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摘 要:分析了控制工程基础实验教学的特点和必要性,阐述了控制工程实验教学的目标、教学内容的设置与教学方法,在本科生中开展取得了良好效果。
关键词:控制工程 实验教学 MATLAB
中图分类号:G642.423 文献标识码:A 文章编号:1673-1875(2010)04-052-01
一、控制工程基础实验教学的必要性
控制工程基础是机械类本科专业学生必修的一门重要专业基础课,课程的主要内容是根据控制论的理论基础,研究机械工程技术中广义系统的动力学问题。同时,它又是一种方法论。本课程的主要目的在于培养学生以动态、整体、联系的观点研究分析一个机械工程系统,运用控制论中的基本概念和方法,解决机械工程领域中有关自动控制及系统动力学方面的问题。并且也可为后续的机械类相关课程的学习,如测试技术、数控技术、机电一体化系统设计等打下一定的理论基础。机械工程控制基础研究的问题带有普遍性,对工程实践具有重要的指导意义,该课程的开设对培养学生运用控制原理的基本方法,提高分析和解决各种工程问题的能力奠定扎实的理论基础。
二、控制工程基础实验教学的设置
为了加强实验教学环节,积极对课程教学体系进行了改革, 对控制工程基础课程实验实行单独设课,并增加实验教学课时,加强对学生实际动手能力的培养,调动学生的学习积极性,培养学生自主学习的热情。同时投入了大量资金购买实验设备,解决了实验的硬件条件,接下来所面临的问题是如何利用这些教学设备,并针对学生的现状开设符合我校教学要求的实7验教学内容。
1、控制工程基础的实验教学目标
实验教学主要目的在于学生自己通过实验来验证和领会所学知识,培养学生分析问题和解决问题的能力,培养学生独立思考能力、科研能力和实际动手能力。对于机械类专业的学生能够结合工程实际,特别是结合机械工程实际,从整个系统中的信息之间的传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为,理解和掌握略显深奥、难懂的经典控制理论,并应用经典控制论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决机械工程中的实际问题。
控制工程基础是一个复杂的知识体系系统,控制工程实验不仅仅是理论的验证,更重要的是通过对实验上机和操作,培养学生对机械工程控制系统的设计、分析与应用的实验技能,加深对自动控制理论知识的理解与应用。
2、控制工程基础实验教学内容的设置
实验教学改革的重点是实验内容的设计与更新,实验教学形式方法的改进。根据控制工程基础课程的特点,并结合课程的实验条件和学时数情况,提出了“虚实并重”、课内外结合、原理性实验与设计型、综合型、研究性实验相结合的实践教学思路。并针对学生的现状开发出符合我校教学要求的原理仿真、特性测试与分析、机电系统建模分析与控制三个层面的实验。
第一个层面:原理性仿真实验。充分利用MATLAB 仿真软件的强大功能,在SIMULINK 仿真环境下进行计算机虚拟教学实验。主要的实验内容包括在不同激励作用下一阶系统和二阶系统的时间响应、系统频率特性的Nyquist图、Bode图、相位超前校正、相位滞后校正、相位滞后-超前校正和PID校正等内容,主要目的是使学生理解和领会所学知识。了解Matlab,SIMULINK的基本使用方法,了解应用SIMULINK进行典型控制系统建模、仿真、分析的过程,掌握基于Matlab/SIMULINK进行控制系统设计、分析与仿真的方法。
第二个层面:设计型实验。系统特性测试与分析实验,以嵌入式球杆控制系统为对象,进行系统建模,对系统的特性进行测试与分析,在分析系统特性的基础上,通过设计校正环节,改善系统的控制性能,主要目的是培养学生分析问题和解决问题的能力。
第三个层面:研究型实验。机电系统建模分析与控制实验,学生在教师指导下,提出项目构思,进行系统设计,并利用实验室提供的机电对象、控制器件、控制执行装置、信号检测装置及其它相关散件,搭建控制系统,分析和测试系统特性,调整系统参数,在此基础上,进行控制器设计、控制仿真和实际控制实验,主要目的是培养学生独立思考能力、科研能力和实际动手能力。
3、控制工程基础实验教学方法多样化
传统的教学方法是以教师为主导的方式。为了使各个层次的实验切实达到相应的教学目标,针对不同层次的实验教学内容,采用不同的实验教学方法。基础型原理型实验以教师为主导的辅导式教学方式,学生是接受式学习;设计综合型实验以学生为主导,教师为指导的教学方法;研究创新型实验以学生自主式学习为主导的教学方式;对于学生自带实验项目的,实验室为学生提供实验场地和仪器设备,采用学生与教师共同研究式教学方式。
控制工程基础实验三个层面的教学内容贯穿了整个控制工程基础的理论体系,从系统建模,系统分析到系统设计与校正,使学生能够从系统的角度去分析问题和解决问题。该实验在西安工业大学机电工程学院2005级、2006级本科学生开展,取得了良好的教学效果,在后续课程的应用中反映较好。高等教育是要培养知识全面、适应社会和有创新精神的人才,而这一目标的实现是要落实在具体的教学过程中,为此,需要不断地进行教学研究和教学实践,以激发学生学习主动性,达到提高学生独立思考、分析解决实际问题及增强创新能力的培养。
参考文献:
[1]李少康.控制工程基础[M].西安:西北工业大学出版社,2005
[2]杨叔子,杨克冲.机械工程控制基础[M].武汉:华中科技大学出版社,2005
[3]MATLAB辅助控制系统设计与仿真[M].北京:电子工业出版社,2005
[4]王伟,申爱明.控制工程基础课程教学改革研究与探索[J].合肥:安徽师范大学学报(自然科学版),2007,(3):139-141
关键词:控制工程 实验教学 MATLAB
中图分类号:G642.423 文献标识码:A 文章编号:1673-1875(2010)04-052-01
一、控制工程基础实验教学的必要性
控制工程基础是机械类本科专业学生必修的一门重要专业基础课,课程的主要内容是根据控制论的理论基础,研究机械工程技术中广义系统的动力学问题。同时,它又是一种方法论。本课程的主要目的在于培养学生以动态、整体、联系的观点研究分析一个机械工程系统,运用控制论中的基本概念和方法,解决机械工程领域中有关自动控制及系统动力学方面的问题。并且也可为后续的机械类相关课程的学习,如测试技术、数控技术、机电一体化系统设计等打下一定的理论基础。机械工程控制基础研究的问题带有普遍性,对工程实践具有重要的指导意义,该课程的开设对培养学生运用控制原理的基本方法,提高分析和解决各种工程问题的能力奠定扎实的理论基础。
二、控制工程基础实验教学的设置
为了加强实验教学环节,积极对课程教学体系进行了改革, 对控制工程基础课程实验实行单独设课,并增加实验教学课时,加强对学生实际动手能力的培养,调动学生的学习积极性,培养学生自主学习的热情。同时投入了大量资金购买实验设备,解决了实验的硬件条件,接下来所面临的问题是如何利用这些教学设备,并针对学生的现状开设符合我校教学要求的实7验教学内容。
1、控制工程基础的实验教学目标
实验教学主要目的在于学生自己通过实验来验证和领会所学知识,培养学生分析问题和解决问题的能力,培养学生独立思考能力、科研能力和实际动手能力。对于机械类专业的学生能够结合工程实际,特别是结合机械工程实际,从整个系统中的信息之间的传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为,理解和掌握略显深奥、难懂的经典控制理论,并应用经典控制论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决机械工程中的实际问题。
控制工程基础是一个复杂的知识体系系统,控制工程实验不仅仅是理论的验证,更重要的是通过对实验上机和操作,培养学生对机械工程控制系统的设计、分析与应用的实验技能,加深对自动控制理论知识的理解与应用。
2、控制工程基础实验教学内容的设置
实验教学改革的重点是实验内容的设计与更新,实验教学形式方法的改进。根据控制工程基础课程的特点,并结合课程的实验条件和学时数情况,提出了“虚实并重”、课内外结合、原理性实验与设计型、综合型、研究性实验相结合的实践教学思路。并针对学生的现状开发出符合我校教学要求的原理仿真、特性测试与分析、机电系统建模分析与控制三个层面的实验。
第一个层面:原理性仿真实验。充分利用MATLAB 仿真软件的强大功能,在SIMULINK 仿真环境下进行计算机虚拟教学实验。主要的实验内容包括在不同激励作用下一阶系统和二阶系统的时间响应、系统频率特性的Nyquist图、Bode图、相位超前校正、相位滞后校正、相位滞后-超前校正和PID校正等内容,主要目的是使学生理解和领会所学知识。了解Matlab,SIMULINK的基本使用方法,了解应用SIMULINK进行典型控制系统建模、仿真、分析的过程,掌握基于Matlab/SIMULINK进行控制系统设计、分析与仿真的方法。
第二个层面:设计型实验。系统特性测试与分析实验,以嵌入式球杆控制系统为对象,进行系统建模,对系统的特性进行测试与分析,在分析系统特性的基础上,通过设计校正环节,改善系统的控制性能,主要目的是培养学生分析问题和解决问题的能力。
第三个层面:研究型实验。机电系统建模分析与控制实验,学生在教师指导下,提出项目构思,进行系统设计,并利用实验室提供的机电对象、控制器件、控制执行装置、信号检测装置及其它相关散件,搭建控制系统,分析和测试系统特性,调整系统参数,在此基础上,进行控制器设计、控制仿真和实际控制实验,主要目的是培养学生独立思考能力、科研能力和实际动手能力。
3、控制工程基础实验教学方法多样化
传统的教学方法是以教师为主导的方式。为了使各个层次的实验切实达到相应的教学目标,针对不同层次的实验教学内容,采用不同的实验教学方法。基础型原理型实验以教师为主导的辅导式教学方式,学生是接受式学习;设计综合型实验以学生为主导,教师为指导的教学方法;研究创新型实验以学生自主式学习为主导的教学方式;对于学生自带实验项目的,实验室为学生提供实验场地和仪器设备,采用学生与教师共同研究式教学方式。
控制工程基础实验三个层面的教学内容贯穿了整个控制工程基础的理论体系,从系统建模,系统分析到系统设计与校正,使学生能够从系统的角度去分析问题和解决问题。该实验在西安工业大学机电工程学院2005级、2006级本科学生开展,取得了良好的教学效果,在后续课程的应用中反映较好。高等教育是要培养知识全面、适应社会和有创新精神的人才,而这一目标的实现是要落实在具体的教学过程中,为此,需要不断地进行教学研究和教学实践,以激发学生学习主动性,达到提高学生独立思考、分析解决实际问题及增强创新能力的培养。
参考文献:
[1]李少康.控制工程基础[M].西安:西北工业大学出版社,2005
[2]杨叔子,杨克冲.机械工程控制基础[M].武汉:华中科技大学出版社,2005
[3]MATLAB辅助控制系统设计与仿真[M].北京:电子工业出版社,2005
[4]王伟,申爱明.控制工程基础课程教学改革研究与探索[J].合肥:安徽师范大学学报(自然科学版),2007,(3):139-141