時(shí)間：2022-05-15 16:18:26
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇控制理論與控制工程，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：控制理論；控制工程；發(fā)展與應(yīng)用
二十世紀(jì)產(chǎn)生的相對(duì)論、量子論和控制論并稱(chēng)為三項(xiàng)科學(xué)革命，是人類(lèi)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)客觀世界的重要理論。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，控制理論與控制工程不僅涉及到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等傳統(tǒng)領(lǐng)域，而且逐步滲透到生物、信息、通訊等新興領(lǐng)域。因此，把控制理論與控制工程有效的應(yīng)用到更多的問(wèn)題解決中，已成為相關(guān)科研人員進(jìn)行問(wèn)題解決的關(guān)鍵手段。
1 控制理論與控制工程的發(fā)展
1.1 控制理論的產(chǎn)生
控制理論作為一門(mén)應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，其產(chǎn)生可以追溯到十八世紀(jì)中葉英國(guó)的第一次技術(shù)革命中。瓦特于1765年發(fā)明蒸汽機(jī)后，把離心式飛錘調(diào)速器原理應(yīng)用到蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制中，標(biāo)志著以蒸汽為原動(dòng)力的機(jī)械化時(shí)代到來(lái)。之后工程界把控制理論應(yīng)用于調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題的研究上來(lái)。
隨著通訊和技術(shù)處理技術(shù)的快速發(fā)展，電氣工程師們研究出了以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的頻域響應(yīng)分析法，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室工程師奈奎斯特于1932年發(fā)表的《反饋放大器穩(wěn)定性》一文中，提出系統(tǒng)穩(wěn)定性奈奎斯特判據(jù)，后來(lái)被推廣到條件穩(wěn)定性和開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定研究上?？刂苿?chuàng)始人維納在總結(jié)前人的成果基礎(chǔ)上，寫(xiě)成《控制論――或關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)》一文，奠定了控制理論基礎(chǔ)。
1.2 控制理論與控制工程的發(fā)展
第一階段：二十世紀(jì)40～60年代，即古典控制理論時(shí)期。這一時(shí)期，主要是對(duì)單輸入單輸出問(wèn)題進(jìn)行解決，而解決這些問(wèn)題所運(yùn)用到的方法主要有傳遞函數(shù)、根軌跡、頻率特性等，且大多數(shù)研究的是是線性定常系統(tǒng)，而對(duì)非線性系統(tǒng)研究使用的相平面法變量不超過(guò)兩個(gè)，該控制理論能有效的解決生產(chǎn)過(guò)程中的單輸入單輸出問(wèn)題。其代表有1945年伯德提出的伯德圖法等。
第二階段：二十世紀(jì)60～70年代，即現(xiàn)代控制理論時(shí)期。這一時(shí)期隨著空間技術(shù)的發(fā)展，控制理論逐漸向高性能方向發(fā)展，主要是對(duì)相對(duì)復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行解決。充分使用數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)控制，這一過(guò)程中出現(xiàn)的非線性、時(shí)變、多輸出多輸入等相對(duì)比較復(fù)雜的系統(tǒng)控制問(wèn)題已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了古典控制理論的范圍，為此提出了最優(yōu)控制方法，隨后又產(chǎn)生自適應(yīng)控制系統(tǒng)，使現(xiàn)代控制理論提出并不斷完善。其代表有1961年龐特里亞金的極大值原理。
第三階段：二十世紀(jì)70年代至今，主要是大系統(tǒng)理論和智能控制時(shí)期。大系統(tǒng)理論主要是對(duì)控制理論廣度的拓展，利用控制和信息的觀點(diǎn)，對(duì)各種大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)、方案等技術(shù)理論進(jìn)行研究；智能化控制主要是對(duì)控制理論深度的開(kāi)掘，對(duì)人類(lèi)智能活動(dòng)和信息傳遞控制規(guī)律等進(jìn)行研究，并研制出仿人智能的工程控制和信息處理系統(tǒng)，其代表就是智能機(jī)器人的發(fā)明。
2 控制理論與控制工程的應(yīng)用
2.1 控制理論不只是一門(mén)學(xué)科，是哲學(xué)，是世界觀，是方法論
二十一世紀(jì)比較流行的是3C技術(shù)，即計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)，且計(jì)算機(jī)技術(shù)是中心，通信技術(shù)是關(guān)鍵，控制技術(shù)是根本，所以控制學(xué)科已發(fā)展成為一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科。而且控制理論和控制工程中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)穩(wěn)定、系統(tǒng)智能、系統(tǒng)反饋等理論思想除了在自然科學(xué)各領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用外，還滲透到人文科學(xué)中。所以有專(zhuān)家認(rèn)為控制理論已不單純只是一門(mén)學(xué)科，而是發(fā)展成為哲學(xué)、世界觀和方法論。
控制理論和控制工程具有基本概念的普適性和獨(dú)特性等特點(diǎn)，且在其應(yīng)用中的關(guān)鍵與核心主要是兩個(gè)概念：
第一，系統(tǒng)概念。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，系統(tǒng)問(wèn)題已成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)，特別是社會(huì)中的復(fù)雜系統(tǒng)及科學(xué)課題，這是控制理論發(fā)展和完善的必然趨勢(shì)，控制理論和控制工程除了要進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究外，更要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行調(diào)控。
第二，反饋概念。這一概念是控制理論的核心，是區(qū)別于其他學(xué)科及理論應(yīng)用的根本。反饋可以讓控制系統(tǒng)盡可能的具備人類(lèi)智能的特點(diǎn)，可以對(duì)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)等不確定因素進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)整，提高工作效率。
2.2 “一種控制，兩種研究方法，三種系統(tǒng)”的應(yīng)用
⑴“一種控制”，即最優(yōu)控制。最優(yōu)控制是控制理論和控制工程應(yīng)用的核心內(nèi)容，主要就是在滿足一定的約束條件基礎(chǔ)上，選擇最優(yōu)控制策略，使性能指標(biāo)極大化或者極小化，讓系統(tǒng)控制通過(guò)基本條件及綜合方法（就是受控的運(yùn)動(dòng)過(guò)程或動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)）取得最優(yōu)化效果。
⑵“兩種研究方法”，即PDI控制器和Kalman濾波器。PDI控制器和Kalman濾波器作為控制理論與控制工程的典型研究方法，在實(shí)際系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。這兩種方法不僅可以應(yīng)用于線性模型，而且還可以應(yīng)用到很多非線性系統(tǒng)的證明中。
⑶“三種系統(tǒng)”，即開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和符合控制系統(tǒng)。根據(jù)不同的具體應(yīng)用使用不同的系統(tǒng)。比如說(shuō)水槽內(nèi)水位的控制和電加熱器中的溫度控制，主要利用的是自動(dòng)控制和閉環(huán)系統(tǒng)。
[參考文獻(xiàn)]
關(guān)鍵詞： 機(jī)械控制工程基礎(chǔ) 記憶導(dǎo)圖 MATLAB
控制論的觀點(diǎn)和思維方法向機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)滲透，給機(jī)械工程這個(gè)古老的專(zhuān)業(yè)注入了新的活力?！稒C(jī)械控制工程基礎(chǔ)》作為機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，課程的教學(xué)內(nèi)容逐漸擴(kuò)展，開(kāi)始從純粹的經(jīng)典控制理論教學(xué)擴(kuò)展到包括現(xiàn)代控制和數(shù)字控制的基本知識(shí)等內(nèi)容。
在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中，信息論、控制論與系統(tǒng)論這“三論”起著極為重要的作用，而“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”同這“三論”所涉及的三個(gè)學(xué)科緊密相連，甚至可以說(shuō)，“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”就是這“三論”在機(jī)械工程中的典型體現(xiàn)?！皺C(jī)械控制工程基礎(chǔ)”作為數(shù)理基礎(chǔ)課程與專(zhuān)業(yè)課程之間的一道橋梁，是以上“三論”在機(jī)械工程技術(shù)中的具體應(yīng)用和體現(xiàn)。它不僅是一門(mén)重要的學(xué)科，而且是一門(mén)重要的方法論，在機(jī)械類(lèi)高素質(zhì)人才的培養(yǎng)中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。
《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》是建立在經(jīng)典控制理論基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械工程的控制理論應(yīng)用。課程內(nèi)容比較抽象難懂，尤其是課程中的許多章節(jié)的內(nèi)容，需要通過(guò)復(fù)雜的計(jì)算和作圖才能理解有關(guān)概念和原理，教學(xué)質(zhì)量難以提高。
鑒于此，為進(jìn)一步增強(qiáng)《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》的教學(xué)效果，我除了精心設(shè)計(jì)、準(zhǔn)備教案，采用啟發(fā)式教育，進(jìn)行課堂練習(xí)與討論外，還從以下幾個(gè)方面做出了努力。
1.上好緒論課，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望
“興趣是最好的老師”。由此可見(jiàn)學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)在教學(xué)中的作用之大。實(shí)踐也證明：當(dāng)學(xué)生對(duì)某一知識(shí)產(chǎn)生興趣時(shí)，他們就會(huì)積極主動(dòng)地探究，學(xué)習(xí)效果尤佳。為此，在上緒論時(shí)，要舉大量的控制實(shí)例，從古代的沙斗計(jì)時(shí)，到近代的蒸汽機(jī)，再到現(xiàn)代的導(dǎo)彈飛船。從日常的抽水馬桶，到人員交往的察言觀色，無(wú)一不體現(xiàn)控制的思想和作用。列舉大量的事例，一般能較好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
2.運(yùn)用記憶導(dǎo)圖，加深學(xué)生記憶與理解
在記憶學(xué)中有一個(gè)加強(qiáng)記憶的辦法，就是將復(fù)雜的知識(shí)形成一個(gè)圖形，亦即所謂的記憶導(dǎo)圖，這將有助于人們對(duì)事情的理解和記憶。為此特將機(jī)械控制工程基礎(chǔ)的相關(guān)知識(shí)制成了圖1所示的記憶導(dǎo)圖。
在機(jī)械控制工程基礎(chǔ)課程中，主要就是圍繞著輸入、系統(tǒng)模型和輸出這三要素來(lái)講的。在緒論中就要說(shuō)明這一點(diǎn)，讓學(xué)生有一個(gè)總體印象。然后分開(kāi)來(lái)一點(diǎn)點(diǎn)地講，在講局部時(shí)也要不時(shí)插入圖1這個(gè)記憶圖。這種從總體到局部，再?gòu)木植康娇傮w的方法，非常有助于學(xué)生建立控制的整體概念。
3.采用MATLAB這一成熟的工程軟件，建立概念的直觀形象
MATLAB的名稱(chēng)源自Matrix Laboratory，它是一種科學(xué)計(jì)算軟件，專(zhuān)門(mén)以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。MATLAB將高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作。利用MATLAB產(chǎn)品的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，還可以非常容易地對(duì)MATLAB的功能進(jìn)行擴(kuò)充。
控制系統(tǒng)工具箱是MATLAB軟件包中專(zhuān)門(mén)針對(duì)控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的函數(shù)和工具的集合，主要用于反饋控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和仿真，所涉及的領(lǐng)域涵蓋經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的大部分內(nèi)容，包括根軌跡、極點(diǎn)設(shè)置和線性二次最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)等?？刂葡到y(tǒng)工具箱既可適用于連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)，又適用于離散時(shí)間系統(tǒng)，并且可以實(shí)現(xiàn)不同模型之間的相互轉(zhuǎn)換。用戶還能夠輕松地繪制系統(tǒng)的時(shí)域或頻域響應(yīng)和開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的根軌跡圖。MATLAB自身提供的開(kāi)放式環(huán)境，可以讓用戶通過(guò)M文件建立自己的控制模型和控制算法。
我在充分應(yīng)用MATLAB的計(jì)算功能、繪圖功能之外，還應(yīng)用Simulink的仿真功能來(lái)破解一些抽象的知識(shí)點(diǎn)。比如在講解閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作是依據(jù)偏差工作，最后消除偏差。但學(xué)生對(duì)此總感覺(jué)困惑。這主要是因?yàn)樾盘?hào)流向如電一樣，真實(shí)存在，但看不見(jiàn)。此時(shí)Simulink中的虛擬示波器就發(fā)揮作用了。如圖2所示的典型負(fù)反饋系統(tǒng)，其輸入信號(hào)、偏差信號(hào)和輸出信號(hào)均用一個(gè)示波器顯示出來(lái)。用此示波器來(lái)展現(xiàn)輸入信號(hào)、偏差信號(hào)和輸出信號(hào)這三種信號(hào)變化，學(xué)生就很容易看懂負(fù)反饋的原理。
4.結(jié)語(yǔ)
在機(jī)械控制工程基礎(chǔ)的教學(xué)中，除了要精心設(shè)計(jì)、準(zhǔn)備教案，采用啟發(fā)式教育，進(jìn)行課堂練習(xí)與討論外，還要積極引入一些新的理論及方法，從而更好地提升教學(xué)效率和質(zhì)量。
致謝：感謝江西省教育廳對(duì)機(jī)械控制工程基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革的支持（教改課題編號(hào)JXJG-09-5-32）。
參考文獻(xiàn)：
［1］楊叔子，楊克沖等.機(jī)械工程控制工程基礎(chǔ).武漢：華中科技大學(xué)出版社，2005.
［2］Kenneth L.Higbee著.董凌鋒譯.聰明記憶王.天津：天津教育出版社，2009.
［3］Vera F.Birkenbihl著.劉勇強(qiáng)，曾巖譯.記憶導(dǎo)圖.北京：東方出版社，2010.
關(guān)鍵詞：控制；自動(dòng)化；教學(xué)方法；改革
中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）12-0142-02
一、目的
控制工程基礎(chǔ)是電子信息工程專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課，是從事控制類(lèi)研究的基礎(chǔ)，具有知識(shí)點(diǎn)多和理論性強(qiáng)的特點(diǎn)[1]。由于是專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，教學(xué)內(nèi)容相對(duì)穩(wěn)定，以往的教學(xué)模式往往注重理論性和內(nèi)容的系統(tǒng)性，導(dǎo)致該課程理論與實(shí)踐相脫節(jié)，教學(xué)內(nèi)容也受到所選教材的局限而更新緩慢，進(jìn)而產(chǎn)生教學(xué)內(nèi)容單一化、學(xué)生學(xué)習(xí)吃力、教師講解費(fèi)力等問(wèn)題。
本文在總結(jié)已往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，注重引入一系列新的方法和手段，同時(shí)教學(xué)內(nèi)容要兼顧學(xué)校的行業(yè)特色，充分考慮煤炭行業(yè)對(duì)電子信息工程專(zhuān)業(yè)中自動(dòng)控制技術(shù)的需求，與實(shí)際問(wèn)題結(jié)合進(jìn)行講授，盡量做到深入淺出，注重培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用控制理論解決控制工程問(wèn)題的能力。
二、教學(xué)改革創(chuàng)新方法
1.教學(xué)內(nèi)容改革。《控制工程基礎(chǔ)》課程是一門(mén)理論與實(shí)踐并重，工程性、綜合性、方法性、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。從優(yōu)化課程設(shè)置總體的角度出發(fā)，對(duì)課程體系進(jìn)行改革，確立了以系統(tǒng)分析、系統(tǒng)建模、系統(tǒng)綜合為控制工程基礎(chǔ)課程的主線，構(gòu)建了由時(shí)域分析、復(fù)域分析、頻域分析、系統(tǒng)校正4個(gè)模塊構(gòu)成的知識(shí)體系。
對(duì)教學(xué)內(nèi)容改革，以突出控制理論的物理概念及工程背景，淡化數(shù)學(xué)證明為原則，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，繼續(xù)整合、優(yōu)化課程內(nèi)容，進(jìn)一步明確課程體系結(jié)構(gòu)、組織方式，理順本課程和相關(guān)課程的知識(shí)聯(lián)系；進(jìn)一步完善課程教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)大綱，使教學(xué)內(nèi)容能夠?yàn)榕囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力服務(wù)。
在教學(xué)內(nèi)容上，注意突出煤炭行業(yè)特色，體現(xiàn)控制理論在煤炭行業(yè)中的應(yīng)用。通過(guò)講座的形式向?qū)W生介紹自動(dòng)控制發(fā)展的最新動(dòng)向、最新技術(shù)，彌補(bǔ)在課堂教學(xué)時(shí)數(shù)的限制與教材的滯后等方面的不足。
（1）以系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析和綜合設(shè)計(jì)為課程主線，強(qiáng)調(diào)工程背景?？刂乒こ袒A(chǔ)是一門(mén)理論性、實(shí)踐性和綜合性強(qiáng)的課程，內(nèi)容多，概念抽象，涉及面廣，學(xué)生普遍感到有一定的難度。采用的教學(xué)思路是：從課程的體系出發(fā)，以系統(tǒng)建模系統(tǒng)分析綜合設(shè)計(jì)作為課程主線，強(qiáng)調(diào)煤炭工程背景，突出能力的培養(yǎng)。數(shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)內(nèi)部各物理量（或變量）之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，建立一個(gè)合理的模型是系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的前提。系統(tǒng)分析方法是控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，這部分的內(nèi)容主要包括時(shí)域分析法、根軌跡法、頻域響應(yīng)法，是控制理論教學(xué)的重點(diǎn)[2，3]。系統(tǒng)設(shè)計(jì)是綜合利用理論知識(shí)使系統(tǒng)的性能指標(biāo)全面滿足要求的過(guò)程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的分析、綜合能力及創(chuàng)新能力十分重要，也是教學(xué)的難點(diǎn)。只要抓住這些特點(diǎn)，就抓住了系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，有助于學(xué)生加深對(duì)不同方法的理解。
（2）結(jié)合控制理論的發(fā)展更新教學(xué)內(nèi)容。近年來(lái)，控制理論得到了蓬勃發(fā)展，特別在非線性控制、分布參數(shù)控制、魯棒控制、自適應(yīng)控制、智能控制等方向上取得了重要進(jìn)展[4]。這就要求教師對(duì)本學(xué)科發(fā)展有一個(gè)較好的把握，注意處理好經(jīng)典的基本理論和新技術(shù)的關(guān)系，從中選取一些比較符合課程要求的理論知識(shí)，在講課過(guò)程中及時(shí)介紹給學(xué)生，以保持課程內(nèi)容的先進(jìn)性。近幾年來(lái)，隨著電力、電子、控制技術(shù)、通訊及信息技術(shù)等的不斷發(fā)展及其在煤礦上的廣泛應(yīng)用，煤炭行業(yè)的電子信息與自動(dòng)化程度大大地提高，因此教師應(yīng)結(jié)合煤炭類(lèi)電子信息的發(fā)展講授。另外，可通過(guò)講座的形式向?qū)W生介紹自動(dòng)控制發(fā)展的最新動(dòng)向、最新技術(shù)，彌補(bǔ)在課堂教學(xué)時(shí)數(shù)的限制和教材的滯后等方面的不足。
2.采用有效的教學(xué)方法和手段。
（1）采用啟發(fā)式教學(xué)方法。對(duì)于控制工程基礎(chǔ)課程，充分運(yùn)用了啟發(fā)式教學(xué)方法，注意突出教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題，盡量結(jié)合專(zhuān)業(yè)實(shí)例。還可采用課堂問(wèn)答和課堂討論的方式，以及在教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)換時(shí)適當(dāng)留一些懸念，讓學(xué)生通過(guò)思考和討論自己解決問(wèn)題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。
（2）傳統(tǒng)教學(xué)方式和現(xiàn)代化教學(xué)手段結(jié)合。控制工程基礎(chǔ)課程由于公式多、繪圖量大且準(zhǔn)確度要求高，很多內(nèi)容非常適合多媒體授課方式[5]。但是，采用多媒體教學(xué)方式會(huì)使學(xué)生來(lái)不及做筆記，并且也減少了教師和學(xué)生的課堂交流。采用的方法是將傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)方式和現(xiàn)代化的多媒體相結(jié)合，對(duì)于存在大量圖表、公式和曲線的教學(xué)內(nèi)容，采用多媒體授課方式?；贛ATLAB軟件輔助課堂教學(xué)，把MATLAB作為一種基本工具與教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，利用MATLAB可以快捷的得到理想的結(jié)果和直觀的曲線圖，教學(xué)效果和效率均有明顯提高。
（3）采取答疑質(zhì)疑相結(jié)合的輔導(dǎo)方式。答疑和質(zhì)疑是教師輔導(dǎo)學(xué)生自學(xué)的兩種重要形式。電子信息工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)控制工程基礎(chǔ)課程過(guò)程中，大多數(shù)對(duì)課程的掌握能力較差，或跟不上教師的講課進(jìn)度，平時(shí)主動(dòng)找老師答疑的情況較少。可以采用答疑質(zhì)疑相結(jié)合的輔導(dǎo)方式，以主動(dòng)質(zhì)疑為主，給學(xué)生一定的壓力，起到督促學(xué)生學(xué)習(xí)的作用。對(duì)于學(xué)生存在的共性問(wèn)題，采取集體輔導(dǎo)的形式統(tǒng)一解答或進(jìn)行專(zhuān)門(mén)討論。
（4）其他教改舉措及方法。①利用典型示例、啟發(fā)式的課堂教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；結(jié)合科研實(shí)踐和專(zhuān)業(yè)發(fā)展講授課本內(nèi)容。書(shū)本上的知識(shí)同實(shí)際應(yīng)用是有一些差距的，結(jié)合科研實(shí)踐講解比單純依賴書(shū)本傳授知識(shí)，更容易打開(kāi)學(xué)生的思路，激發(fā)的創(chuàng)造性思維。②實(shí)施靈活的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，因材施教，對(duì)基礎(chǔ)較差、能力較弱同學(xué)給定實(shí)驗(yàn)題目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生鼓勵(lì)他們自己開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)。為學(xué)生開(kāi)辟第二課堂，利用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)基地，結(jié)合“挑戰(zhàn)杯”、全國(guó)大學(xué)生機(jī)器人比賽等活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。③采用豐富多彩的教學(xué)方式，對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行組織，如通過(guò)控制系統(tǒng)建模比賽提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)綜合能力，通過(guò)參觀工廠體驗(yàn)實(shí)際的工業(yè)控制系統(tǒng)，等等。
3.實(shí)踐教學(xué)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)。實(shí)踐教學(xué)是工科院校重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。應(yīng)有計(jì)劃的修訂實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)大綱，將模擬實(shí)驗(yàn)與數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，采用MATLAB語(yǔ)言作為控制系統(tǒng)的仿真平臺(tái)，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加具有設(shè)計(jì)性、綜合性以及創(chuàng)新性的項(xiàng)目，提高實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量，提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。
（1）課內(nèi)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)改革?？刂乒こ袒A(chǔ)課程不但有獨(dú)立的理論和方法，而且有相當(dāng)強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性。因此，在課內(nèi)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置上應(yīng)充分發(fā)揮學(xué)生的優(yōu)勢(shì)，緊密結(jié)合專(zhuān)業(yè)，以實(shí)際應(yīng)用為主，減少驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增大設(shè)計(jì)性、綜合性和研究性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；在每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，都增加一些加寬、加深的內(nèi)容，以使那些基礎(chǔ)好、動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生學(xué)到更多知識(shí)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法上，重點(diǎn)是實(shí)行開(kāi)放式教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中主要以學(xué)生為主，教師則主要是檢查和指導(dǎo)。同時(shí)，在特定的時(shí)間實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生開(kāi)放。
在課程設(shè)計(jì)方面，首先將MATLAB仿真語(yǔ)言貫穿控制類(lèi)課程設(shè)計(jì)體系整過(guò)程，跟蹤國(guó)際與國(guó)內(nèi)重點(diǎn)大學(xué)的主流教學(xué)體系；其次結(jié)合新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，重點(diǎn)加強(qiáng)了綜合性、設(shè)計(jì)性項(xiàng)目的開(kāi)出，提高綜合性設(shè)計(jì)項(xiàng)目的比例；最后，結(jié)合新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)體系與內(nèi)容，實(shí)施更加開(kāi)放式的教學(xué)，從而更加突出對(duì)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。
（2）創(chuàng)新能力培養(yǎng)。在學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面，主要采取兩方面的措施：第一建立大學(xué)生科技活動(dòng)中心，指導(dǎo)學(xué)生參加各種大學(xué)生科技競(jìng)賽，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。第二建立大學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)基地，體現(xiàn)煤炭行業(yè)的自動(dòng)化特色，突出控制理論在煤礦自動(dòng)化中的應(yīng)用。
三、取得的成果
我院在采用新的教學(xué)方法進(jìn)行課程建設(shè)的過(guò)程中，取得了一些建設(shè)性成果，如形成了一支結(jié)構(gòu)層次合理、具有較高學(xué)術(shù)水平和教學(xué)水平的師資隊(duì)伍，青年教師的培養(yǎng)取得了一定的成效。教材建設(shè)取得了一定成果，出版校內(nèi)自編教材1部。教學(xué)改革與教學(xué)研究取得了一定成果，承擔(dān)與課程相關(guān)的校教改研究項(xiàng)目1項(xiàng)。教學(xué)方法和教學(xué)手段改革取得良好成績(jī)，獲校多媒體課件大賽優(yōu)秀獎(jiǎng)。建立了較完善的網(wǎng)絡(luò)交互系統(tǒng)。大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)取得一定的成果，在挑戰(zhàn)杯、機(jī)器人大賽等大學(xué)生科技活動(dòng)競(jìng)賽中多次獲獎(jiǎng)。
四、結(jié)論
本文結(jié)合自動(dòng)化國(guó)家特色專(zhuān)業(yè)建設(shè)，以煤礦自動(dòng)化為主要特色，通過(guò)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)改革等教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室、建立大學(xué)生創(chuàng)新基地、充分利用特色專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室等條件和手段，加強(qiáng)課程教學(xué)的煤炭行業(yè)特色，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。通過(guò)編寫(xiě)特色教材、建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、采用多種現(xiàn)代教學(xué)手段，結(jié)合教材和專(zhuān)業(yè)特色，開(kāi)發(fā)課程多媒體課件，制作課程視頻資料，建立和完善課程教學(xué)網(wǎng)站，依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，開(kāi)展創(chuàng)新比賽等多種形式的教學(xué)活動(dòng)，取得了一定的成果，為以后的教學(xué)實(shí)踐開(kāi)辟一條穩(wěn)步發(fā)展的道路。
參考文獻(xiàn)：
[1]滿紅，王琳，鄒存名，冀勇鋼.淺談現(xiàn)代教育技術(shù)在自動(dòng)控制原理精品課程建設(shè)的作用[J].中國(guó)教育信息化，2011，（05）：71-72.
[2]孫萍.自動(dòng)控制原理課程改革的探索與研究[J].電子制作，2014，（5）：115-116.
[3]李冬霞，石慶研.《自動(dòng)控制原理》課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（理學(xué)版），2012，（S2）：153-156.
專(zhuān)業(yè)方向:
復(fù)雜系統(tǒng)控制理論與應(yīng)用采用結(jié)構(gòu)分散化方法研究復(fù)雜系統(tǒng)的建模與控制問(wèn)題，以結(jié)構(gòu)分散化模型為基礎(chǔ)，研究新的系統(tǒng)辨識(shí)理論和新的控制方法。
控制理論與控制工程是研究運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的行為、受控后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及達(dá)到預(yù)期動(dòng)靜態(tài)性能的一門(mén)綜合性學(xué)科在理論方面，利用各種數(shù)學(xué)工具描述系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性，以建模、預(yù)測(cè)、優(yōu)化決策及控制為主要研究?jī)?nèi)容，在應(yīng)用方面，將理論上的研究成果與計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，形成各種新型的控制器或控制系統(tǒng)，研究?jī)?nèi)容涵蓋從基礎(chǔ)理論到工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)的多個(gè)層次，應(yīng)用遍及從工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程到航空航天系統(tǒng)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等極其廣泛的領(lǐng)域。
（來(lái)源：文章屋網(wǎng) ）
《控制工程基礎(chǔ)》是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的一門(mén)主要的基礎(chǔ)學(xué)科。該課程從時(shí)域、頻域兩個(gè)方面系統(tǒng)地對(duì)經(jīng)典控制論的主要內(nèi)容進(jìn)行介紹，重點(diǎn)講述了控制理論及控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，為專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)地方法論，以此提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。我們?cè)谌粘＝虒W(xué)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)存在的以下問(wèn)題，大大影響了對(duì)控制理論知識(shí)的掌握。
①課程所講的控制理論相對(duì)比較抽象，教學(xué)推導(dǎo)過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。在工程上如果講述簡(jiǎn)化，就會(huì)讓學(xué)生很難理解。
②因?yàn)閷W(xué)生對(duì)課程的重要性認(rèn)識(shí)不深，就會(huì)失去學(xué)習(xí)的興趣；但是因?yàn)樗鼘?duì)實(shí)踐有重要的指導(dǎo)意義，就需要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。
③由于學(xué)生對(duì)相關(guān)學(xué)科的知識(shí)掌握不夠扎實(shí)，做不到融會(huì)貫通，不能把這些相關(guān)的學(xué)科整合到一起進(jìn)行問(wèn)題解決。
針對(duì)上述這些問(wèn)題，我們通過(guò)對(duì)近些年教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)踐教學(xué)等幾方面的教學(xué)改革和探索，達(dá)到良好的效果。
2 《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革的探索
2.1 教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整
考慮到河北建筑工程學(xué)院學(xué)生的主要問(wèn)題就是基礎(chǔ)知識(shí)不太扎實(shí)，而畢業(yè)生大多數(shù)都將到生產(chǎn)一線進(jìn)行工作，因此在大學(xué)階段的時(shí)候，學(xué)校就應(yīng)該有針對(duì)性的對(duì)學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)，要以扎實(shí)學(xué)生基礎(chǔ)為前提，強(qiáng)化學(xué)生能力和素質(zhì)為輔導(dǎo)，使學(xué)生畢業(yè)后能夠成為適應(yīng)能力強(qiáng)的應(yīng)用型工程技術(shù)人才。因此在課程內(nèi)容的取舍上要突出應(yīng)用性和工程性，并且要跳過(guò)繁雜的教學(xué)推導(dǎo)，將內(nèi)容給學(xué)生講解明白，做到有所為和有所不為。比如在講授控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件時(shí)，可以略去推導(dǎo)過(guò)程，只講解結(jié)論就可。在介紹Naquist穩(wěn)定判據(jù)時(shí)，不必講授判據(jù)的來(lái)由，理解穩(wěn)定判據(jù)并能夠正確使用就行。
由于機(jī)械專(zhuān)業(yè)沒(méi)有安排《信號(hào)與系統(tǒng)》和《積分變換》課程，那么就需要教授在講課的時(shí)候要能夠補(bǔ)充相應(yīng)的知識(shí)，讓學(xué)生能夠融會(huì)貫通。有些概念是在《信號(hào)與系統(tǒng)》課程里定義的，但是本專(zhuān)業(yè)課程只是簡(jiǎn)單闡述或者根本不講，比如：激勵(lì)和響應(yīng)，只要求理解不講準(zhǔn)確定義?！斗e分變換》中詳細(xì)介紹了拉氏變換的內(nèi)容，因而必須將拉氏變換補(bǔ)充進(jìn)該課程。
在授課過(guò)程中，如何做到把課程內(nèi)容講授的詳略得當(dāng)，一直是我們不懈的追求與探索。
2.2 教學(xué)方法的改革
在教課過(guò)程中，我們始終圍繞著學(xué)生容易理解和掌握的原則和目的來(lái)進(jìn)行組織教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法多樣只是手段。整個(gè)講授中，圍繞“自動(dòng)控制系統(tǒng)”這一中心，抓住一根主線，即系統(tǒng)建模系統(tǒng)分析系統(tǒng)校正。
比如系統(tǒng)建模有數(shù)學(xué)描述的微分方程、傳遞函數(shù)和頻率特性函數(shù)等，還有圖示方法的系統(tǒng)框圖和信號(hào)流圖等；在進(jìn)行系統(tǒng)分析的時(shí)候，我們同樣有時(shí)域和頻域的代數(shù)方式、Naquist圖和Bode圖的圖示方法；校正分析同樣有解析方法和圖示方法。整個(gè)教學(xué)過(guò)程中逐步深化學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的整體把握。
課堂教學(xué)中，教師可以隨時(shí)把自己對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解和感悟及時(shí)傳達(dá)給學(xué)生，比如控制理論中的“反饋”，可以結(jié)合學(xué)生課堂上的表現(xiàn)或作業(yè)中的問(wèn)題，介紹學(xué)生傳遞給教師的反饋信號(hào)，以及教師根據(jù)教學(xué)任務(wù)和反饋信號(hào)如何及時(shí)調(diào)整授課內(nèi)容和方法等，最終提高教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。教師還可以把控制理論發(fā)展歷程中科學(xué)家的故事穿插其中，將大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)控制理論的興趣。
為了調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，教師還要將傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)與多媒體教學(xué)手段有機(jī)結(jié)合起來(lái)，并充分發(fā)揮這兩種教學(xué)手段的優(yōu)勢(shì)，這樣才能在課堂教學(xué)中與學(xué)生進(jìn)行良好的互動(dòng)。也能夠及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和對(duì)知識(shí)的理解和掌握程度，便于能夠積極調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，根據(jù)學(xué)生情況調(diào)整課堂節(jié)奏還要布置一定量的典型課后作業(yè)，并有針對(duì)性地對(duì)課程教學(xué)的重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行鞏固，還要能夠及時(shí)改正作業(yè)中的錯(cuò)誤之處。
2.3 實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的充分利用
2.3.1 改革傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，增設(shè)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)
目前，《控制工程基礎(chǔ)》課程實(shí)驗(yàn)主要是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而實(shí)驗(yàn)課主要是依附于理論教學(xué)。我們應(yīng)該圍繞實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)，按照基本知識(shí)實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)，改革傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，增設(shè)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)。而實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇則是整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn)和突破口。
MATLAB的控制系統(tǒng)工具箱主要處理的就是以傳遞函數(shù)為主要特征的經(jīng)典控制和以狀態(tài)空間為主要特征的現(xiàn)代控制中的問(wèn)題。該工具箱主要是對(duì)控制系統(tǒng)的建模、分析和設(shè)計(jì)提供相對(duì)完整的解決方案，我們還可以利用該軟件的現(xiàn)代功能，開(kāi)設(shè)典型系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)和穩(wěn)定性分析、控制系統(tǒng)的頻率特性分析等項(xiàng)目的仿真實(shí)驗(yàn)，上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)可以根據(jù)教學(xué)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合教學(xué)大綱的要求和教材的內(nèi)容進(jìn)行編寫(xiě)。而計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)，既能夠節(jié)省投入資金，又可以拓展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。只有通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)，才能夠激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)本課程的感性認(rèn)識(shí)，才能調(diào)動(dòng)起學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。
2.3.2 利用實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)，學(xué)習(xí)控制理論
開(kāi)設(shè)本課程期間，學(xué)生有外出實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)。尤其對(duì)于機(jī)電產(chǎn)品比如高層住宅中運(yùn)行的電梯、啤酒生產(chǎn)線、混凝土攪拌站等，多觀察，勤思考，學(xué)習(xí)信號(hào)的檢測(cè)、傳遞與系統(tǒng)自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)等。用所學(xué)理論能夠解釋或解決實(shí)際問(wèn)題，將會(huì)給學(xué)生帶來(lái)很大的成就感和滿足感，也必將提升學(xué)習(xí)興趣。
2.3.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)是控制理論應(yīng)用的最好時(shí)機(jī)
畢業(yè)設(shè)計(jì)，是學(xué)生將在學(xué)校所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐很好結(jié)合的一個(gè)平臺(tái)，也能夠鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐；近些年，學(xué)生完成的相關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目如：糧食水分測(cè)試儀的研發(fā)、塔式起重機(jī)的遙控設(shè)計(jì)、糧食自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)和單片機(jī)控制輸液裝置等，極好地鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，以及對(duì)機(jī)電結(jié)合產(chǎn)品中控制工程理論應(yīng)用的思考。
2.3.4 鼓勵(lì)和支持學(xué)生參與各種形式的科技實(shí)踐活動(dòng)
河北省高等院校組織的“大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”，有經(jīng)費(fèi)支持和老師指導(dǎo)，學(xué)生可以積極參與；國(guó)家組織的各種機(jī)器人大賽，師生都可以觀摩學(xué)習(xí)；還可以參與老師的科研課題，這些都會(huì)促使學(xué)生的能力得到更好地鍛煉。而且這些活動(dòng)都會(huì)讓學(xué)生能夠更加深刻的領(lǐng)悟到控制工程的理論知識(shí)。
3 結(jié)束語(yǔ)
關(guān)鍵詞：高職教育 現(xiàn)代控制理論 教學(xué)改革
在教育十二五規(guī)劃――國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要中，國(guó)家明確提出：高職教育要適應(yīng)社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的需求，辦出特色，辦出水平，培養(yǎng)高水平的雙師型高職教育人才和塑造符合社會(huì)就業(yè)需要的優(yōu)秀大學(xué)生。現(xiàn)代控制理論課程的教改研究工作全面推進(jìn)自動(dòng)控制類(lèi)專(zhuān)業(yè)課――現(xiàn)代控制理論的綜合性建設(shè)，全面提升青年教師自動(dòng)控制類(lèi)課程的教學(xué)質(zhì)量，提高了大學(xué)生自動(dòng)控制系統(tǒng)理論分析和實(shí)踐操作的能力。
現(xiàn)代控制理論的教學(xué)以自動(dòng)控制原理和線性代數(shù)作為學(xué)科基礎(chǔ)，以工程建模、分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)為應(yīng)用目標(biāo)，同時(shí)現(xiàn)代控制理論的教學(xué)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、MATLAB、EDA（EWB）和Protel等課程的教學(xué)緊密聯(lián)系在一起，形成了一個(gè)相輔相成、相互依存的不可分割的自動(dòng)化整體教學(xué)體系。
一、現(xiàn)代控制理論課程教學(xué)改革與建設(shè)綜述
自動(dòng)控制類(lèi)課程理論知識(shí)的發(fā)展和教學(xué)推廣要以實(shí)踐作為基礎(chǔ)，在控制工程科學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)高速發(fā)展的時(shí)代背景下，我們開(kāi)展以下四項(xiàng)教育教學(xué)改革研究工作。
二、現(xiàn)代控制理論課程教學(xué)改革與建設(shè)的實(shí)踐過(guò)程
本次教改完成了現(xiàn)代控制理論教材的審閱，教學(xué)大綱的優(yōu)化設(shè)計(jì)，教學(xué)計(jì)劃中針對(duì)核心理論知識(shí)學(xué)時(shí)數(shù)的調(diào)整以及課堂教學(xué)方法的實(shí)質(zhì)性改進(jìn)等諸多重要工作。
1、現(xiàn)代控制理論教學(xué)大綱得以重新修訂
修訂后的教學(xué)大綱中突出了拉普拉斯變換和拉普拉斯反變換對(duì)系統(tǒng)性能分析、計(jì)算的重要性，同時(shí)擴(kuò)大了系統(tǒng)三大數(shù)學(xué)模型建模理論的學(xué)時(shí)數(shù)。
新大綱中強(qiáng)調(diào)了MATLAB7.0工程計(jì)算軟件在系統(tǒng)狀態(tài)方程的解、系統(tǒng)能控能觀測(cè)性分析、極點(diǎn)重新配置以及狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)等諸多方面實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置。全新的教學(xué)理念旨在讓學(xué)生掌握至少一種自動(dòng)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)軟件的使用，使得自控系統(tǒng)的課堂教學(xué)全面步入矩陣時(shí)代。
2、現(xiàn)代控制理論課堂教學(xué)環(huán)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
現(xiàn)代控制理論在課堂授課過(guò)程中與傳統(tǒng)的授課環(huán)節(jié)和課堂時(shí)間比例分配相比較，全新的課堂環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)方案主要突出以下兩點(diǎn)：
① 任課教師每15―20分鐘，完成一個(gè)重要理論命題的講解和證明；題目講解時(shí)要包含與題目相關(guān)的基礎(chǔ)概念、基本定義、簡(jiǎn)化算法和系統(tǒng)辨識(shí)。這個(gè)講解過(guò)程要力圖細(xì)致，實(shí)現(xiàn)上課環(huán)節(jié)的進(jìn)一步精細(xì)化操作。
② 每段講解結(jié)束后，教師用8-15分鐘接受學(xué)生的提問(wèn)，并且要開(kāi)展有必要的學(xué)術(shù)討論，當(dāng)堂就要提高學(xué)生對(duì)系統(tǒng)基本分析、設(shè)計(jì)、辨識(shí)方法的認(rèn)識(shí)程度。
下面以現(xiàn)代控制理論第二章第一節(jié)《齊次狀態(tài)方程的解》這堂課的教學(xué)環(huán)節(jié)改進(jìn)為案例，說(shuō)明教學(xué)環(huán)節(jié)改進(jìn)設(shè)計(jì)的基本情況。
通過(guò)現(xiàn)代控制理論課堂教學(xué)改革，課堂上老師可以更細(xì)致、更深入的把現(xiàn)代控制理論這門(mén)課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)和基本知識(shí)點(diǎn)講好，學(xué)生能更高效的學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)理論課。并且通過(guò)此次教改曾設(shè)了機(jī)房自動(dòng)控制系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)軟件MATLAB、EDA（EWB）和Protel的教學(xué)，這些教學(xué)會(huì)給學(xué)生今后的就業(yè)打下良好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。本次教改所取得一系列成果必將對(duì)自動(dòng)控制類(lèi)課程今后的教學(xué)產(chǎn)生積極、深遠(yuǎn)的影響。
參考文獻(xiàn)：
[1]謝克明.現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ).北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2000.
[2]孫祥.MATLAB7.0基礎(chǔ)教程.北京：清華大學(xué)出版社，2005.
[3]劉國(guó)榮.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.
一教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題
經(jīng)過(guò)河南科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院任課老師多年的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，從課程內(nèi)容、教學(xué)手段、考核制度等方面進(jìn)行了一系列的改革，總結(jié)出了一套卓有成效的解決方案。
二改革方案
1．控制工程基礎(chǔ)課程內(nèi)容的改革
控制工程基礎(chǔ)理論體系繁雜，在教學(xué)大綱要求的時(shí)間內(nèi)難以完成全部?jī)?nèi)容的講解。因此，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)和就業(yè)的需要，在機(jī)電學(xué)院多位教師的協(xié)同努力下，我們編寫(xiě)了教材《控制工程基礎(chǔ)》，并在2008年4月由科學(xué)出版社出版。教材內(nèi)容的組織和編排合理，能夠循循善誘地引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)，并利用知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新的能力。而且內(nèi)容比原來(lái)更加務(wù)實(shí)和精簡(jiǎn)，增加了很多應(yīng)用實(shí)例。教材不僅能夠在有限的課時(shí)內(nèi)講授完控制理論的基礎(chǔ)原理和基本方法，而且重點(diǎn)講解了學(xué)生將來(lái)在工作實(shí)踐中可能用到的知識(shí)，為今后將控制理論應(yīng)用于工程實(shí)際打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。除我們自編的教材外，還推薦中外經(jīng)典控制方面的教材供學(xué)生選讀，以幫助學(xué)生拓展思維空間以及提高獲取知識(shí)的能力。此外，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)成為一項(xiàng)廣泛應(yīng)用的技術(shù)。因此本書(shū)在每一章的最后都給出了使用Matlab語(yǔ)言進(jìn)行控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真分析的實(shí)驗(yàn)案例，增加了分析控制系統(tǒng)基礎(chǔ)問(wèn)題的途徑。新編教材內(nèi)容分為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、系統(tǒng)建模、性能分析和系統(tǒng)校正設(shè)計(jì)四大塊。數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)部分在介紹復(fù)變函數(shù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)引出拉氏變換及其應(yīng)用，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)奠定了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。系統(tǒng)建模部分，從時(shí)域、頻域等不同的角度對(duì)系統(tǒng)各個(gè)基本環(huán)節(jié)進(jìn)行建模，通過(guò)建立微分方程、傳遞函數(shù)和方塊圖來(lái)建立各模型的聯(lián)系，有助于學(xué)生加深對(duì)實(shí)際模型和抽象模型的理解。系統(tǒng)分析內(nèi)容中，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性是最基本的分析對(duì)象，分析方法的主要內(nèi)容包括系統(tǒng)時(shí)域分析法和頻域分析法，這也是控制理論教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。系統(tǒng)校正部分內(nèi)容重點(diǎn)討論了串聯(lián)校正中的幾個(gè)重要環(huán)節(jié)和非常實(shí)用的PID校正，這對(duì)提升學(xué)生解決工程問(wèn)題的能力十分重要，同樣也是教學(xué)的目標(biāo)之一。在講授過(guò)程中，將這幾部分作為課程主線串聯(lián)起來(lái)，各知識(shí)點(diǎn)會(huì)變得清晰有條理，邏輯性強(qiáng)。
2．控制工程基礎(chǔ)教學(xué)方法的改革
第一，采用現(xiàn)代化教學(xué)手段。運(yùn)用多媒體教學(xué)，設(shè)計(jì)電子教案、PowerPoint課件和Matlab課程案例，采用圖文并茂的投影顯示模式，使得公式推導(dǎo)和系統(tǒng)響應(yīng)結(jié)果等操作變得形象、簡(jiǎn)單，使原本枯燥、抽象的理論闡述變得生動(dòng)和具體。采用Flash設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)軟件，集成網(wǎng)絡(luò)課件、網(wǎng)上自測(cè)練習(xí)、網(wǎng)上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和其他相關(guān)素材，建立機(jī)械工程控制基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境；課堂上教師利用授課的計(jì)算機(jī)穿插演示仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生課后也能利用個(gè)人計(jì)算機(jī)上網(wǎng)進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的自測(cè)練習(xí)和仿真實(shí)驗(yàn)，形成課上、課下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)氛圍；學(xué)生可以通過(guò)大量仿真練習(xí)在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，使晦澀的理論變得通俗易懂。教師在“教中做”，學(xué)生在“做中學(xué)”；教師課前將上課要講授的內(nèi)容和課堂視頻影像上傳到課程網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)資源實(shí)時(shí)共享。學(xué)生可以根據(jù)需要提前下載內(nèi)容預(yù)習(xí)，課上也不需要匆忙地做筆記，留下更多的時(shí)間專(zhuān)心聽(tīng)課。第二，理論和實(shí)踐相結(jié)合。實(shí)踐教學(xué)對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有十分重要的作用，是本課程重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在完成基本教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，不斷建設(shè)、充實(shí)和完善多層次的實(shí)驗(yàn)體系和課內(nèi)、課外多種形式的實(shí)踐能力培養(yǎng)模式，將課題組成員曾經(jīng)做過(guò)的科研項(xiàng)目和工程經(jīng)典案例納入教學(xué)內(nèi)容中，讓從未接觸過(guò)工程實(shí)際的學(xué)生能夠建立機(jī)械工程控制的整體概念。根據(jù)本課程的特點(diǎn)，并結(jié)合本課程的實(shí)驗(yàn)條件和學(xué)時(shí)數(shù)情況，將原理型實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)型、綜合型、研究型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，設(shè)計(jì)三個(gè)層次的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，即在課堂和課后作業(yè)中完成原理型仿真實(shí)驗(yàn)；在實(shí)驗(yàn)室中完成面向機(jī)電工程中典型物理對(duì)象/系統(tǒng)的特性測(cè)試、分析與控制實(shí)驗(yàn)；以課外創(chuàng)新實(shí)踐的方式實(shí)現(xiàn)典型機(jī)電系統(tǒng)的構(gòu)建、特性分析、測(cè)試與控制設(shè)計(jì)。在課堂與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中對(duì)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力進(jìn)行有意識(shí)的培養(yǎng)，而不是一味地向?qū)W生灌輸書(shū)本上的理論知識(shí)。第三，優(yōu)化考核方案?？己耸求w現(xiàn)教學(xué)價(jià)值的重要手段，科學(xué)靈活的考核方法對(duì)教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的效果起到重要的促進(jìn)作用。傳統(tǒng)的考核方法有很大的局限性，必須改變，將考核貫穿于教學(xué)過(guò)程中。我們從課堂學(xué)習(xí)態(tài)度、平時(shí)作業(yè)與出勤率（20%）、實(shí)驗(yàn)參與度（10%）和結(jié)課考試（70%）等方面對(duì)學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行綜合評(píng)定，這樣的成績(jī)更能客觀地反映學(xué)生課程的學(xué)習(xí)狀況。所謂課堂表現(xiàn)，是教師每次講新課前，占用5～10分鐘對(duì)上次課程進(jìn)行回顧，并對(duì)新課內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單的口頭概括。為提高學(xué)生的聽(tīng)課效率，將該環(huán)節(jié)交由學(xué)生完成。實(shí)驗(yàn)參與度是指學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中真正參與到設(shè)計(jì)和創(chuàng)新活動(dòng)的程度，是對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維、獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的一個(gè)判定。結(jié)課考試的命題是以教學(xué)大綱為依據(jù)，不僅考查學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識(shí)，更重要的是考查學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。這種考核模式的變革，一方面是為修正過(guò)去學(xué)生平時(shí)不努力，考前突擊也能得高分的習(xí)慣做法；另一方面提高學(xué)生的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為將來(lái)就業(yè)時(shí)與企業(yè)快速對(duì)接打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
三結(jié)束語(yǔ)
作為機(jī)電專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，控制工程基礎(chǔ)在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力中占有重要的地位。通過(guò)對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容及方式和考核方式的改革，初步解決了學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多的瓶頸問(wèn)題，使教學(xué)內(nèi)容更加貼近工程應(yīng)用實(shí)際需要，在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合應(yīng)用能力方面都取得了良好的成效。
作者：徐莉萍 項(xiàng)楠 李健 單位：河南科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院
“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程是機(jī)械工程類(lèi)學(xué)生一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是控制論與機(jī)械工程技術(shù)理論之間的邊緣學(xué)科，研究以機(jī)械工程技術(shù)為對(duì)象的控制論問(wèn)題[1-2]。由于該課程所研究的問(wèn)題具有普遍性、概括性，而使該課程涉及的知識(shí)面非常廣，理論性極強(qiáng)，且非常抽象，造成學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時(shí)感到“對(duì)所學(xué)內(nèi)容不易消化吸收―― 比較難學(xué)、且針對(duì)性不強(qiáng)―― 乏味”等不良現(xiàn)象出現(xiàn)。這無(wú)疑最終使得相當(dāng)一部分學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性變差，產(chǎn)生厭學(xué)情緒，影響該課程的整體教學(xué)質(zhì)量，也導(dǎo)致這部分學(xué)生知識(shí)體系鏈出現(xiàn)斷鏈，制約其整體知識(shí)結(jié)構(gòu)的全面建立。為了使學(xué)生樹(shù)立起對(duì)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)課程提供理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)分析方法，并為運(yùn)用機(jī)械工程控制理分析和解決該領(lǐng)域?qū)嶋H問(wèn)題奠定基礎(chǔ)，本人根據(jù)這門(mén)課的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)有以下幾點(diǎn)注記。
1 教學(xué)幾點(diǎn)注記
1.1 教學(xué)方法應(yīng)理論―實(shí)踐―再理論
本課程所討論的基本問(wèn)題是在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上提升和抽象出來(lái)的內(nèi)容，是分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的共性問(wèn)題，而具有高度的概括性、理論性。為了使學(xué)生較好的掌握和領(lǐng)會(huì)該課程的本質(zhì)特性和其在研發(fā)前沿機(jī)械工程技術(shù)的重要性，首要的任務(wù)就是必須加強(qiáng)基本理論教學(xué)，這是這門(mén)課程的根。例如，對(duì)于“拉普拉斯變換的定義、性質(zhì)和定理”這部分內(nèi)容應(yīng)該詳細(xì)、重點(diǎn)的介紹，而不應(yīng)該一筆帶過(guò)。縱觀現(xiàn)在的教材，有相當(dāng)一部分把這部分內(nèi)容并入“數(shù)學(xué)模型”這一章節(jié)，顯然降低了該部分內(nèi)容在這門(mén)課程中基礎(chǔ)性和重要性。
在掌握一些基本理論的基礎(chǔ)上，也一定要與實(shí)際結(jié)合起來(lái)，才能顯示這門(mén)課的工程應(yīng)用價(jià)值。在教學(xué)中多舉一些機(jī)械工程應(yīng)用實(shí)例，并詳細(xì)地講解如何用“機(jī)械工程控制理論”指導(dǎo)機(jī)械工程領(lǐng)域設(shè)計(jì)問(wèn)題，諸如由“機(jī)床―夾具―刀具”工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的控制論問(wèn)題、由“輪胎―車(chē)架―車(chē)體”組成車(chē)輛懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的控制論問(wèn)題等。
在教學(xué)中，既注重課程的理論性，又加強(qiáng)與工程實(shí)際的聯(lián)系。這樣，既克服機(jī)械工程控制理論的抽象性，又堅(jiān)定了該理論來(lái)源于實(shí)踐并再次指導(dǎo)實(shí)踐。使學(xué)生的學(xué)習(xí)目的明確，能調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)，從而很好地促進(jìn)理論教學(xué)效果。
1.2 教學(xué)內(nèi)容應(yīng)提煉、重點(diǎn)應(yīng)突出
“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”的理論體系非常龐雜，在大綱要求有限的學(xué)時(shí)內(nèi)不可能講授完全部?jī)?nèi)容；況且對(duì)高等教育本身的培養(yǎng)性質(zhì)來(lái)說(shuō)，也不必把教材中的全部?jī)?nèi)容都進(jìn)行介紹。因此，在教學(xué)中，應(yīng)根據(jù)機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)際，仔細(xì)分析研究教學(xué)內(nèi)容，深刻理解教材的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，對(duì)教學(xué)面進(jìn)行精心提煉。既要保證學(xué)生對(duì)該課程的發(fā)展現(xiàn)狀有全面的了解，又要保證教學(xué)中重點(diǎn)突出機(jī)械工程控制論特點(diǎn)。如：在教學(xué)中對(duì)于分析控制系統(tǒng)的性能特性時(shí)，應(yīng)詳細(xì)講述機(jī)械工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的時(shí)域分析法和頻域分析法，而對(duì)于根軌跡法就不予詳細(xì)講解。
該課程理論的普遍性、通用性等特性，造成該課程的一些基本概念、定義及定理等具有深刻的內(nèi)涵，如拉普拉斯變換的定義、傳遞函數(shù)的概念、頻率響應(yīng)的定義、系統(tǒng)的穩(wěn)定性概念等。因而，在教學(xué)中，應(yīng)注重強(qiáng)調(diào)對(duì)這些基本概念、定義、定理等的理解和應(yīng)用；對(duì)于他們的推演過(guò)程，應(yīng)適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化（只要推演過(guò)程精確即可、不必追求推演的嚴(yán)密性[3]），其目的是幫助學(xué)生的理解、記憶及靈活應(yīng)用。
在教學(xué)中要分清主次，對(duì)于重點(diǎn)內(nèi)容要突出講、深入講，如：典型環(huán)節(jié)、二階振蕩環(huán)節(jié)、頻率特性、Bode圖、穩(wěn)定程度判斷等。只有這樣，才能使學(xué)生領(lǐng)會(huì)該課程的本質(zhì)，進(jìn)而應(yīng)用該課程理論解決機(jī)械工程領(lǐng)域?qū)嶋H問(wèn)題。
1.3 教學(xué)方式應(yīng)多樣化
對(duì)于教學(xué)方式應(yīng)當(dāng)多樣化，如：板書(shū)教學(xué)與多媒體結(jié)合、實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)與仿真教學(xué)結(jié)合等。這樣可使抽象的概念具體化、形象化，激發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，提高教學(xué)質(zhì)量。
1.4 加強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)
學(xué)習(xí)的最終目的是為了應(yīng)用，用理論去解決工程問(wèn)題。在教學(xué)應(yīng)加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生用機(jī)械工程控制理論解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。
首先，在理論教學(xué)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)控制理論與工程應(yīng)用的結(jié)合。在教學(xué)過(guò)程中，結(jié)合機(jī)械工程實(shí)例，使學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)明確，提高學(xué)生理論應(yīng)用實(shí)際意識(shí)。
其次，注重實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)建設(shè)。課程應(yīng)設(shè)置一些諸如典型環(huán)節(jié)的模擬分析、時(shí)域和頻域的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)以及穩(wěn)態(tài)誤差的研究等驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，也應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生應(yīng)用控制工程理論解決機(jī)械工程領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題。
最后，著力培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用仿真軟件進(jìn)行模擬分析應(yīng)用能力。通過(guò)應(yīng)用仿真軟件模擬分析真實(shí)的機(jī)械工程控制系統(tǒng)的性能特性，可以提高了學(xué)生綜合分析解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生科研能力，為他們后期的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)以及將來(lái)工作和深造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞 虛擬實(shí)驗(yàn) LabVIEW 自動(dòng)控制系統(tǒng) 傳遞函數(shù)
中圖分類(lèi)號(hào)：TP13-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
0 引言
在理工科專(zhuān)業(yè)的教學(xué)科研過(guò)程中，要想緊跟技術(shù)的發(fā)展，就要不斷地更新教學(xué)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備。而隨著各學(xué)科實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和學(xué)生人數(shù)的增多，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)量很難滿足學(xué)生的需求。因此，虛擬仿真教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室作為一種有效的解決方案應(yīng)運(yùn)而生，在各大高校已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，并且成為高等教育實(shí)驗(yàn)課程發(fā)展的新方向。
虛擬儀器技術(shù)自1986年面世以來(lái)，已在各工程領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，①②在教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中也得到了應(yīng)用發(fā)展。
在控制理論實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究中，許多學(xué)校根據(jù)自己的需要，利用LabVIEW開(kāi)發(fā)了多種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。②③④⑤⑥
上海開(kāi)放大學(xué)具有11萬(wàn)注冊(cè)的在校生，教學(xué)與實(shí)驗(yàn)的條件受場(chǎng)地、時(shí)間、空間和設(shè)備的限制，較普通高校更為嚴(yán)峻。網(wǎng)絡(luò)課程與虛擬實(shí)驗(yàn)在開(kāi)放大學(xué)的應(yīng)用顯得尤為重要。
本文根據(jù)本校實(shí)驗(yàn)要求內(nèi)容，利用虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，從而方便學(xué)生進(jìn)行不定時(shí)、不定點(diǎn)地實(shí)驗(yàn)。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路
上海開(kāi)放大學(xué)學(xué)生多為在職，他們利用晚上和周末進(jìn)行繼續(xù)學(xué)習(xí)，這使得他們具有以下特點(diǎn)：具有比較豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)更側(cè)重理解并應(yīng)用，學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間受限制。趙教授的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)正是基于學(xué)生的特點(diǎn)而編寫(xiě)的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)、控制系統(tǒng)構(gòu)成、控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、典型二階系統(tǒng)與參數(shù)的之間的關(guān)系等的理解。根據(jù)這些內(nèi)容，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)初始界面和五個(gè)功能模塊：傳遞函數(shù)建立、典型連接、零極點(diǎn)模型、控制系統(tǒng)分析、二階瞬態(tài)響應(yīng)（如圖1）。
控制仿真工具包能夠很好地完成上述功能。
2 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)及展示
2.1 初始界面
系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)初始界面，它通過(guò)選項(xiàng)卡和菜單按鈕方式進(jìn)入各功能模塊。初始界面顯示該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可完成從傳遞函數(shù)構(gòu)建、系統(tǒng)特性分析到系統(tǒng)運(yùn)行仿真的整個(gè)過(guò)程。
2.2 傳遞函數(shù)構(gòu)建模塊和連接典型
LabVIEW提供一個(gè)控制仿真工具包。應(yīng)用此工具包，在傳遞函數(shù)模塊，通過(guò)輸入系統(tǒng)微分方程的分子和分母系統(tǒng)，構(gòu)建傳遞函數(shù)。如圖2所示左端構(gòu)建函數(shù)，右側(cè)進(jìn)行典型連接，完成各個(gè)環(huán)節(jié)的串聯(lián)、并聯(lián)及反饋連接。
2.3 零極點(diǎn)模型模塊
此模塊用來(lái)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根據(jù)微分方程得出傳遞函數(shù)，得出系統(tǒng)的零極點(diǎn)圖和伯德圖，以便于判斷其穩(wěn)定性（如圖3）。
2.4 控制系統(tǒng)分析模塊
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了典型的一階、二階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)。調(diào)整其參數(shù)，可得到不同的響應(yīng)曲線，以便進(jìn)行對(duì)比分析。模塊運(yùn)行界面如圖4所示。
2.5 二階瞬態(tài)響應(yīng)模塊
此模塊專(zhuān)門(mén)分析二階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)。影響二階系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)都可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便觀察系統(tǒng)的響應(yīng)特性，從而更為清楚地理解系統(tǒng)特性。模塊運(yùn)行界面如圖5所示。
3 結(jié)語(yǔ)
仿真的實(shí)驗(yàn)界面能夠加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，通過(guò)調(diào)節(jié)不同參數(shù)，可直接觀測(cè)到各種實(shí)驗(yàn)過(guò)程。采用虛擬儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器，有效的降低了硬件配置和實(shí)驗(yàn)成本。
實(shí)驗(yàn)充分利用了LabVIEW語(yǔ)言的靈活、開(kāi)放，人機(jī)界面友好等特點(diǎn)，使用方便，具有良好的通用性和擴(kuò)展性。
注釋
① 鄭紅梅，梅加化，韓方強(qiáng).基于LabVIEW的虛擬測(cè)試實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng).電子科技，2012.25卷（8）.
② 陸蘊(yùn)香.基于LabVIEW的機(jī)械工程控制基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn).制造業(yè)信息化，2011（1）.
③ 袁微，盧明陽(yáng).基于LabVIEW和Simulink的過(guò)程控制工程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)發(fā).實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012.6.
④ 浦龍梅，楊增強(qiáng).基于LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)的控制工程基礎(chǔ)課程教學(xué)軟件的研究.自動(dòng)化與儀器儀表，2007（1）.
Three Decades of Progress in
Control Sciences
Dedicated to Chris Byrnes and Anders Lindquist
2010
Hardcover
ISBN 9783642112775
控制科學(xué)是20世紀(jì)最重要的科學(xué)理論和成就之一，它各階段的理論發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步都與生產(chǎn)和社會(huì)實(shí)踐的需求密切相關(guān)。本書(shū)是由瑞典皇家理工學(xué)院與美國(guó)德克薩斯理工大學(xué)聯(lián)合編著的紀(jì)念論文集，用以紀(jì)念Christopher Byrnes教授的60歲生日與Anders Lindquist教授在瑞典皇家理工學(xué)院優(yōu)化與系統(tǒng)理論系主任的職位上退休，并以此表彰兩位教授在應(yīng)用數(shù)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域中的突出貢獻(xiàn)。
本書(shū)收錄了24篇控制科學(xué)領(lǐng)域的論文，比較重要的論文題名如下：1.隨機(jī)系統(tǒng)中信息采集的探索；2.在種群結(jié)構(gòu)模型中選擇性與不定性之間的計(jì)算對(duì)比；3.高斯法、點(diǎn)陣法與雙括號(hào)方程分類(lèi)法之間的比較；4.有理函數(shù)與周期解；5.動(dòng)態(tài)規(guī)劃法與直接比對(duì)；6.協(xié)方差選擇問(wèn)題中的最大熵法；7.通過(guò)控制理論平滑曲線預(yù)估積累分布；8.不定外部系統(tǒng)的全局輸出的規(guī)則；9.布爾控制網(wǎng)絡(luò)的研究；10.探索非最小相系統(tǒng)的非線性輸出規(guī)則；11.Byrnes與Lindquist的全局反函數(shù)理論在一個(gè)多元矩問(wèn)題中的應(yīng)用；12.多項(xiàng)式矩陣的模相。
Christopher Byrnes在1975年于馬薩諸塞大學(xué)獲得博士學(xué)位，1998年被授予瑞典皇家理工學(xué)院榮譽(yù)博士學(xué)位并在2002成為瑞典皇家工程科學(xué)院的外籍會(huì)員。作為IEEE的會(huì)員，Christopher Byrnes由于在控制領(lǐng)域的杰出工作曾先后獲得George Axelby獎(jiǎng)、Reid獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。
Anders Lindquist在1972年于瑞典皇家理工學(xué)院獲得博士學(xué)位，1982年返回瑞典皇家理工學(xué)院任優(yōu)化與系統(tǒng)理論系主任，在此期間，他與Christopher Byrnes教授共同組織了第七屆網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)數(shù)學(xué)理論國(guó)際研討會(huì)。研討會(huì)的成功舉辦使兩位教授彼此結(jié)下了深厚的友誼，并建立了長(zhǎng)期的合作關(guān)系。目前，Anders Lindquist是瑞典皇家工程科學(xué)院會(huì)員、俄羅斯自然科學(xué)學(xué)院外籍會(huì)員與IEEE會(huì)員。
本書(shū)涉及到了控制科學(xué)各方面的理論知識(shí)，在目前控制科學(xué)發(fā)展的前沿有較深的論述，適合控制理論與控制工程、系統(tǒng)工程、自動(dòng)化、模式識(shí)別與智能系統(tǒng)等領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人員、高年級(jí)研究生與教授閱讀。
劉昊，博士生
（中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所）
1.1機(jī)器人智能控制研究
機(jī)器人是智能控制應(yīng)用的重要領(lǐng)域之.，智能控制技術(shù)已經(jīng)在機(jī)器人研究的各個(gè)方面得到應(yīng)用。在智能控制技術(shù)中，模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專(zhuān)家系統(tǒng)的技術(shù)在機(jī)器人環(huán)境監(jiān)測(cè)和控制以及規(guī)劃、機(jī)器人定位等方面的應(yīng)用研究已經(jīng)成熟，并且在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中得到了驗(yàn)證。機(jī)器人視覺(jué)處理與傳感器信息融合也利用智能控制技術(shù)。機(jī)器人動(dòng)力學(xué)廣泛地采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)。
1.2智能控制在機(jī)械制造中的應(yīng)用研究
現(xiàn)代工業(yè)制造業(yè)涉及很多復(fù)雜的行為和操作。在先進(jìn)的制造系統(tǒng)中，要根據(jù)不精確和不完備的數(shù)據(jù)來(lái)解決很難預(yù)測(cè)或無(wú)法預(yù)測(cè)的狀況，人工智能的應(yīng)用有效的解決了這個(gè)問(wèn)題。智能控制在機(jī)械制造中得到廣泛應(yīng)用，通常是在機(jī)械制造的過(guò)程中在用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)環(huán)境的建模，采用傳感器的融合技術(shù)預(yù)處理和綜合各種信息。
1.3智能控制在電力電子領(lǐng)域中的應(yīng)用研究
與電能有關(guān)的很多領(lǐng)域都應(yīng)用電力電子學(xué)，電力系統(tǒng)中的各種電機(jī)電器設(shè)備的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)、運(yùn)行以及控制是非常復(fù)雜的過(guò)程。智能控制技術(shù)引入電氣i量備，對(duì)于電氣i量備的故障診斷、設(shè)備控制與優(yōu)化設(shè)計(jì)等發(fā)揮了重要的作用。電氣設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以采用遺傳算法，這樣可以縮短計(jì)算的時(shí)間，降低成本，提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。還可以采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯以及專(zhuān)家系統(tǒng)的智能控制技術(shù)用于電氣設(shè)備的故障診斷，并且現(xiàn)在對(duì)于集成這三種技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究也取得重大發(fā)展。其中，在電流控制脈沖寬度調(diào)制P(WM)中采用智能控制技術(shù)最具代表性的應(yīng)用，也是被關(guān)注的研究熱點(diǎn)。
1.4智能控制在工業(yè)過(guò)程中的應(yīng)用研究
生產(chǎn)過(guò)程中智能控制主要包括局部級(jí)與全局級(jí)兩個(gè)方面。局部級(jí)智能控制是指智能控制應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的某一個(gè)單元部分的控制器設(shè)計(jì);全局級(jí)智能控制是指智能控制用于整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。局部級(jí)智能控制研究主要是對(duì)PID控制器設(shè)計(jì)。全局級(jí)智能控制應(yīng)用研究已經(jīng)非常廣泛。
1.5廣義控制領(lǐng)域智能控制的應(yīng)用研究
自動(dòng)控制的議理解是不利用人工的而作用自動(dòng)控制或操作控制對(duì)象的過(guò)程，當(dāng)然也可以是具體的機(jī)械設(shè)備與抽象的時(shí)刻變化著的信息對(duì)象。對(duì)這種對(duì)象進(jìn)行控制，需要利用符號(hào)的信息知識(shí)進(jìn)行建模和表達(dá)，并即量計(jì)智能算法的程序用于自動(dòng)決策和推理。議領(lǐng)域智能控制的應(yīng)用研究正處于探索研究與發(fā)展的階段。
2智能控制工程的發(fā)展對(duì)策
2.1發(fā)展智能控制工程的理論指導(dǎo)
智能控制已經(jīng)建立了基本的理論思路和框架，但是仍然沒(méi)有發(fā)展成熟。智能控制沒(méi)有科學(xué)的理論指導(dǎo)就會(huì)導(dǎo)致工程研究的盲目性。智能控制應(yīng)用研究主要是智能控制分支技術(shù)的應(yīng)用，控制方法在工程的應(yīng)用研究中沒(méi)有系統(tǒng)的指導(dǎo)缺乏標(biāo)準(zhǔn)性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致智能控制技術(shù)的優(yōu)越性很難得到體現(xiàn)。因此，要加強(qiáng)智能控制理論的研究工作。
2.2進(jìn)一步明確智能控制的研究目標(biāo)
首先，要發(fā)展新的控制方法，采用混合模型或是非完全的模型;其次，利用了解較少或是不正確的系統(tǒng)模型，在控制系統(tǒng)口乍過(guò)程中進(jìn)行在線改進(jìn)，使其知之漸多并逐步完善;再次，采用本質(zhì)上斷續(xù)系統(tǒng)與離散事件驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)系統(tǒng);最后，要采用混沌和進(jìn)化等新技術(shù)，對(duì)智能控制系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步發(fā)展與開(kāi)發(fā)。因此，為完成這些研究目標(biāo)，智能控制的信息處理理論和智能控制思想將會(huì)深入到建模的過(guò)程中，不斷改變和改進(jìn)模型，使模型不僅要包含解析的數(shù)值，還要有定性分析的符號(hào)。
2.3智能控制的設(shè)計(jì)要遵循簡(jiǎn)單的原則
在智能控制的應(yīng)用領(lǐng)域中，應(yīng)該堅(jiān)持從簡(jiǎn)單的系統(tǒng)進(jìn)入，然后逐漸地過(guò)渡到復(fù)雜的系統(tǒng)。在控制器設(shè)計(jì)過(guò)程中，不斷優(yōu)化復(fù)雜的控制策略，以得到簡(jiǎn)單的控制器。智能控制的發(fā)展應(yīng)用主要是為了滿足控制系統(tǒng)復(fù)雜化的要求，設(shè)計(jì)智能控制器要堅(jiān)持簡(jiǎn)單的原則，在某個(gè)控制的目標(biāo)下，要選擇簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行問(wèn)題解決，這樣可以節(jié)省成本，減小維護(hù)與使用的難度。智能控制應(yīng)用目標(biāo)是i量計(jì)性價(jià)比高、操作簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)。
2.4促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新為智能控制工程發(fā)展創(chuàng)造條件
英文名稱(chēng)：Control and Decision
主管單位：
主辦單位：東北大學(xué)
出版周期：月刊
出版地址：遼寧省沈陽(yáng)市
語(yǔ)
種：中文
開(kāi)
本：大16開(kāi)
國(guó)際刊號(hào)：1001-0920
國(guó)內(nèi)刊號(hào)：21-1124/TP
郵發(fā)代號(hào)：
發(fā)行范圍：國(guó)內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時(shí)間：1986
期刊收錄：
SA 科學(xué)文摘(英)(2009)
CBST 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)速報(bào)(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽(yù)：
Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
聯(lián)系方式
期刊簡(jiǎn)介
《控制與決策》（月刊）創(chuàng)刊于1986年，由教育部主管、東北大學(xué)主辦。本刊是自動(dòng)控制與管理決策領(lǐng)域的學(xué)術(shù)性期刊，本刊堅(jiān)持正確的辦刊宗旨，選擇工業(yè)生產(chǎn)和企事業(yè)管理中的一些難點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題，著重在時(shí)滯系統(tǒng)、不確定系統(tǒng)、智能控制、網(wǎng)絡(luò)控制、最優(yōu)控制等許多方面，進(jìn)行廣泛交流和深入研討，發(fā)表了一大批最新研究成果，受到廣大讀者的一致好評(píng)。
