摘要：本文闡述了在“自動控制原理”教學中要強化概念，淡化計算，并就自動化專業(yè)如何上好“自動控制原理”進行了論述。 　　關鍵詞：自動化；控制系統(tǒng)；自動控制原理； 強化概念
　　中圖分類號：TP13文獻標識碼：A
　　
　　1 引言
　　
　　“自動控制原理”是研究自動控制共性規(guī)律的技術科學�？刂评碚撆c其它任何學科一樣，源于社會實踐和科學實踐。隨著社會生產(chǎn)和科學技術的迅猛發(fā)展，自動控制已形成了完整的理論體系，主要包括經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論，以及自20世紀80年代逐漸形成的大系統(tǒng)理論和智能控制理論�！白詣涌刂圃�理”是自動化類專業(yè)一門很重要理論基礎和技術課程。該課程的特點是：內容豐富、理論性強、涉及知識面廣、信息量大、而且比較抽象，是具有一定深度和學習難度的課程。本文主要討論如何在這門課程的教學過程中把抽象的理論具象化，如何提高大家的興趣，如何把這門課程與整個專業(yè)體系結合起來。
　　
　　2 上好《自動控制原理》第一課
　　
　　對于這門難度很高的課程，第一課一定要給予學生充分的感性認識，為基本概念的掌握打下好的基礎。只有掌握了基本的概念，學生才有進一步自我深化的可能。而同時感性認識的獲得的方法莫過于實際的例子。筆者為此設計了一些例子來進行教學，獲得了較好的效果�，F(xiàn)舉出常用的一個例子與大家共同探討。
　　如圖所示，這是一個水位自動控制系統(tǒng)。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　首先需讓同學們明白這個系統(tǒng)的控制過程。在教學實踐中發(fā)現(xiàn)，由于比較貼近生活，同學們對于這個系統(tǒng)的自動運行原理基本都能自發(fā)自然的理解，不需太多的引導。但當教師要同學們對他自己的理解進行表述時卻都不能準確完整的表達。因此在教學過程中要引導大家如何進行準確完整的表述。一般有以下這樣幾點需要表述出來。
　�。�1）系統(tǒng)的控制目標是什么？被控制量是什么？被控對象是哪個？擾動量有哪些？（被控對象和被控量不要混淆，要讓同學們分清楚，同時還要讓大家明白系統(tǒng)的概念）
　�。�2）什么元件實現(xiàn)對被控對象的驅動？這個元件就是執(zhí)行元件。
　　（3）哪個元件實現(xiàn)對被控量的測量？它就是檢測元件。它的信號是如何反饋的？
　�。�4）輸入量由哪個元件給定？反饋量如何與給定量進行比較？（一般要進行反饋量大于給定量和小于給定量的兩方面分析，在講解的時候要重點突出負反饋在自動控制系統(tǒng)中作用和地位）
　　（5）系統(tǒng)還有哪些元件給定？它們在系統(tǒng)中起什么作用？
　　通過這樣的引導，同學們基本能完整準確的表述。反復進行這樣的訓練，同學們從中可以得到這些學習效果：基礎概念不斷豐富深入認識理解，系統(tǒng)的縝密的思維不斷建立完善，語言表達能力得到提高。而且在分析的過程中，同學還能感覺到自動化原來并不是那么神秘，是可以學會，可以掌握的，從而提高大家學習興趣。
　　當然在實際教學中，不能僅舉上述一個例子，還需很多例子，如直流調速系統(tǒng)、位置隨動系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)（一般書上溫度控制最常見到）等等。例子越多，同學們感性認識越豐富，基礎概念理解越深入準確。當然這個學習的過程中，還應該適當?shù)牧粝驴瞻�，讓同學們解答，或者讓同學們寫出一些簡單控制系統(tǒng)的分析，作為大作業(yè)評講。
　　我們在分析自控過程時，要讓同學們領會到自動化專業(yè)課程體系的結構，知道每門課程的基本作用和地位。從而通過這門課程讓大家可以初步建立起本專業(yè)的知識框架，至于具體內容，當然需要每門課程的具體教學去完成了。
　　
　　3 對“自動控制原理”課，從實際控制系統(tǒng)入手進行教學，強調工程和物理概念
　　
　　“自動控制原理”是一門理論性較強的課程，涉及知識面廣，信息量大，所涉及的數(shù)學基礎較為廣泛，從微積分，復變函數(shù)，離散數(shù)學到矩陣理論。學生覺得難學，教師覺得難教。如果在教學過程中只注重一般的數(shù)學論證，缺乏工程和物理概念的闡述，學生學后不知用在哪里，如何運用。學生在課堂上忙于做筆記，課后忙于根據(jù)公式作大量的習題，考完試后，公式忘掉了，腦子里一片空白。這樣的學習效果為后續(xù)專業(yè)課程的學習、畢業(yè)設計以及就業(yè)工作等帶來許多問題。
　　任課教師必須有一個明確的認識，那就是設置本課程的教學目的并不在于使學生僅僅多學一些知識，而是通過該課程的學習，在學生頭腦中形成一種穩(wěn)固的思想，并使他們自己學會找出與本專業(yè)的實踐結合點，培養(yǎng)一種對知識應用和創(chuàng)造的能力。在教學過程中一定要重點講述基本概念、基本原理和基本方法。
　　通過典型示例，引出控制、自動控制，反饋等基本概念。例如，通過人騎自行車這樣一個最簡單的例子，引出控制系統(tǒng)的基本構成，通過人的控制將不穩(wěn)定的被控對象通過反饋控制變成穩(wěn)定，并且可實現(xiàn)跟蹤控制，進而引出機器人控制這個熱點的控制問題。根據(jù)換熱器的溫度控制，讓同學們明確閉環(huán)控制的首要目的是為了克服不確定性因素，如對象本身的不確定性以及不確定性的干擾等。在關于穩(wěn)定性的教學中，還要明確反饋可能會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)設計首先必須滿足的基本要求。通過系統(tǒng)傳遞函數(shù)分析的關于系統(tǒng)的穩(wěn)定性是有界輸入/有界輸出（BI/BO）穩(wěn)定性，因傳遞函數(shù)本身就是關于系統(tǒng)的輸入輸出描述。通過這些典型示例，使學生們對學習本課程的任務有一個感性認識，明確自動控原理課程的主要內容就是采用時域、根軌跡、頻域等各種方法分析控制系統(tǒng)的性能，并根據(jù)要求的系統(tǒng)性能指標，進行控制系統(tǒng)的設計校正。在掌握了這些基本概念后，學生的學習就有了明確的目的性。為了定量分析自動控制系統(tǒng)的性能，需用數(shù)學模型描述實際的物理系統(tǒng)，引出傳遞函數(shù)的概念。傳遞函數(shù)是控制理論中很重要的一個概念，不僅要讓學生掌握它是在零初始條件下輸入輸出變量的拉氏變換之比，更要明確它表示的是輸入輸出的變化量之比。還可把它引伸為一個算子，實現(xiàn)從輸入到輸出的一個變換。同時還要明確傳遞函數(shù)只能描述元件或系統(tǒng)輸入輸出特性，即端部特性，而不能描述其內部狀態(tài)。通過傳遞函數(shù)的引入，可建立控制系統(tǒng)的方框圖。整個經(jīng)典控制理論都是以傳遞函數(shù)為核心，圍繞著系統(tǒng)方框圖進行分析和設計。通過強化物理概念，使學生們看到的不僅是一個個方框圖、傳遞函數(shù)，更要看到方框圖背后所代表的物理系統(tǒng)，這樣在進行分析和設計時就有了明確的物理概念。
　　在知識的傳授中，注重控制思想和工程背景。本課程的設置目的不僅是對這門學科知識的掌握，更重要的是在各行業(yè)中的具體工程應用。因此在教學的全部過程中必須注重課程在工程的具體情況，并將工程的分析、設計實現(xiàn)方法滲入課程的教學中，如PID參數(shù)的整定及工程整定等。還應向學生介紹控制理論的前沿和熱點，并結合教師的科研介紹在工程中的應用，以此使學生學會尋找各行業(yè)與控制理論的結合點，并去開創(chuàng)新的結合點，從而培養(yǎng)學生應用知識的能力和創(chuàng)新的能力。
　　
　　4 注重“自動控制原理”與“信號與系統(tǒng)”有機結合，拓寬學生的知識面
　　
　　自動化專業(yè)開設的“自動控制原理”和“信號與系統(tǒng)”兩門課，都是作為專業(yè)基礎課開設，兩門課程在內容上存在一定的重復。將兩門課的內容有機的結合在一起，做到一加一等于二，甚至大于二�！靶盘柵c系統(tǒng)”和“自動控制原理”是不同性質的專業(yè)基礎課，雖然在內容上存在重復，但在思想體系及出發(fā)點上不同。 “信號與系統(tǒng)”偏重于弱信號的處理與傳輸，為通信系統(tǒng)的學習做準備。而“自動控制原理”則側重系統(tǒng)的應用。因此在“自動控制原理”的教學過程中，注重對基本概念、基本理論和基本方法的闡述，使學生等到一定的工程應用概念。在選用例子時，盡量選用實際控制系統(tǒng)的例子，這樣能夠使學生在很少的時間內理解一般系統(tǒng)的控制規(guī)律，掌握控制系統(tǒng)的有關概念。而在講述數(shù)學模型中的信號流圖，采樣系統(tǒng)中的z變換和差分方程的求解等內容時，由于這部分內容與“信號與系統(tǒng)”中的部分內容相重復，就可簡單講解。在“自動控制原理”中不重點講述的脈沖響應函數(shù)和卷積的概念，而在“信號與系統(tǒng)”中作為重點進行闡述，這樣可以拓寬學生的知識面，為第三學年學生選專業(yè)奠定了基礎。
　　在自動化專業(yè)，同時開設“自動控制原理”和“信號與系統(tǒng)”兩門課的時間還不長，在教學過程中會暴露出許多問題，如何在教學內容上統(tǒng)籌安排，使學生在有限的學時內獲得更多的知識，仍需在今后的教學實踐中不斷探討。
　　
　　參考文獻
　　[1]羅冀， 程桂芬等. 控制工程與信號處理[M]. 北京： 化學工業(yè)出版社，2004.
　　[2]鄢景華. 自動控制理論[M]. 哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學出版社，2000.
　　[3]胡壽松. 自動控制原理（第四版）[M]. 北京： 科學出版社，2002.
　　[4]鄭君里，應啟珩等.信號與系統(tǒng) （第二版）[M]. 北京： 高等教育出版社，2000.
　　[5]吳大正.信號與線性系統(tǒng)分析 （第三版）[M]. 北京： 高等教育出版社，2000.

相關熱詞搜索：自動控制 探討 自動化 自動化專業(yè)自動控制原理的教學探討 自動控制原理第二版 自動控制原理胡壽松