“自动控制原理”课程教学研究与实践(全文) “自动控制原理”是电子信息科学与技术专业的一门重要专业基础课程。它侧重于理论角度，系统阐述了自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，介绍了自动控制技术从建模分析到应用设计的各种思想和方法，内容十分丰富。通过自动控制理论教学，学生全面系统地掌握自动控制技术领域的基本概念、基本规律和基本分析与设计方法，以便将来胜任实际工作，具有从事相关工程和技术工作的基本素质，同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力。
本课程是电子通信工程、机电一体化、包装工程等工科和理科专业的必修基础课程。通过本课程的学习，学生将初步掌握自动控制的基础理论，并具有对简单连续系统进行定性分析、定量估算和初步设计的能力，进而为专业课程的学习和参加控制工程实践打下必要基础（方晓柯，2021）[1]。
1.教学内容研究
本课程的教学内容重点应放在以下方面：
（1）自动控制的概念、基本控制方式及特点和对控制系统性能的基本要求。
（2）典型环节的传递函数、结构图化简或梅森公式及控制系统传递函数的建立和表示方法、小偏差线性化方法和通过机理分析建立数学模型的方法。
（3）暂态性能指标、劳思判据、稳态误差、终值定理、稳
定性的概念及利用这些概念对二阶系统性能的分析、高阶系统分析方法和主导极点的概念。
（4）根轨迹的概念和绘制法则，并能利用根轨迹对系统性能进行分析、偶极子的概念及添加零极点对系统性能的影响。
（5）频率特性的概念、开环系统频率特性Nyquist图和Bode图的画法和奈氏判据。绝对稳定系统、条件稳定系统、最小相位系统、非最小相位系统、稳定裕量、频域性能指标的概念和频率特性与系统性能的关系。
（6）校正的基本概念、基本校正方式和反馈校正的作用、复合校正的概念和以串联校正为主的频率响应综合法、串联校正为主的根轨迹综合法和常用校正装置及其作用。
为使学生更好地学习和掌握自动控制原理这门课程，依据学校制定的教学大纲，结合自己在日常教学中的经验和我校学生的基本情况，现将本课程的教学内容和学时安排如下，见表1所示，学时共计72学时见下表。
表“自动控制原理”课程教学内容及学时分配
2.教学方法研究
“自动控制原理”为我校物理与电子科学系应用物理学和电气工程及其自动化这两个本科专业的必修课程，目前校内每年学习这门课程的学生人数在100人左右；在日常教学过程中，我们重视对学生的启发与引导，钻研教学教法，不断改革与创新，采用多种行之有效的教学方法和手段，并取得良好的教学效果。
2.1启发―引导式课堂教学
课堂教学的目的是启发学生积极主动地建构知识，引导学生分析、解决问题（阎金铎，2021）[3]。例如，在讲解典型环节的传递函数和结构图化简时，可以先启发学生根据自己的思路化简结构图，求出传递函数，然后引导学生根据书本上的规则进行结构图化简。在启发、引导学生建构知识的过程中，教师必须对所教知识本身及其来龙去脉、认识方法有清楚的认识；必须研究学生的认知规律，进而使知识的传授过程符合学生的认知规律。这一教学模式分为以下几步：
首先，要激发学生学习新知识的动机。
其次，要引导学生获得丰富的感性认识，这是学生进行下一步思维加工必不可少的基础。
第三，要引导学生的思维加工过程，进行分析、推理，然后表述认识的结果，建立概念，总结规律。
第四，要让学生学会运用新知识解决问题。
最后，要让学生巩固新知识，将新知识与已有知识建立联系，纳入自己的认知结构体系。
通过运用这一教学模式，一方面教师要积极研究教学内容，找出教学内容的内在逻辑，另一方面要分析、掌握学生的认知规律与心理活动，进而将二者有机结合。
2.2自学-讨论式课堂教学
课堂教学的目的除了使学生学习新知识外，更重要的是使学
生学会学习。教师指导学生以知识为载体，搜集资料、阅读理解、表达交流，从而深化对知识的理解（李振龙等，2021）[2]。例如，在讲解根轨迹的概念和绘制法则时，可以让学生先自学根轨迹的绘制法则，并给出例题让学生自行绘制根轨迹，然后进行课堂讨论，根轨迹绘制究竟应该怎么画，要遵循怎样的绘制原则，并且这些绘制原则之间的顺序与关系是怎样的，讨论出结果之后，教师再根据这些原则画出之前让学生自行绘制的例题，让学生与自己绘制的根轨迹作对比，然后发现自己哪里画得不对，为什么不对，是漏掉或者弄错了哪条绘制原则。
使用自学―讨论式课堂教学，主题的选取非常重要，在教学前教师就要进行深入研究，选取适合学生自学的主题。自学之后每个学生独立完成一个任务，之后就完成的任务进行成果交流与讨论，最后师生共同梳理自学的内容，达成完整、准确的共识，最后形成结论。
2.3探究式课堂教学
探究式课堂教学的目的是强调学生真实的研究经历，让学生参与探究活动，发现问题、提出猜想、交流论证，得出结论。例如，在讲解校正的基本概念、基本校正方式时，可以让学生先分析为什么需要对系统进行校正，并且探究可以采用何种方式进行校正，提出猜想或假设，然后设计校正方案，分析论证方案的正确性与可行性，最后得出结论。在实际的课堂实践中，大部分的学生虽然没有探究出合理的校正方法，但是通过这种教学方式不
仅发散了学生的思维，而且使学生对正确的校正方式印象深刻。
3.教学设计研究
本课程的教学设计主要包括以下几个方面：
3.1制定教学目标。
3.2分析教学内容。
3.3分析学生和教学环境。对学生的分析包括以下方面：学生原有知识、技能，学生对教学内容的了解，学生对教学内容和多媒体的态度，学生的兴趣，学生对教师的态度，学生以前的学习成就和能力层次，学生的一般学习方式，学生的总体特征，等等。学生的学习过程是通过运用已有知识解释所学内容进而建构新知识的过程。基于他们本身的经验，学生对教学内容和教学方式会有一定看法，他们可能对教学内容不感兴趣或者不喜欢教学所使用的教学方式。只有提前了解他们对学习内容的态度及对教学方式的期望，才能据此设计相应的教学方式和教学手段，启发引导学生，激发他们的学习兴趣和求知欲望。譬如，讲解对控制系统性能的基本要求时，引用现实中电阻炉温控制系统、飞机自动驾驶仪系统等作为实例，讲清楚为什么控制系统的性能需要满足稳、快、准的要求，达到良好的效果。
3.4选择具体教学模式、方法和策略。
3.5利用教学资源。利用学校的多媒体资源，结合板书，进行教学。并帮助学生安装MATLAB仿真软件进行部分习题的仿真。
3.6制定测评方法。对每一章的作业进行认真的批改，每次批改完之后总结学生易错的题目是哪些，为什么学生在这些题目上出错，学生是哪一部分的内容没有掌握，以便复习的时候对这部分内容进行详细讲解。
3.7教学反思和修改。在教学过程中不断进行反思，并根据学生的反馈信息不断修改自己的教学内容和教学方法，以期实现教学系统的整体优化。
4.结语
“自动控制原理”是控制理论与控制工程专业的主干和必修课程，在我国的生产制造业中应用比较广泛，尤其在工业控制领域得到广泛应用与推广。本文在研究课程教学内容和学时分配的基础上，从课堂教学方法、课堂教学设计方面对本课程的教学理论与实践进行了研究，实践结果表明，本课程的教学内容安排是合理的，教学方法和教学设计也取得了良好效果。“自动控制原理”是一门理论性与实践性都很强的课，要想上好这门课，必须对教学内容、教学方法、教学设计进行更深入的研究。
《自动控制原理》实验指导书梅雪罗益民袁启昌许必熙 南京工业大学自动化学院
目录 实验一典型环节的模拟研究--------------------------1 实验二典型系统时域响应和稳定性-------------------10 实验三应用MATLAB进行控制系统根轨迹分析----------15 实验四应用MATLAB进行控制系统频域分析------------17 实验五控制系统校正装置设计与仿真-----------------19 实验六线性系统校正-------------------------------22 实验七线性系统的频率响应分析---------------------26 附录：TDN—ACP自动控制原理教学实验箱简介----------31
实验一 典型环节的模拟研究 一． 实验目的 1．熟悉并掌握TD-ACC + 设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。 2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异、分析原因。 3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 二．实验内容 下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。 1．比例环节 (P) A 方框图：如图1.1-1所示。 图1.1-1 B 传递函数： K S Ui S Uo =) () ( C 阶跃响应：) 0()(≥=t K t U O 其中 01/R R K = D 模拟电路图：如图1.1-2所示。 图1.1-2 注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100K 的电阻，实验中不需要再接。以 后的实验中用到的运放也如此。 E 理想与实际阶跃响应对照曲线： ① 取R0 = 200K ；R1 = 100K 。
自动控制原理教案 经典控制部分 第一章控制理论一般概念3学时 (2) 第二章控制系统的数学模型9学时 (6) 第三章控制系统的时域分析10学时 (14) 第五章频率特性12学时 (24) 第六章控制系统的校正与设计8学时 (33) 第七章非线性系统8学时 (37) 第八章离散控制系统8学时 (41)
第一章控制理论一般概念3学时 1．本章的教学要求 1）使学生了解控制工程研究的主要内容、控制理论的发展、控制理论在工程中的应用及控制理论的学习方法等内容，认识本学科在国民经济建设中的重要作用，从而明确学习本课程的目的。 2）使学生深入理解控制系统的基本工作原理、开环闭环和复合控制系统、闭环控制系统的基本组成等内容，学会利用所学控制原理分析控制系统。 3）使学生学会控制系统的基本分类方法， 4）掌握对控制系统的基本要求。 2．本章讲授的重点 本章讲授的重点是控制系统的基本概念、反馈控制原理、控制系统的的基本分类方法及对控制系统的基本要求。 3．本章的教学安排 本课程讲授3个学时，复习学时3个。 演示《自动控制技术与人类进步》及《自动化的应用举例》幻灯片，加深同学对本课程研究对象和内容的了解，加深对反馈控制原理及系统参数对系统性能影响的理解。
[教案1-1] 第一节概述 1．教学主要内容： 本讲主要介绍控制工程研究的主要内容、控制理论的发展、控制理论在工程中的应用及控制理论的学习方法等内容。 2．讲授方法及讲授重点： 本讲首先介绍控制工程研究的主要内容，给出定义，并以瓦特发明的蒸汽机离心调速器为例，说明需要用控制理论解决控制系统的稳定、准确、快速等问题。 其次，在讲授控制理论的发展时，主要介绍控制理论的发展的三个主要阶段，重点说明经典控制理论、现代控制理论研究的范围、研究的手段，强调本课程重点介绍经典控制理论。 另外，在介绍控制理论在工程中的应用时，应举出控制理论在军事、数控机床、加工中心、机器人、机电一体化系统、动态测试、机械动力系统性能分析、液压系统的动态特性分析、生产过程控制等方面的应用及与后续课的关系，激发同学的学习兴趣。 最后，在介绍控制理论的学习方法时，先说明本门课的特点，起点高、比较抽象、系统性强，然后强调学习本门课程应以新的视角分析和考虑问题，以系统的而不是孤立的、动态的而不是静态的观点和方法来思考和解决问题；掌握控制理论的基本概念、基本理论和基本方法并注意结合实际，为解决工程中的控制问题打下基础。 3．注意事项：介绍本门课的参考书及课程总体安排。 4．课时安排：1学时。 5．教学手段：Powerpoint课件。 6．作业及思考题：借参考书，查阅与本门课有关的文献资料，了解控制理论的应用及最新发展动态。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/5719315772.html, “自动控制原理”课程教学改革的探索与实践作者：张正江郑崇伟曾国强 来源：《中国电力教育》2013年第17期 摘要：分析了“自动控制原理”课程在电气信息类专业中的重要地位及教学现状；结合地方院校人才培养目标、学生生源和该课程的实际情况，对该课程的教学改革做出了积极的探索和有益的实践。从教学内容的精心设计、启发互动式与MATLAB辅助式教学、开放式实验的建立与科研课题的研究等方面阐述了该课程教学的特色，从而实现“以学生发展为本，培养自主分析和创新能力，强化实践能力，提高学生的综合素质”的教学理念。 关键词：自动控制原理；教学改革；教学体系；教学方法 作者简介：张正江（1982-），男，江西乐平人，温州大学物理与电子信息工程学院，讲师；郑崇伟（1951-），男，浙江温州人，温州大学物理与电子信息工程学院，教授。（浙江温州 325035） 基金项目：本文系2012年温州大学教改项目（项目编号：12jg51B）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）17-0053-02 一、教学现状及改革思路 “自动控制原理”是理论与工程实践相结合的一门课程，是高等学校电气信息类专业的专业基础课程，是本科生后续课程及研究生课程的基础。该课程的主要任务是通过对控制理论知识的学习，培养学生对控制系统的分析设计能力、工程实践能力和创新能力。 [1，2] “自动控制原理”课程的特点是内容丰富且理论性强，涉及知识面广且信息量大，很多概念较抽象，习题类型较多且难度较大。该课程具有一定理论深度和学习难度，大部分学生感到难学，教师也感觉比较难教。[3，4]如果沿用传统的课堂填鸭式讲授与验证性实验相结合的教学方法，则难以提高教学效果。传统的教学方法有效地传授了理论知识，而忽视了培养学生的创新意识和创造才能。[5-7]在大力提倡素质教育、强化创新意识和提高创新能力的教育形式 下，迫切需要建立包括理论授课、计算机辅助教学、实践与科研教学在内的课程教学新体系，并充分调动教师和学生的积极性。如在学习方法上，设计以小组为单位的学习新模式，促进互助型主动学习。这有利于培养学生的合作精神，提高学生的自主学习和自制能力，激发学生的创造性。[8] 近年来，控制理论在非线性控制、鲁棒控制、智能控制、复杂系统的控制及控制与优化一体化等方向上取得了重要进展。[9]如果沿用以前的内容一成不变地讲授，则不能保持课程内 容的先进性。这就要求对控制学科的发展有较好的把握，在讲课过程中应选取一些与课程相关的最新理论与新技术介绍给学生，保持本课程内容的先进性。
基于OBE-CDIO理念的自动控制原理课程教学改革探索与实践 作者：张丽介婧朱文 来源：《高教学刊》2021年第36期
摘要：在新工科教育思想指导下，基于OBE-CDIO工程教育理念，以学生为中心，以能力培养为导向，对自动控制原理课程教学改革进行探索。探究课程教学内容的反向设计，开发课程的网络教学资源并构建线上线下混合教学模式，设计基于CDIO的综合实验项目，改革课程考核方式。通过教学改革充分激发学生学习主动性，培养学生复杂工程实践能力，提高新工科人才培养质量。 关键词：新工科;OBE-CDIO;自动控制原理;教学改革 中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）36-0128-04 Abstract： Under the guidance of the education thought of the new engineering， based on OBE-CDIO engineering education concept， the teaching reform of Automatic Control Principle which is student-centered and ability training oriented is carried out. This paper explores the reverse design of the teaching content， develops the network teaching resources of the course and constructs online and offline mixed teaching mode， designs a comprehensive experimental project and reforms the course assessment method. Practice has proved that this teaching mode reform can fully stimulate students' learning initiative， cultivate students' engineering practice ability. It is beneficial to improve the training quality of new engineering talents. Keywords： the new engineering; OBE-CDIO; Automatic Control Principle; teaching reform 随着“德国工业4.0”“中国制造2025”“互联网+”等概念相继提出，新一轮科技革命、产业变革也在加速进行。以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的新经济对工科建设提出了一系列新的人才需求。2017年教育部提出新工科建设方案，将具有较强工程实践能力、创新思维能力，能够胜任行业发展需求的高素质应用型人才作为高校工程人才培养的基本要求[1]。 新工科背景下的人才培养，离不开教学改革的实施。自动控制原理课程是面向自动化及其相关专业而设立的一门核心专业基础课，通过该课程的学习可使学生系统地掌握自动控制系统的基本概念、系统建模、分析与综合的理论和方法，培养学生具备初步解决自动化及其相关领域内实际工程控制问题的实践能力，具有以反馈和优化为核心的系统观与思维方式。自动控制原理课程内容抽象、知识范围广、理论程度深，学生学习过程中普遍感觉枯燥难学，缺少学习
自动控制原理课程设计报告 自动控制原理是控制科学的核心课程之一，是电气、电子、机器人、以及自动化工程等众多专业所必修的课程之一。其核心目的是通过掌握自动控制理论、掌握各种控制技术、掌握各种控制器及其设计方法，提高工程师的设计、操作、维护与升级能力。本文旨在撰写自动控制原理课程设计报告，对此进行一定的分析和讨论。 自动控制原理课程设计分析 为了更好地掌握自动控制原理，我们可以参考课程设计作为主要途径。典型的自动控制原理课程设计通常分为以下几个步骤： 1. 选择控制对象 控制对象是自动控制的核心，它可以是各种机械、电子产品、水电站等各种工业或日常生活中的物品和设备。在控制对象的基础上，我们需要深入研究，了解其特性，以便为其设置相应的控制方法和技术。 2. 选定控制器类型和控制策略 选择不同类型的控制器和不同的控制策略可以使控制对象达到不同的控制效果。为此，我们需要深入掌握各种控制器的类型和应用场景，并根据实际情况，结合理论知识和实际应用经验，选定最适合的控制器类型和控制策略。
3. 设计控制系统 控制系统的设计是通过确定控制律和控制器参数，来合理设置、调整控制系统，提高控制对象的性能和稳定性。该步骤需要充分理解控制对象的特性和控制技术的理论基础，开展模型、仿真和实验等工作。实现系统设计与仿真后，还应考虑到实际工程应用过程中有哪些因素会影响控制效果，以便预先做好相应的调整和优化工作。 4. 实施验证和优化 在控制系统设计和模拟实验后，需要加以验证和优化。在实际应用过程中，我们应该制定相应的实验方案，实施实验，收集数据，并进行分析和整理。对于实验中发现的问题，我们应及时进行反馈和改进，以进一步优化控制系统的性能和稳定性。 自动控制原理课程设计的意义 自动控制原理课程设计可以深化学生的相关学科知识和技能，提高他们的设计、操作、维护与升级能力。具体来说，其重要意义可以总结为以下几个方面： 1. 潜移默化地提高专业技能 在自动控制原理的课程设计中，学生通过实际应用各种技术和工具，熟悉传感器、控制器、执行器等控制元件的使用和控制器的应用方法，对综合应用电气、机械、学科知识掌握得更为深刻，更便于将理论和实践相结合。
自动控制原理课程教学大纲 （PRINCIPLES OF AUTOMATIC CONTROL） 学时数：32学时 其中：实验学时： 课外学时： 学分数：2 适用专业：电子信息工程 一、课程的性质、目的和任务 《自动控制原理》课程是研究自动控制的基本理论和共同规律的技术学科，是电子信息工程专业的一门专业必修课。内容包括系统建模、系统分析、系统综合三大部分。其任务是通过本课程的学习，掌握反馈控制系统的基本理论及基本方法，初步具备分析与解决电气技术中常见自动控制问题的能力，培养学生定性分析能力，定量估算能力和综合运用能力。 二、课程教学的基本要求 （一）了解自动控制系统的基本原理和分析方法和最新技术发展； （二）掌握自动控制系统的类型、组成及所研究的主要内容； （三）掌握自动控制系统建模、系统分析、系统综合的基本原理； （四）掌握时域分析、频域分析法和根轨迹分析法。 三、课程的教学内容、重点和难点 第一章控制系统的一般概念（2学时） 一、引言 （一）自动控制的基本概念 （二）自动自动控制系统的分类、组成 二、开环控制与闭环控制 （一）基本概念 （二）开环控制 （三）闭环控制 三、控制系统举例 第二章控制系统的数学模型（6学时）
一、控制系统的时域模型 （一）基本概念 （二）时域模型 二、线性系统的复域模型 （一）基本概念 （二）复域模型 三、控制系统的方框图与信号流图 （一）系统传递函数的建立和求解 （二）动态结构图 （三）信号流程图表征控制系统 第三章线性系统的时域分析（8学时） 一、典型输入信号 二、一阶系统的时域分析 三、二阶系统的时域分析 四、高阶系统的时域分析 五、线性系统的稳定性与稳定判据 （一）判定系统稳定的条件 （二）稳定判据及其应用 六、反馈系统的稳态误差 （一）稳态误差的概念 （二）稳态误差的计算方法 第四章根轨迹法（4学时） 一、反馈系统的根轨迹 （一）根轨迹描述控制系统的方法 （二）根轨迹描述控制系统的意义 二、绘制根轨迹的基本规则 （一）基本概念 （二）根轨迹法
新工科背景下《自动控制原理》课程的教学改革研究 《自动控制原理》作为工科专业中的一门重要课程，在新工科背景下面临着诸多挑战和机遇。随着科技的迅猛发展，自动控制技术在工程领域中的应用范围越来越广泛，对于培养学生的创新能力和实际操作能力起着至关重要的作用。如何在新工科背景下进行《自动控制原理》课程的教学改革研究，对于培养工科人才具有十分重要的意义。本文将从新工科背景下《自动控制原理》课程的现状出发，探讨课程教学改革的必要性，并介绍一些可行的教学改革措施，希望能为这一领域的教学改革提供一些参考。 一、《自动控制原理》课程的现状 《自动控制原理》是一个涉及面非常广的课程，其内容涉及到控制系统的基本原理、数学模型和控制算法等多个方面。在过去的教学中，大多数学校都是采用传统的理论讲解和数学推导相结合的教学模式，这种教学模式虽然便于学生理解理论知识，但在培养学生的创新能力和实际操作能力方面存在着较大的局限性。这种教学模式普遍存在着理论知识脱离实际应用、学习氛围较为呆板等问题，难以激发学生的学习兴趣和创造力。 随着新工科背景下对工科人才的要求不断提高，传统的《自动控制原理》课程教学模式已经不能满足新形势下对工科人才的需求。新工科背景下，工科人才不仅需要具备扎实的理论基础和动手能力，更需要具备创新思维和跨学科融合的能力。对《自动控制原理》课程进行教学改革显得尤为迫切和必要。 1. 回应产业需求 随着自动化技术在工业生产中的广泛应用，对自动控制专业人才的需求也日益增长。传统的《自动控制原理》课程教学模式已经不能满足工业对专业人才的需求，教学内容已经远远落后于产业的发展。对《自动控制原理》课程进行教学改革，紧密结合产业发展需求，培养适应当前工业发展的自动控制专业人才显得尤为重要。 2. 培养学生创新能力 《自动控制原理》课程不仅仅是一门传授理论知识的课程，更应该是一门培养学生创新能力的课程。在新工科背景下，工科学生需要具备研究问题、解决问题的能力，对《自动控制原理》课程进行教学改革，注重培养学生的创新思维和科研能力显得尤为迫切。 3. 接轨国际教学水平 当前，国际间的科技交流和合作日益频繁，国际化学术团体需要更多具备自动控制专业知识的人才。对《自动控制原理》课程进行教学改革，提升课程的国际化水平，使学生具备更强的国际竞争力显得十分必要。 1. 结合工程实践，注重动手能力培养
关键词：应用型人才；课程建设与教学；自动控制原理 教育部颁布《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》，从启动“新工科研究与实践”项目以来，新工科应用型人才培养已成为地方转型高校新的目标[1]。自动控制理论的概念、体系和方法已渗透到交通运输、工农业生产等众多学科领域。自动控制原理课程是我校自动化、电气工程及其自动化、轨道交通与信号控制、测控技术与仪器、电子科学与技术、物联网、机械工程等专业的一门非常重要的专业基础必修课。其教学目标是使学生全面系统的掌握自动控制技术领域的基本概念、基本规律以及分析与设计方法。培养学生从事相关工程和技术工作的基本素质。同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力[2]。该课程是基础课向专业课过渡的一门重要课程。也是培养学生工程应用能力的启蒙课，这门课学习的好坏直接影响着后续专业课的开展。采用传统的教学方法，学生对知识的掌握仅仅限于简单的背结论、背公式、做计算题，不了解理论的工程应用意义，不了解分析问题的来龙去脉[3]。因此，针对《自动控制原理》的课程性质，通过教学方法改革，培养学生学习积极性和兴趣，提高对自动控制的认知，更好掌握课程知识，促进新工科应用型工程技术人才的培养。 一、课程建设与教学研究 (一)优化课程结构，改革教学内容，面向工程应用能力培养本课程改革的关键是：让学生在一定的学时内掌握控制理论基本原理，提高教学质量，加强学生能力培养。1.教学课时合理分配现有“自动控制原理”存在知识点多、学时不足的问题，有必要根据教学大纲和专业实际合理安排章节学时(如表1)选择重点教学内容，突出难点和重点，做到基本原理、概念和方法讲透彻，同时使教学内容有深度。2.教学内容精心设计课程教学的关键是对教学内容进行精心设计。自动控制原理教学中如果教师过分注重公式推导，会使学生感到课程乏味、枯燥、实用性差，从而丧失学习兴趣。为突出课程工程实践，应将教学内容与工程实际紧密融合，将数学推导简化，通过工程背景引出所有知识点[4]。如图1所示将“直流调速系统”作为工程范例，贯穿课程教学始终。在系统方框图讲解时，通过系统工作原理与控制过程分析，引导学生根据功能对系统进行组成划分；系统数学模型讲解时，根据方框图的组成，对功能模块进行数学方法描述。在后续系统性能分析时，根据之前建立的数学模型分析系统参数变化或输入信号的不同，对系统的性能指标进行逐一分析。系统校正讲解时，当调速系统的性能较差、指标与要求不符时，引导学生如何在系统中加入装置或环节，以改善系统性能。 3.实验教学有效变革通过实验教学使学生动手能力得到有效提高。在实验内容设置上应增加综合型、设计型项目，并将项目内容进行必做、选做区分(如表2)。另外，除了传统实验箱实验，还要增加基于MATLAB的虚拟实验内容，让学生熟悉系统设计方法与步骤，充分体会到系统参数变化或校正的加入，系统性能是如何变化的。 （二）改革教学环节与方法1.理论教学（1）课堂讲授。主要讲解自动控制系统的基本概念，自动控制系统性能指标及各指标间的关系和表达。如何建立和简化控制系统数学模型，能分析并研究组成系统的基本环节，各种数学模型之间的相互转换。如何利用时域法、根轨迹法和频域法分析系统性能。如何根据系统的具体指标和要求，选择合适的校正装置及参数，研究控制系统综合设计问题。教师进行课堂讲授，包含前次内容回顾、本次内容提要、核心知识详解、重点难点分析、课堂内容小结、布置课后练习等环节。通过学习，使学生初步掌握复杂工程问题的分析和设计技能。课堂教学时尽量引入互动环节，结合课堂提问、案例教学等教学形式，使同学们能更好地融入课堂学习中，提高学生学习学效果，培养学生创新能力。（2）采用多媒体课件和电子备课，教学过程中采用板书、PPT、视频等，增强教学的直观性，扩大课堂教学的信息量。（3）建立班级QQ群，加强和学生的联系，课内提问和课外答疑相结合，每次课后及时答疑，及时发现知识盲点，解决难点问题。（4）利用超星等学台建立网络课堂，上传教学视频、课件、习题库等，让学生课外时间根据自身学习情况进行课
自动控制原理课程教学效果探究自动控制原理是电子信息类专业中较为重要的一门课程，主要介绍控制系统的基本概念、模型及其分析、设计方法等，是现代先进制造技术的基础。毋庸置疑，对于掌握该课程的理论知识和技能对学生将来的发展至关重要。但是，随着社会的不断变革和教育方法的不断升级，如何有效地授课并提高教学效果已成为当今人们关注的话题之一。 一、自动控制原理课程的重要性 自动控制原理是现代先进制造技术中的核心技术之一，主要研究如何设计和控制基本的物理系统，是工业控制、航空航天、海洋、交通、电力、环境、医疗、农业等各个领域的关键而基础部分。控制目的是使物理系统从初始状态到期望状态的转移过程。控制效果的好坏取决于控制系统的结构和控制策略。自动控制原理课程主要培养学生的系统思维、控制思想和问题解决能力。对于电子信息类专业的学生而言，自动控制原理是电子工程技术的基础，它是从事电子设计、计算机控制、物联网、智能家居等领域的必备知识。学生掌握了自动控制原理课程，可以很好地适应未来的工作环境，具有更广泛、更灵活的就业选择。 二、自动控制原理课程教学效果面临的挑战 自动控制原理课程对学生的综合能力要求非常高，仅仅靠书本知识是远远不够的。实践是检验理论的最佳方法，因此，教师需要带领学生从理论上解决问题，并真正学以致用，掌握实际操作技能。但是，现实的教育环境使得这一要求难以得到满足。一方面，学生的时间和精力有限，自主学习和个性化教
学难以实施；另一方面，传统的课堂教学模式已经落后于时代发展，对于学生与教师来说，都是非常枯燥和单调的学习方式。因此，应用现代化的教学手段，将自动控制原理理论知识与实践能力紧密结合起来，才能更好地提高教学效果。 三、自动控制原理课程教学效果探究 为了全面掌握学生的学习情况，发掘学习时存在的问题并及时解决，可以采用有针对性的教学方法，在课程设计、教学手段，以及考核方式上进行优化，并配合一些新型的课程辅助教学软件来提高教学效果。 1.课程设计。课程设计是自动控制原理课程教学的基础，它服务于整个教学过程的全面设计，包括课程目标、教学大纲、教学过程、考核方式等。在课程设计过程中，应根据学生的实际情况来确定课程目标，尽量让学生有感悟、深刻学习，从而真正掌握自动控制原理的实质。在教学大纲安排上，可以采取模块化教学方式，把课程按照难度和专业程度分成若干模块，根据学生自身兴趣和特长设置不同程度的教学内容和方法。针对传统课堂教学的弊端，可以在教学过程中增加互动环节，采用问答、讨论、论文答辩等方式，增加学生参与度，让学生积极参与进来。 2.教学手段。课程的教学手段不单单是教师授课方式的不同，还涉及了许多诸如教材、视频辅助、在线考试等方面的内容。针对自动控制原理课程，教学手段的选择是非常关键的。传统的教学方式往往过于理论化，接触实践的机会少，所以现在的教学手段多会采用一系列的辅助工具来帮助业内人员了解更多的实践经验。例如，可以使用仿真软件，为学生提供具体的操作实例，促进理论知识和实际应用的沟通；同时，可以适
“自动控制原理”反馈控制教学思想探讨 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。 “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
“自动控制原理”教学改革探究 随着现代科学技术的发展，自动控制已经成为工业、交通、能源等领域的基础、核心 技术之一。自动控制技术不仅有利于提高生产效率，还可以降低成本，提高安全性和稳定性。因此，“自动控制原理”作为大学教育中的重要课程，在当今社会中具有非常重要的 意义。为了探究“自动控制原理”课程的教学改革，本文从以下几个方面进行探讨。 一、课程目标和教学内容的调整 “自动控制原理”作为工科学生的重要专业课程，应该注重培养学生的综合能力和创 新精神。因此，课程目标和教学内容需要根据时代和社会的需求进行适当的调整。一方面，应该注重将自动控制的基础理论和实践技能进行有机的结合，同时加强对新兴技术的研究 和讨论，如人工智能、大数据等。另一方面，应该加强对学生的实践能力和创新精神的培养，激发学生的学习积极性和创造性，不断探究新的自动控制技术和应用。 二、教学方法和手段的创新 传统的“自动控制原理”课程教学往往是以理论课为主，缺少实践训练，学生学习兴 趣不高。因此，教学方法需要进行创新。一方面，应该运用多种教学手段，如概念讲解、 案例分析、实验研究等，使学生更好地理解和应用自动控制技术。另一方面，应该加强实 践环节的训练，如模拟仿真、实验设计等，帮助学生掌握实际操作技能和创新思维能力， 提高学习积极性和兴趣。 三、教师队伍建设和课程评估体系的完善 为了更好的实现“自动控制原理”课程的教学改革，加强教师队伍建设和课程评估体 系建设是至关重要的。一方面，教师需要不断学习和更新自己的知识，关注新的自动控制 技术和潮流，提高自己的教学水平和引导学生的能力。另一方面，应该建立完善的课程评 估体系，从教学效果、学生综合能力等方面对课程进行评估，及时发现问题并予以解决。 综上所述，“自动控制原理”课程的教学改革需要进行全方位的调整，从课程目标、 教学内容、教学方法、教师队伍建设和课程评估等方面进行精细化管理和细致化落实，提 高学生的学习质量和创新能力，为培养具备国际视野和竞争力的高素质工程人才奠定坚实 的基础。
自动控制原理实践教学的改革与探究-以基于MATLAB实时 控制的水箱液位控制实验为例 于建均;李慧杰;乔俊飞;杨金福;韩红桂;严爱军 【摘要】Automatic Control Theory is the core foundation course in theprofessional of information and control, its practical teaching program not only takes on the tasks of comprehending, consolidating, deepening the theoretical knowledge through the class teaching, but also is the link between theory and practical application. In the practical teaching program of Automatic Control Theory, Experiment System is constructed based on MATLAB Real-Time Control module: Controller is debugged in the Simulink Module of MATLAB, the control signal is sent to the physical object model by means of multi-function card PCI1711.This practical teaching methods could organic bond the theory knowledge and practical application. Not only Implemented control action to the physical object, but also avoided the complex programming problem in the traditional real-time control. The running and debugging of the system is succinct and visual, and the efifciency of experiment has been improved.%自动控制原理是信息控制类专业的核心基础课程，其实践教学环节不仅担负着理解、巩固、加深课堂教学理论知识的任务，同时也是理论与实践应用之间的纽带。在自动控制原理实践教学中，构建了基于MATLAB实时控制的实验系统：在MATLAB的Simulink下设计调试控制器，通过实时控制模块(Real-TimeWorekshop，简称RTW)将控制作用借助于PCI1711卡多功能卡送至物理对象模型以实现物理系统控制。该实践教学方式，实现了控制理论知识与实践的有机结合。既实现了物理对象
《自动控制原理二》课程实践考核实施方案 （一）实践考核方法 本课程实践考核分两部分：过程考核和终结考核。过程考核是依据实践教学安排与进度表，对学生的操作执行情况、学习态度等进行评定；本次过程考核为教师出下列六大作业题： 设计题一：单回路负反馈控制系统设计 一、设计目的 1. 掌握控制系统的设计与校正方法、步骤。 2. 掌握对系统相角裕度、稳态误差和剪切频率以及动态特性分析。 3.掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能。 4.提高分析问题解决问题的能力。 二、设计任务与要求 1.设计任务 设单位负反馈系统的开环传递函数为 用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计，使系统满足如下动态和静态性能： (1) 相角裕度45； e； (2) 在单位斜坡输入下的稳态误差为0.1 ss 2.设计要求 1）分析设计要求，说明校正的设计思路（超前校正，滞后校正或超前－滞后校正） 2）根据所学控制理论知识（根轨迹法）进行人工设计校正装置，初步设计出校正装置传递函数形式及参数。 3）利用MATLAB语言及simulink动态仿真工具，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，使其满足技术要求，并绘制打印出仿真框图、频率特性图（校正前系统的Bode图，校正装置的Bode图，校正后系统的Bode图）、根轨迹图及动态响应图。 4）确定校正装置的电路形式及电路参数。 三、课程设计报告格式 1、要求：独立完成课程设计报告，不得雷同； 2、课程设计报告内容： １）设计题目、设计指标要求； ２）设计原理及设计步骤：未校正系统各环节传递函数的测试方法，未校正系统的框图及性能指标的测试方法和有关数据、测试框图；整理并列表实验数据、曲线，校正网络的设计原理及计算机仿真（附有关仿真图）、电模拟图；校正后系统计算机仿真结果（附有关仿真图）；校正后系统的阶跃响应曲线及动态指标，静态误差等。 ３）课程设计主要仪器设备（注明、编号、型号、名称）； 4）课程设计过程中的遇到的问题及解决的方法； 5）课程设计心得体会 全面总结课程设计中自己所做的工作、心得体会，提出改进意见
南昌大学实验报告 学生姓名：黄佐财学号：6100308118 专业班级：电力系统082班 实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩： 一、实验项目名称：典型环节的模拟研究 二、实验要求 1．了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式 2．观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响三、主要仪器设备及耗材 1．计算机一台（Windows XP操作系统） 2．AEDK-labACT自动控制理论教学实验系统一套 3．LabACT6_08软件一套 四、实验内容和步骤 1)．观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示 （1）用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’和‘幅度控制电位器’构造输入信号（Ui）：B1单元中电位器的左边K3 开关拨下（GND），右边K4 开关拨下（0/+5V阶跃）。阶跃信号输出（B1的Y 测孔）调整为4V（调节方法：按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮，L9 灯亮，调节电位器，用万用表测量Y 测孔）。 （2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线。 （3）运行、观察、记录：（注：CH1选‘×1’档。时间量程选‘×1’档） ①打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V 阶跃），用示波器观测A6 输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。②改变比例系数（改变运算模拟单元A1 的反馈电阻R1），重新观测结果，填入实验报告。 2)．观察惯性环节的阶跃响应曲线 典型惯性环节模拟电路如图3-1-4所示。
（1）用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’和‘幅度控制电位器’构造输入信号（Ui）：B1单元中电位器的左边K3 开关拨下（GND），右边K4 开关拨下（0/+5V阶跃）。阶跃信号输出（B1的 Y 测孔）调整为4V（调节方法：按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮，L9 灯亮，调节电位器，用万用表测量Y 测孔）。 （2）构造模拟电路：按图3-1-4安置短路套及测孔联线。 （3）运行、观察、记录：（注：CH1选‘×1’档。时间量程选‘×1’档） ①打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测A6 输出端（Uo），按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+4V阶跃），等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到4V（输入）×0.632处，，得到和惯性的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得惯性环节模拟电路时间常数T。A6 输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。②改变时间常数及比例系数（分别改变运算模拟单元A1 的反馈电阻R1 和反馈电容C），重新观测结果，填入实验报告。 3)．观察积分环节的阶跃响应曲线 典型积分环节模拟电路如图3-1-5 所示。 （1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT），代替信号发生器（B1） 中的人工阶跃输出作为系统的信号输入（Ui）；该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。 ①在显示和功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度1 秒左右（D1 单元左显示）。③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 1V （D1单元右显示）。 （2）构造模拟电路：按图3-1-5安置短路套及测孔联线。 （3）运行、观察、记录：（注：CH1 选‘×1’档。时间量程选‘×1’档） ①打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测A6 输出端（Uo），调节调宽电位器使宽度从0.3秒开始调到积分输出在虚拟示波器顶端（即积分输出电压接近+5V）为止。 ②等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到0V 处，再移动另一根横游标到ΔV=1V （和输入相等）处，得到和积分的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。A6 输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。③改变时间常数（分别改变运算模拟单元A1 的输入电阻Ro和反馈电容C），重新观测结果，填入实验报告。 （3）运行、观察、记录：（注：CH1 选‘×1’档。时间量程选‘×1’档） ①打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测A6 输出端（Uo），调节调宽电位器使宽度从0.3 秒开始调到积分输出在虚拟示波器顶端（即积分输出电压接近+5V）为止。②等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到0V 处，再移动另一根横游标到ΔV=1V（和输入相等）处，得到和积分的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲
《自动控制原理》课程教学改革与实践 一、引言 《自动控制原理》课程是数学、控制与信息领域的交叉学科，其教学目的是使学生建立自动控制的概念，掌握自动控制系统分析与设计的方法，培养应用自动控制理论解决实际问题的能力。 近年来，在该课程的授课过程中多媒体课件的应用逐步地取代了传统的教学方式。因此课堂信息量大，课程进度较传统式教学要快，如何保证教学质量是较为突出的问题。其次，课堂教学枯燥，没有生机。数学推导较多，学生听起来乏味，不能激发学生的学 习兴趣。再者，考试并不能完全体现学生的系统分析与设计的综合 能力。还有就是理论教学和实验教学脱节。学生不能把理论教学内 容与实验内容有机结合起来。因此改进教学内容、教学方法和教 学手段，完善考核方式及其加强理论的实际应用对于提高学生理论 联系实际的能力，培养应用型人才具有十分重要的意义。 二、教学改革 （一）教学内容与教学手段相结合 在《自动控制原理》的授课过程中多媒体课件的应用逐步地 取代了传统的教学方式。在多年的教学探索中，笔者认识到，不要 盲目地追求先进手段，让多媒体等现代科学技术主导了原本丰富、多样的人与人之间进行的课程教学，而应该针对课程中实际的教 学内容需要，有选择地实现传统教学方式与多媒体教学、
MATLAB实验教学等现代教学方式、手段的高效结合，真正达到 提高教学质量的目的。 （1）多媒体教学负责课程知识结构展示和系统工作过程的动画演示。传统的全程板书式教学，过多的推导必定带来之前的部分 内容被擦去，出现在学生面前的板书永远只是“不完整的部分”。而在宏观教学为主导思想的课程教学中，多媒体就可以非常有效地解决这个问题，使课堂讲授始终不脱离主线。在自动控制原理实 际教学之初，通过生活、工程中实际应用实例的介绍引出控制系 统的基本结构、概念是整个教学过程的起点也是关键 点。在教学方式上，可以利用生动的图片、 flash 动画和视频资料的形式增强学生的感性认识，比如通过 flash 动画演示水位控制系统反馈调节的动态过程，让学生对控制产生直观形象的认识，不仅增强了教学效果，还激发了学生浓厚的学习兴趣。 （2）板书教学负责课程重点内容的具体分析。多媒体授课 在很多方面具有突出的优点，但是盲目地依赖和追求先进技术， 企图毕其功于一役。解决课堂授课的所有问题，无疑是不实际的。控制理论的课程内容多，复杂的数学推导和绘图往往使得学习能 力相对较差的学生感到吃力，多媒体每一页的内容容量有限，一 套理论的学习必定需要多页的讲解。比如，根轨迹绘制，近十条根 轨迹规则，十几页讲完，学生感觉内容多，不会用。这个时候就应 该将板书教学和多媒体教学结合起来。用多媒体显示大方向上的操作规则，用黑板演示具体题目的绘制过程，将具体题目和