的应用，进而使学生对这两门课程的联系有了更深的认识。

3.柯西幅角原理

奈奎斯特稳定判据是线性系统频率域判定稳定性的有效方法，其数学基础则为工程数学里的柯西幅角原理。通过使自动控制原理的闭环传递函数与幅角原理的原函数相对应，

并假设包围区域为整个s左半平面，将幅角原理的包围的零极点个数之差转换为s左半平面开环极点与闭环极点个数之差，最终得到奈奎斯特稳定判据。

三 结束语

自动控制原理是电类等专业的专业基础课，高等数学和工程数学是大专院校各工科专业的重要基础课，也是自动控制原理课程的先修课程。本文主要探讨了自动控制原理课程中的数学问题、知识衔接问题以及相关教学方法。

参考文献

[1]姜文娟.《复变函数与积分变换》与《自动控制原理》课程的整合[J].教育教学论坛，2013（41）：212～213

[2]陈俊英.关于《工程数学》与《自动控制原理》课程知识之衔接[J].职业教育研究，2010（S1）

自动控制原理范文第7篇

【关键词】MATLAB 自动控制原理 计算与仿真

1 前言

传统的“自动控制原理”教学，是教师在黑板上对理论进行板书讲解，学生边听边做笔记，这种方法的优点是可以根据需要保留，便于学生前后对知识进行比较、联想、帮助理解，但是它的缺点也是显而易见，自动控制原理的图像较多，画图不但需要大量的时间，而且很难画的很精确，随着科技的日新月异，计算机的多媒体技术在教学中得到了广泛的应用，只要在计算机上安装MATLAB软件，可以随时实现计算与仿真。

2 问题的引入

在自动控制原理课程中，经常会遇到如下的计算求解，经常用到待定系数法、配方或者求极限等方法，想办法把它化为我们书上拉普拉斯变换表上的标准形式，从而求出时间域函数，求解的过程相对来说比较复杂，而且有的函数不易求解，对于比较复杂的问题可以用MATLAB来简化之。

3 MATLAB软件在自动控制原理中的求解

利用matlab软件求传递函数的脉冲响应

从以上的例题中我们可以看出，利用MATLAB软件嵌入到自动控制原理中求解，可以减少繁杂的计算。这样高职学生更加容易接受。

4 SIMULINK仿真在自动控制原理中的应用

MATLAB具有可靠丰富的运算、图形绘制、数据处理、图像处理和方便Wiindows编辑等功能，在教学过程中，将MATLAB语言嵌入到自动控制理论中应用，使得学生能把自动控制原理抽象内容（图形、模型的建立等）变得直观性，调动了学生的积极性和创造性，加深了学生对自动控制系统理论的理解，培养学生分析能力和综合能力，免于学生花费过多的时间在本课程的计算和作图上，这样使得学生对自动控制原理这门课不再谈虎色变。

例3：已知一个单位负反馈系统开环传递函数为

分别求出K=1和K=10时，系统单位阶跃响应曲线并求单位阶跃响应稳态误差。

首先利用劳斯判据判断闭环系统是否稳定，若稳定，才能求出稳态误差，不稳定，则无稳态误差，由已知条件是单位负反馈的开环传递函数，求闭环传递函数，从而求出它的特征方程。

通过对特征方程的求解，该系统是稳定的，我们则可以求解稳态误差。

首先要在SIMULINK新建的窗口建立模型，并按题目要求来设置仿真参数和运行，仿真之后，双击示波器Scope模块以显示系统的单位阶跃响应曲线，从示波器Scope的图形读出单位位阶跃响应稳态误差。如图1、2所示。

实验曲线表明，Ⅰ型单位反馈系统在单位阶跃输入作用下，稳态误差essr=0，即Ⅰ型单位反馈系统稳态时能完全跟踪阶跃输入，是一阶无静差系统。

5 结束语

传统的理论教学方法求解传递函数的脉冲响应、根轨迹图形以及稳态误差等这些问题计算非常的繁琐，本文针对这一基础上提出，将自动控制原理和MATLAB语言与应用俩门课程有机地结合起来，充分利用Simulink这一强大的仿真模块。通过在Simulink环境中，直接采用托放式操作，方便快捷地建立起直观的仿真模型，该方法必须要掌握MATLAB语言的编程，在MATLAB软件上操作起来比较简单，可以直观得到分析结果，对高职学生的数学基础知识要求比较低。

参考文献

[1]张燕红，郑仲桥.MATLAB在自动控制原理中的应用[J].常州工学院学报，2008，21（5）：34-37.

作者单位

自动控制原理范文第8篇

关键词：自动控制原理 教学体系 教学改革

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2015）12-0243-01

自动控制原理是自动化专业、测控技术及仪器专业、机械设计及其自动化专业等专业的专业基础课程。自动控制原理是一门理论与实践并重，工程性、综合性、方法性、实践性很强的课程。从优化课程设置总体的角度出发，为了恰当地解决好“基础与应用”、“理论与实践”、“重点内容与知识面”等矛盾，使自动控制原理系列课程内容体系具有系统性、科学性、先进性、实用性。我们对课程体系进行了改革，确立了以系统分析、系统建模、系统综合为自动控制原理课程的主线，构建了由时域分析、复域分析、频域分析、系统校正4个模块构成的知识体系。

对教学内容改革，以突出控制理论的物理概念及工程背景，淡化数学证明为原则，在现有的基础上，继续整合、优化课程内容，进一步明确课程体系结构、组织方式，理顺本课程和相关课程的知识联系，注重突出工业控制特色，体现控制理论在工业控制中的应用。通过讲座的形式向学生介绍自动控制发展的最新动向、最新技术，弥补课堂教学时数的限制与教材的滞后。

一、以系统建模、系统分析和综合设计为课程主线强调工程背景

自动控制原理是一门理论性、实践性和综合性强的课程，内容多，概念抽象，涉及面广，学生普遍感到有一定的难度。如何在有限的课时内让学生熟练掌握控制理论的基础原理，加强能力的培养，成为本课程改革的关键。我们团队的教学思路是：从课程的体系出发，以系统建模―系统分析―综合设计作为课程主线，强调工业控制背景，突出实际应用能力的培养。

数学模型是描述系统内部各物理量（或变量）之间关系的数学表达式，建立一个合理的模型是系统分析和设计的前提。在讲述这部分的内容时，注意选取有一定工程背景的系统，讲清楚模型参数的物理意义，使得学生正确理解实际模型与抽象数学模型的区别和联系。从不同的角度对系统进行建模，有助于学生加深对这方面内容的理解。例如对于自动化类专业的学生可用电机调速系统为例，通过建立它的微分方程、传递函数、结构图、信号流图这些不同的数学模型，来建立各模型的联系。

系统分析方法是控制系统综合设计的基础，这部分的内容主要包括时域法、根轨迹法、频域响应法，是控制理论教学的重点。在控制系统中，稳定性、快速性和准确性是对控制系统的基本要求，也是衡量系统性能的重要指标，控制系统不同的分析问题方法都是紧紧围绕这三个方面展开的。只要抓住这个特点，就抓住了系统分析的关键，有助于学生加深对不同方法的理解。系统设计是综合利用理论知识使系统的性能指标全面满足要求的过程，对培养学生的分析、综合能力及创新能力十分重要，也是教学的难点。我们的做法是：选取控制工程中的典型范例，突出工程背景，从实际控制系统中去了解系统的结构特征、工作原理和设计要求，拓宽学生的视野，激发他们的创新欲望。例如以工业控制中最常见的直流电机转速控制为例，要求学生应用系统辨识的方法求数学模型后，根据性能指标设计控制器，达到控制电机转速的目的。这些生动的工程实例大大激发了学生的兴趣，使学生感受到了控制理论的魅力，深刻理解了“学以致用”意义，在分析问题、解决问题的过程中，使课程的学习达到知识和能力两方面的目标。

二、结合控制理论的发展更新教学内容

近年来，控制理论得到了蓬勃发展，特别在非线性控制、分布参数控制、鲁棒控制、自适应控制、智能控制等方向上取得了重要进展。这就要求教师对本学科发展有一个较好的把握，注意处理好经典的基本理论和新技术的关系，从中选取一些比较符合课程要求的理论知识，在讲课过程中及时介绍给学生，以保持课程内容的先进性。例如每章结束后都会留出一定的时间，介绍本学科的发展动态，这种方法扩大了学生的知识面，培养了他们探索科学技术的兴趣，深受同学们的欢迎。

随着电力、电子、控制技术、通讯及信息技术等的不断发展，工业控制的自动化程度大大地提高。新一代大功率半导体电力电子器件，在材料、理论、机理、制造工艺和应用技术等方面的研究开发，取得了突破性的进展，过程控制设备进一步向高可靠、节能型方向发展;可编程序控制器和单片机已逐渐发展成为工业控制中的一种普遍控制方式。自动控制原理课程虽然是电专业的基础专业课程，但是一般学时安排也不十分充裕。要想在有限的时间内把这门理论性和工程应用性都很强的课程教好，必须针对不同专业合理组织教学内容。必须以课程教学大纲为依托，根据专业的特点和实际需要，重点讲授基本概念、基本原理和基本方法。另外，通过讲座的形式向学生介绍自动控制发展的最新动向、最新技术，弥补课堂教学时数的限制和教材的滞后，每届学生安排1-2次主题为“先进控制理论与应用”的讲座。

三、以培养高素质实践性人才为目标构建课程体系

自动控制原理课程理论性、实践性和综合性都很强，涉及到多学科的交叉，以培养高素质实践性人才为目标通过改革，建立新的自动控制课程体系。在教学过程中，把自动控制、计算机技术、电子技术和传感器技术有机地融为一体，使学生对控制系统的组成、分析、设计、综合等各个环节及系统概念有全面的理解，并通过一系列的实践环节，如综合实验和课程设计，培养学生的综合实践能力。自动控制系统综合解析图如图1所示。

图1 自动控制系统综合解析图

自动控制原理课程确立以系统建模、系统分析、系统综合（校正）为自动控制原理课程的主线，构建由时域分析、复域分析、频域分析为基础，连续系统、离散系统和非线性系统为对象的的知识体系。自动控制原理知识体系如图2所示。

图2 自动控制原理知识体系

理论教学主要任务是保证学生对基础理论的获取和形成良好的知识结构，而实践环节则是把培养学生的实验技能、设计能力和创新能力放在首位。根据不同专业学生的特点，我们把实验体系分为三个体系：基础性实验、设计性实验及综合性实验。实验内容也进行了改革，密切结合计算机应用和专业课程的特点，利用仿真语言MATLAB的强大功能，使学生在系统分析、设计、校正和调试能力方面有很大提高，调动了学生的积极性，锻炼了学生的能力。

四、结语

自动控制原理是控制类专业的一门基于实践的专业基础课，是广大学生学习专业知识的基础，我院越来越重视此类课程的教学改革，经过自动控制原理课程组全体教师多年的努力，积极开展了自动控制课程体系和教学内容改革，使得课程教学质量不断提升。

参考文献

[1]方晓柯，王建辉，郑艳等.《自动控制原理》教学改革的探索与实践[J].教育实践研究

2008.（11）：101-102.

[2]周武能，石红瑞.自动控制原理教学改革与实践[J].教学研究，2010，33（1）63-66.

[3]王焕然，徐颖秦.自动控制原理虚拟实验平台的设计与开发[J].电力系统及其自动化学报， 2010 ，22（4），157-160.

[4]徐颖秦，潘丰.自动控制原理立体化教学新体系的探索与实践[J] 电力系统及其自动化学报，2012，24（2），152-155

[5]赵晓华，孙亮等.高校精品课程建设的探索与实践[J].理工高教研究，2007，26 （5）： 91-93.

自动控制原理范文第9篇

关键词 自动控制原理 教学改革 中学数学 教学方法

中图分类号：G424 文献标识码：A

On the "Automatic Control Theory" Teaching Reform

WU Yuanyuan[1]， LI Qingbo[2]

（[1] School of Electric and Information Engineering， Zhengzhou University of Light Industry， Zhengzhou， He'nan 450002；

[2] College of Mathematics and Information Science， Zhengzhou University of Light Industry， Zhengzhou， He'nan 450002）

Abstract For students majoring in electrical and automation，《Automatic Control Theory》is a professional basic course with complex theory and formula， then it is difficult to teach and study. From the aspects of "Automatic Control Theory" course teaching reform， the reform of teaching contents， teaching methods and experiment are discussed in this paper.

Key words Automatic Control Theory； teaching； reform； junior mathematics； learning style； teaching methods

自动控制原理是电气及自动化类专业的专业基础课，是理论性和工程实践性较强的技术学科，是学习一些后续课程所必要的理论基础。对于学生来说，学好该课程，具有十分重要的意义。因此，对自动控制原理的教学问题进行探究，以取得好的教学效果是有十分必要的。

自动控制原理是一门多学科交叉的课程，它要求具备高等数学、电路等课程的基础，尤其要求扎实的数学基础。大量的数学推导，抽象且难以理解，而实验环节课时少，不能及时实验，造成理论脱离实际。此外，教学手段的单一也使得教学过程枯燥乏味，难以激发学生的学习兴趣和培养学生的创新能力。针对自动控制原理的课程特点以及各专业学生的反馈意见，通过在具体教学过程中通过不断更新课程内容，不断尝试新的教学理念和教学方法，在教学内容、教学方法以及实验环节等方面都进行了改革和探索，取得了较好的教学效果。

1 教学内容改革

1.1 选择教学内容，详略得当

自动控制原理课程包括经典控制理论的时域分析法、根轨迹法、频域分析法、系统校正、非线性系统分析和部分现代控制理论等内容，信息量非常大。如何在有限的课时要求下，选择适当的教学内容是课程教学改革的首要问题。

课程内容多，课时相对较少，那么就需要我们精选重点内容，并且可以弱化数学推导过程。例如时域分析部分，可以重点讲解一阶系统和二阶系统对于阶跃信号的响应分析，而对于其他典型信号的响应分析可以简单介绍其结论。这里提出的弱化数学推导过程要适度把握。有些方法和结论的证明，如稳定性代数和判据的证明等可以省略，侧重讲解判据的含义及应用。但有些内容，如拉普拉斯变换及性质等数学内容，要求学生必须熟练掌握，可以根据学生的程度适当讲解。

1.2 提炼教学内容，思路清晰

教学并不是简单机械地按照教材内容教给学生，而是需要提炼教学内容，加入自己的理解或是想法，要让整个教学内容思路清晰。自动控制原理中，不论前几章的连续系统还是后面的离散系统，内容都是循着基本概念―系统建模―系统分析―系统设计这样一条线来安排的。在讲解每一章节时，要提炼精髓。例如，系统数学模型这一章，时域（微分方程）、复域（传递函数）和频域数学模型（频率特性）以及相互转换关系可以用画图的方法表示，既精练又清晰，如图1所示：

图1

1.3 拓展教学内容，激发兴趣

对于大学生的课程教学，不能单单着眼于教材，要适当地把一些新技术、新方法以及新问题融合到教学中去，将课程教学内容的基础性和先进性、前沿性相结合。伴随着控制技术与计算机的发展与应用，新的控制理论、控制策略也越来越多，在讲授控制理论基本知识的基础上，简单介绍控制理论的前沿技术、发展趋势和热点问题，如鲁棒控制、最优控制、模糊控制和神经网络控制等控制理论新方法，从而提高学生的学习兴趣，拓展学生的知识面，启发学生的创新意识。

2 教学方法改革

2.1 重视板书教学方法，灵活组织课堂教学

随着教学条件的改善，越来越多的课程教学改革把多媒体教学当成了主要的教学手段，从而忽视了传统的板书教学。在大学课程教学中，有时黑板成了摆设，一节课上下来，黑板上没有一个字。课件一页一页翻过，学生想回头看看前面的内容很不方便，甚至听着后边的内容，前面讲的什么都忘记了。尤其自动控制原理内容多，信息量大，因而在课堂教学中，把每次教学内容的提纲以及重要概念名称板书下来，这样学生可以很容易地把握每节课的主要内容。

2.2 辅助多媒体以及Matlab仿真软件等现代化教学手段

传统的板书教学方式虽然对课堂教学有着不容忽视的作用，但是从信息量方面来说，教学效率偏低。因此，可以辅助多媒体等现代教学手段，节省了一些时间（如板书时间、画图时间等），充实了课堂教学内容。此外，利用Matlab仿真软件辅助教学，对系统进行时域分析、根轨迹分析、频域分析、系统校正等问题进行仿真，有助于提高学生的学习兴趣，加深学生对概念的理解。

3 实验环节改革

实验环节是自动控制原理课程教学的一个重要环节，而往往也是一个容易忽视的环节。对于实验环节，一般存在课时较少、实验设备老旧等客观问题。一个简单的实验，由于电路和线路老化，需要反复调试、检验，学生做实验的积极性得不到提高。另外学生所做的实验多为验证性或演示性实验，能让他们自己动手设计、实现的综合性实验不多，难以培养他们的实践创新能力。根据实验室现有条件，合理安排实验课的时间和内容，压缩验证性实验，增加演示性实验和综合性实验，以加深学生对理论知识的理解和掌握，激发学生的学习兴趣和热情，培养学生的动手能力和创新能力。

自动控制原理课程是电气及自动化类相关专业的一门重要的专业基础课，对学生后续课程有重要的作用。该课程的学习，有助于提高学生的分析能力、动手能力和创新意识，因此针对该课程教学中的问题，通过教学改革，提高教学质量是非常必要的。

参考文献

[1] 冯巧玲.自动控制原理（ 第二版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[2] 于冰.《自控原理》课程教学改革的探索与实践[J].宁波高等专科学校学报，2000（2）：88-91.

[3] 丁莉芬，郑安平，安小宇，姜素霞.“自动控制原理”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2012（13）：68-69.

自动控制原理范文第10篇

[关键词]自动控制原理；教学内容；考核方式

[中图分类号] H319 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）12-0148-03

自动控制原理是电气信息类，尤其是自动化专业高年级本科生的专业基础课。该课程既包含深入的理论知识，又密切联系实践，具有很强的实践性。这门课可以很好地指导学生的工程实践，为学生以后从事自动化相关专业打下良好的基础，还可以培养学生辩证的思维方法，提高学生综合分析和解决问题的能力。[1][2]因此，教好这门课具有重要的理论和实践意义。学校开设自动控制原理这门课已有多年历史，而笔者从事自动控制原理的教学工作3年有余，现就本校该门课程的教学特点及笔者几年的教学经验，提出几条浅薄建议。

一、教学内容的安排

自动控制原理的教材很多，我们主要使用胡寿松主编的《自动控制原理》第六版，一个学期48学时，其中理论40学时，实验8个学时。由于只有40个理论学时，课堂主要讲解第一章到第八章内容。

第一章和第二章是该课程的基础部分。通常讲解较慢，尤其是第二章控制系统的数学模型。第一章和第二章讲完，在学生对这门课程的理论体系、整本书的结构安排有了足够的了解后，再让学生做好相关数学知识的复习工作，后面章节虽然有难度，但学生理解起来也会相对轻松。前两章学生学好了，这门课就算入门了。

第三章是线性系统的时域分析法。本章是基础且重要的一章，但由于学生已经具备了一、二阶电路响应的知识，本章内容理解起来相对容易。几个重要的时域指标，调节时间、峰值时间、延迟时间、最大超调量等要求学生熟练记住。一、二阶系统较为直观，容易掌握，对于高阶系统没有固定的类似于一、二阶系统的解析方法，但可以利用Matlab软件来计算分析，要求学生掌握借助Matlab这一软件分析高阶系统时间域响应的方法。本章另一重点就是系统的代数稳定性判据，即劳斯判据。

第四章是根轨迹法。根轨迹可以直观地反映系统特征根的分布情况，但手工绘制精确根轨迹并非易事。本章主要要求学生掌握根轨迹的基本概念和绘制根轨迹的8条规则，以及如何利用Matlab来绘制根轨迹。

第五章是线性系统频域分析法。频域分析法主要通过Nyquist图、Bode图、Nichols曲线三种图形给出了线性系统频率特性的几何表示方法，同时给出了线性系统稳定的频率域判别方法。频率域方法较为直观，但Nyquist图画起来比较复杂，难以画得准确；对于一些具有典型特征的系统，如含有惯性环节的系统就较为容易；对于含有多种不同环节的系统则不太容易画出准确的图形。这部分内容仍然应要求学生掌握基本概念、基本方法，会用基本方法解决较为简单的题型。对于较为复杂的题型，则应掌握利用Matlab方法。Bode图相对Nyquist图能够较为准确地绘制，所以适合进行系统的分析与设计。一般介绍在Bode图上进行系统校正。Bode图上虽也可以进行系统稳定性分析且看起来简单，但对于稍微复杂的对象尤其是非最小相位系统来说比较复杂，学生难以准确掌握，这部分内容应该少讲。Nichols曲线虽容易分析系统闭环频率特性指标，但由于Nichols曲线的复杂性，现在应用较少，故自动控制原理中，Nichols曲线可不讲。

第六章是线性系统的校正方法。本章内容为经典控制理论的核心内容之一。这一章将涉及控制理论的具体应用。系统校正方法较多，但目前课上主要介绍基于Bode图的串联校正，其余方法基本不作介绍。在有限的学时内应重点介绍串联校正方法，包括超前校正、滞后校正、滞后超前校正。这三种串联校正实质上分别对应PI，PD和PID调节器，在讲授过程中要讲清楚它们之间的联系，以及各种校正方法的实现，它们各自所起的作用，何时该用何种校正方法。除此之外，应适当讲解实际工程例子，让学生切身体会到PID控制器在工程中的实际应用，也为学生后面从事控制理论研究打下良好的基础。

第七章是离散时间控制系统。实际的控制系统大部分属于离散时间控制系统。因此，离散时间控制系统这部分内容需要重点介绍。Z变换是处理本章内容的主要数学工具。讲清楚如何由Laplace变换得到Z变换，讲清楚二者之间的变换关系，便容易掌握Z变换。掌握了Z变换方法，再去讲解差分方程及其求解方法就会容易很多。离散系统虽自成体系，尤其自身的一套分析方法，但与连续系统之间的联系亦应适当介绍，这有助于学生利用已掌握的连续系统分析方法去相应地解决离散时间系统的相关问题。

第八章是非线性控制系统。在有限学时内，这部分内容主要介绍几种典型的非线性因素，以及描述函数法。由于相平面法较为复杂，对学生数学基础要求较高，这部分内容可供考研学生选学。

总之，在讲授自动控制原理这门课程时，内容上应不时地作适当的优化，应根据实际情况，对于不同的专业方向，根据其特点和要求，分别进行不同侧重点的内容安排。在学时允许的情况下，除了介绍基本概念和基本方法之外，还应结合习题、实物仿真和教师科研项目中的具体应用进行实际演练，使学生能够真正掌握本课程的实质和应用。

二、教学方法改革

由于知识体系的变化及学生知识结构变化，在讲授自动控制原理这门课时，教师的教学方法也应根据实际情况作适当调整，根据一些文献所述及笔者体会，可以尝试使用下面一些有别于传统的教学方式。

（一）项目式教学方法

这种方法虽早有文献报道，但实施起来有一定难度。对于现在学生的学习状况，也难保证效果。文献[3]中提到的项目式教学方法是基于工作过程的一种探究式教学方法，由教师将所要学习的新知识隐含在一个或几个基于工作过程为导向的项目之中，让学生通过自己对工作过程的项目进行分析、讨论、明确工作过程的项目大体涉及哪些知识，在教师的指导和帮助下找出解决问题的方法，最后通过项目的完成而实现对所学知识的应用。用项目对能力进行反复实训，课程教学实现一体化设计。如此，将实现与传统教学方法不同的三个转变，即以教师为中心转变为以学生为中心，从以课本为中心转变为以项目为中心，从以课堂为中心转变为以工作过程为中心。这种方法在实施过程中，对学生进行分组还可以培养学生的团队协作能力。在现在还是以考试为主要考核方式的情况下，这种方法可以作为一种辅助教学方法，在部分章节的教学中使用。比如，控制系统校正部分，这部分相对前面几章较难，可以给学生布置一个工程背景较强的综合应用题，让学生分组去完成。这样不仅可以调动学生的学习兴趣，还可以让学生把本课程核心内容掌握牢固。

（二）启发―引导式课堂教学

这种方法主要从如何激发学生学习兴趣，启发学生提出问题、思考问题，引导学生如何解决问题入手，让学生轻松愉快地掌握知识。[4]这样学生不仅不会觉得理论知识枯燥无味，还会变得热爱这门课程。比如，在讲解自动控制装置的时候，不同的教材有不同的例子。我们在讲解时选用的是炉温控制系统。自动控制系统的核心是反馈控制。如何让学生理解反馈的含义至关重要。我们先给出一幅人工控制炉温的图，让学生试着回答工作过程。然后，提出问题：如果将人所做的工作换成自动控制装置，需要如何设计这个装置？这个过程中可以提出反馈的机理。将自动控制炉温控制原理图给出来的时候，学生将自然明白反馈的基本原理。

（三）实验教学

自动控制原理是一门有一定理论深度，又注重实践的课程。实验教学是学好这门课程不可缺少的一种教学方法。这门课程实验主要包括在实验箱上对一些典型环节进行模拟和Matlab仿真两部分。目前本校实验主要是对基本原理的验证，即验证性实验。这类实验本身对学生不具有吸引力，加之实验设备容易损坏，经常不能顺利完成实验，明显不利于培养学生的设计、创新和工程实践能力。所以该门课程的实验教学需要改革。除了基础性验证实验之外，还应增加一些创新性实验内容。如模拟PID闭环温度控制系统的设计与实现、倒立摆的PID控制器设计与仿真、单回路液位自动控制系统设计与仿真等。另外，教师还可以指导学生上网查询相关文献，分组进行选择创新实验内容。这部分实验不仅可以培养学生的学习兴趣，也可以提高学生利用所学知识解决实际问题的能力。

Matlab软件作为新型编程语言和可视化工具，有着其他软件不能比拟的优势。近年来许多教材都增加了Matlab软件内容。教师在课时允许的情况下应尽量教会学生应用Matlab软件解决自动控制原理中的典型问题。

三、考核方式的改革

自动控制原理是一门理论联系实践较强的一门课程，考核方式也应该多样化，不能只有单一的期末理论考试。课程考核是教学的一个重要组成部分，采取什么样的考核方式对学生的学习积极性和最终成绩都将有直接的影响。[5][6]以往采取平时成绩占30%，期末考试占70%的考核方式，教学效果并不理想。改革后将采取平时成绩占15%、阶段考试占30%、期末考试占45%、实验占10%的考核方式。采取这种考核方式不仅能够考核学生对基本概念、基本理论及其应用的掌握程度，还能提高学生学习兴趣和积极性。此外，学生的动手能力也能够得到很好的提高。平时成绩主要包括作业和考勤。阶段考试分两次，每次总分50分，考试采取闭卷的形式，主要考查学生对基本概念和基本理论掌握程度。通过阶段考试，学生将能够记住相关的基础知识。期末考试将主要考核学生基本理论的应用能力，改革后试卷中加大了系统设计方面的比例。学院建有试题库，有20套试题。提高实验成绩比例，也有利于学生动手能力的提高，为学生今后从事自动化方面的研究工作打下良好的基础。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 吴晓蓓.“自动控制原理”课程讲授的几个要点[J].中国大学教学，2005（9）.

[2] 徐颖秦，潘丰.自动控制原理立体化教学新体系的探索与实践[J].电力系统及其自动化学报，2012（2）.

[3] 周树道，王敏.项目式教学在自动控制原理课程教学中的应用[J].大学教育，2014（16）.

[4] 余纯，季立贵，冯俊杰，韩文娟.“自动控制原理”课程教学研究与实践[J].考试周刊，2014（96）.

[5] 周勇.自动控制原理考核改革探讨[J].科技创新导报，2013（15）.