徐益民+祁紅巖+梁燕華+姜艷秋

摘 要：自動控制系統(tǒng)作為自動化專業(yè)一門實用性、工程性和綜合性較強的專業(yè)主干課程，其特點是理論與實踐并重，實驗課成為了該課程教學的重要組成環(huán)節(jié)。在實驗教學過程中，根據(jù)課程的發(fā)展需要和實驗條件進行實驗教學改革，不斷完善實驗內(nèi)容，豐富實驗方法和手段、引入計算機軟件仿真實驗，改善實驗環(huán)境，嚴格考核過程，使學生更好地進行實驗訓練，做到理論與實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學生的實踐動手能力和綜合應用能力，并為分析、解決工程實際問題奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：自動控制系統(tǒng) 實驗教學 matlab/simulink軟件仿真

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0224-02

自動控制系統(tǒng)是自動化專業(yè)的主要專業(yè)課之一，具有較強的實用性、工程性和綜合性，旨在使學生掌握自動控制系統(tǒng)分析設(shè)計的方法以及培養(yǎng)學生解決大型控制系統(tǒng)技術(shù)問題的綜合能力。為配合《自動控制系統(tǒng)》課程的教學，使學生能更深刻地領(lǐng)會所學內(nèi)容，開設(shè)了自動控制系統(tǒng)實驗課，該實驗教學是《自動控制系統(tǒng)》課程教學的重要組成部分。

自動控制系統(tǒng)課程不但綜合了電路電子、電機拖動、自動控制原理、電力電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)、信號檢測與處理技術(shù)[1]等先修課程的相關(guān)知識；而且該課程的內(nèi)容更新速度快，需要掌握的內(nèi)容增加而課程總學時已減少，并且實驗課時更加有限，這都要求我們在實驗教學過程中必須不斷地對實驗教學內(nèi)容進行精心選擇，充分利用實驗條件，改變實驗手段和考核方法，使學生在實驗過程中更好地掌握相關(guān)理論知識，做到理論和實踐相結(jié)合，增強學生的動手能力和實踐綜合能力。

1 不斷完善實驗內(nèi)容，豐富實驗手段

1.1 實驗內(nèi)容分層次，開設(shè)創(chuàng)新性實驗

提高學生的實踐能力是本科教育的重要環(huán)節(jié)，實驗課起到了將所學的理論知識與實際應用有機結(jié)合的作用。為了在有限的實驗課上使訓練效果得到最好的體現(xiàn)，并配合不斷更新的實驗裝置，及時地對實驗教學環(huán)節(jié)進行了調(diào)整，逐步取消內(nèi)容單一的驗證性實驗，做到實驗內(nèi)容分層次，重視學生的個性發(fā)展。實驗內(nèi)容分為基礎(chǔ)實驗、綜合實驗與設(shè)計性實驗，并加大綜合設(shè)計性實驗的力度；每次實驗課前，安排學生一定的預習和思考內(nèi)容，特別針對綜合設(shè)計性實驗，在進入實驗室前，要求學生針對相應的設(shè)計方案進行局部環(huán)節(jié)及系統(tǒng)的仿真，再和實驗室調(diào)試的結(jié)果進行比較分析，做到理論分析與實驗的有機結(jié)合，鞏固和加深學生對相關(guān)教學內(nèi)容的理解和掌握。

由于學生的能力和興趣不同，為了充分調(diào)動學生的積極性拓展了實驗內(nèi)容，開設(shè)新實驗，多設(shè)置選做性實驗，這類實驗在完成必做實驗的基礎(chǔ)上，可以利用實驗課時間完成，也可以和老師預約利用業(yè)余時間完成，或在實驗室開放時間完成；對于能力強的學生鼓勵其針對所學的理論知識結(jié)合現(xiàn)有的實踐實驗條件或根據(jù)個人條件創(chuàng)新新的實驗，并在實驗成績上有所體現(xiàn)，如果創(chuàng)新實驗有價值可以在今后的教學過程中作為選作性實驗進行推廣或做為教學實例為學生講解。

1.2 利用計算機仿真實驗，彌補實驗時間的不足

考慮到實驗學時有限，硬件條件有限，需要學生掌握的實驗內(nèi)容較多，隨著教學內(nèi)容和實驗內(nèi)容的調(diào)整，不斷地完善實驗方法和實驗手段，實驗的開設(shè)除了在實驗室進行，還利用matlab/simulink軟件進行仿真來實現(xiàn)[2]。逐步取消的驗證性實驗，大多可以在教學過程中作為實例以仿真的形式為學生講解，或者通過作業(yè)的形式，讓學生通過計算機仿真來加以驗證，形成了理論教學、課外作業(yè)和學生實驗相結(jié)合的教學體系[3]。

控制系統(tǒng)工程實踐，先于自動控制系統(tǒng)課程的開設(shè)。在工程實踐環(huán)節(jié)中，時間較充裕，先安排一些簡單的實驗內(nèi)容，幫助學生復習和鞏固進行系統(tǒng)分析和設(shè)計用到的相關(guān)知識，隨之引入一些簡單閉環(huán)系統(tǒng)的仿真實驗，增加了學生先期對課程的感性認識。在計算機平臺上的仿真實驗，不但使抽象的理論知識具體化，還補充了實驗設(shè)備和儀器的不足。

2 充分利用實踐資源，改善實驗條件

2.1 注重先期準備工作，合理利用實踐資源

為了培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力，提高動手及創(chuàng)新能力，本院的工程實踐基地已經(jīng)形成了一定的規(guī)模，其中“控制系統(tǒng)”和“電力電子與電氣傳動”工程實踐基地與自動控制系統(tǒng)課程聯(lián)系很大，并先于該課程開設(shè)，為了有效地利用其實踐資源，這兩個實踐基地的指導教師都由教研室安排本專業(yè)的教師參與指導任務。任課教師積極配合學院做好設(shè)備的維護和更新工作，在實踐過程中，針對后期的實驗環(huán)節(jié)，設(shè)置相應的實踐內(nèi)容，及時對學生進行開放，隨時為學生輔導答疑。還設(shè)置了多個被控對象，如電機、溫度、液位及機組等讓學生根據(jù)提出的指標自主進行設(shè)計和調(diào)試，提高學生分析問題和解決問題的能力，并為后期學生進行創(chuàng)新性實驗提供了目標和思路。

2.2 改善實驗條件，引入虛擬實驗系統(tǒng)平臺

為了給學生提供好的實驗環(huán)境，教研室安排專任負責人對實驗室進行管理，負責實驗室的開放、及時地維護和維修實驗設(shè)備，并且根據(jù)需要更新實驗設(shè)備。在新更換的設(shè)備上，增設(shè)了以DSP2812為核心的進行虛擬實驗用的硬件平臺，主要完成理論性較強，系統(tǒng)分析較復雜的實驗研究。例如，采用SVPWM的開環(huán)VVVF調(diào)速系統(tǒng)的實驗研究和采用磁場定向控制（FOC）的感應電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究以及感應電機直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速實驗等。這部分內(nèi)容可以提供給教師上課時作為實例進行演示教學，把抽象問題具體化；更多的是為感興趣有能力的學生提高新的實驗平臺。

3 加強過程管理，改革考核方式

為了使學生更好地掌握實驗內(nèi)容，充分利用實驗課時間，加大了平時管理和考核力度。在進行實驗前，學生必須做好準備工作，進行充分的預習，不但要掌握實驗目的、實驗原理、實驗步驟和實驗方法，對于綜合性實驗，還要對實驗方案進行分析，并對可能的實驗結(jié)果進行仿真驗證。任課教師充分利用課內(nèi)、課外時間為學生答疑。在答疑過程中，不但幫助學生解決設(shè)計實驗方案中遇到的問題，分析仿真結(jié)果的正確性；也解決一些學生感興趣的問題，幫助學生選作實驗和創(chuàng)新實驗提供思路。除了固定地點答疑還開發(fā)了網(wǎng)絡信息平臺，使學生的問題能及時解決。

考核方式是實驗教學的要點之一，是體現(xiàn)實驗質(zhì)量的重要標尺，并能提高學生的積極性和重視程度。在該課程實驗的考核中，除了綜合實驗報告成績以及實驗操作成績外，還加入了預習成績，這部分成績由教師通過答辯和平時答疑時的表現(xiàn)加入到實驗總成績中。對于學生所完成的仿真實驗，在課程的平時成績里有所體現(xiàn)，學生自己根據(jù)所學知識和實驗裝置開發(fā)的創(chuàng)新實驗，有一定效果，在實驗成績上加分，這樣極大程度地調(diào)動了學生進行實驗的積極性和主動性。

4 結(jié)語

結(jié)合自動化專業(yè)培養(yǎng)方案，對于自動控制系統(tǒng)課程實驗的實驗內(nèi)容、實驗方法和手段以及考核方式進行了積極的探索和改進，對于強化學生動手能力、分析問題能力和用所學知識解決實際問題的能力等方面都取得了一定的效果，在隨后進行的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中都有所體現(xiàn)。

參考文獻

[1] 韓谷靜，吳雨川，秦亮，等.“電力拖動自動控制系統(tǒng)”課程教學模式研究[J].電氣電子教學學報，2011（4）：125-126.

[2] 陳榮.“電力拖動自動控制系統(tǒng)”虛擬實驗系統(tǒng)設(shè)計[J].實驗科學與技術(shù)，2013（12）：13-15.

[3] 盧衛(wèi)娜，陳秀敏，馬玉泉，等.仿真技術(shù)在電力拖動實驗教學中的應用[J].大學物理實驗，2011（12）：55-58.endprint