综合除法毕业论文 第1篇
关键词：自动控制原理；对象性实验设计；模拟电路；二阶系统；频率特性
1 概述
自动控制原理是高等院校控制类专业的一门极为重要的专业基础课。其特点是教学内容抽象，数学含量大，计算繁杂，学生不易理解。而该课程实用性强、设计面广，因此实验教学成为帮助学生掌握自动控制理论的重要环节。搞好实验教学，选取合适的实验对象，不仅可以使学生对所学理论有更深刻的理解，同时也可以提高学生的学习兴趣。
2 自动控制原理实验内容设置
为了满足应用型本科的培养目标，我校课程设置实践环节比重较大，该课程实验设置24个学时。同时为了让学生体会到理论与实际的紧密关系，实验课程除了Matlab仿真应用外，增设实际对象操作实验。具体安排如下：
实验一：控制系统的数学模型（2学时）
实验二：典型环节模拟电路及其数学模型（4学时）
实验三：线性系统的动态性能分析（2学时）
实验四：线性系统稳定性和稳态误差分析（2学时）
实验五：典型二阶系统模拟电路及其动态性能分析（4学时）
实验六：线性系统的根轨迹（2学时）
实验七：典型系统频域特性分析（4学时）
实验八：线性系统的频率法串联校正（2学时）
实验九：线性系统的PID控制（2学时）
3 对象性实验的设计
学生对看得见、摸得着的东西兴趣较大，因此实验对象的选取在符合理论仿真的同时，需要具备可观察性和可操作性。上述实验内容中，实验二、实验四、实验七均采用实际对象进行实验，实验对象选择发光二极管或者电机（由于电机对于低电压有死区，因此制作了特殊的驱动电路）。
典型环节模拟电路及其数学模型
自动控制原理中典型环节为比例、积分、微分、惯性、比例积分和比例微分，研究这些环节的特性主要是观察分析它们的阶跃响应以及其参数的变化对环节的影响。该实验目的是让学生学会使用模拟电路构造典型环节，掌握其特性，并能根据响应曲线建立传递函数。使用实验对象观察这些环节的阶跃响应，比使用示波器直接观察波形更具演示性，而且学生也更容易联想到其他更多的实际对象。
实验过程先进行Matlab仿真，如图1所示，之后再进行实际对象电路搭建实验，如图2所示。
以比例积分环节为例，其模型相当于比例环节和积分环节的并联，其仿真原理图及结果如图3所示。由于仿真为理想情况，所以其输出特性只跟设置的仿真极限参数有关，阶跃设置滞后1秒钟（为了观察到无阶跃的情况）。
将电路连接好如图4所示，设置比例系数和积分时间常数后，闭合开关相当于给系统阶跃输入，电机将会以某一速度（由比例系数决定）缓慢提速（提速快慢由积分时间常数决定），当到达最大速度时（由电路饱和电压决定），速度不再增加。 对于发光二极管则是以某一亮度缓慢变亮，达到某一亮度后停止增加。为了让学生对实验结果有量的概念，将转速及光照强度在实验模块上设计电路测量并显示出来，进行记录，以便与仿真结果进行比对。
典型二阶系统模拟电路及其动态性能分析
该实验的主要目的是为了让学生掌握典型二阶系统模拟电路的构成，学会运用模拟电子元件构造控制系统；掌握二阶系统动态性能指标实测的方法；能够定量分析阻尼系数、自然频率与最大超调量Mp和调节时间之间的关系；学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。
典型二阶控制系统实验电路由一个非周期性环节和一个积分环节串联等效而成。在实验中为了实现参数的线性调节，非周期性环节使用一个积分环节的反馈回路构造。根据典型积分环节的模拟电路构成，得到如图5所示的二阶控制系统模拟电路。
该电路对应的方框图如图6所示：
由系统方框图推导出该二阶系统闭环传递函数为：
将该二阶系统模拟电路的闭环传递函数与典型二阶控制系统传递函数的标准式比较，可以得出二阶系统的阻尼比为，无阻尼自然振荡频率为。
同样将电路按照图2方式接入实验对象，可观察到改变阻尼系数（R2的值）后得到二阶系统的阶跃响应：无阻尼时，电机转速忽高忽低，呈振荡状态；欠阻尼时电机转速忽高忽低，但逐渐稳定到某值；临界阻尼和过阻尼时电机转速逐渐升高到某值稳定下来。其仿真原理图及结果如图7所示：
典型系统频域特性分析
该实验的主要目的是为了让学生加深了解模拟典型环节及二阶系统频率特性的物理概念；掌握模拟典型环节及二阶系统频率特性的实测方法；学会根据频率特性建立系统传递函数；了解实际频率特性与理想特性的不同，并确定近似条件。
频域特性分析的方法是对典型环节输入幅值固定、频率可变的正弦信号，观察输出的特性。由于实验对象本身不是纯比例环节，具有固有频率，因此要达到演示效果必须设置输入频率在对象固有频率范围内（小范围频率特性）。
以惯性环节为例（呈低通特性），输入频率较低的正弦信号，电机的转速也将按正弦规律高低变化，而且会产生相位差（由正弦的频率和惯性环节的参数决定）；当频率高到某值的时候，惯性环节输出电压驱动的电机两个方向的最大转速减小，相位差变大；当频率再高，惯性环节输出接近零，电机将不会转动。
4 结语
在自动控制原理实验中引入实验对象具有较强的演示效果，而且比较贴近于生活实际和工程实际。如此一来，不仅提高了学生对实验的兴趣，给学生留下比较深刻的印象，而且锻炼了学生的工程实践能力，在今后的学习和工作中可以很容易地联系到工程实际对象。该实验在我校已对两届学生实施，效果良好，目前正在进一步设计其他实验内容的对象化，使自动控制原理实验更具趣味性，以获得更好的教学效果。
参考文献
[1] 宋乐鹏.改革自动控制原理实验教学注重学生工程素质培养[J].中国冶金教育，2009，（1）：65-66.
[2] 刘艳.基于虚拟仪器的“自动控制原理”实验教学改革探索[J].林区教学，2009，（11）：9-10.
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[5] 胡寿松.自动控制原理[M].北京：科学出版社，2001：13-14.
综合除法毕业论文 第2篇
关键词：《微机原理与控制技术》；工程实践教学；兴趣导向；启发式教学
《微机原理与控制技术》课程是为满足计算机应用领域对计算机应用人才的需要而设置的，属于计算机科学与技术专业本科阶段的专业必修课程，也是相关工程类专业学生的一门重要课程[1]。该课程在我校机械设计及自动化、机械制造及自动化、机械测试等专业经过了长期的建设，在课程体系、实验设备、教学方法与手段、师资队伍、教材等各方面积累了较为雄厚的基础。主要教学内容由“微机原理”和“微型计算机控制技术”两部分结合而成。其内容包括微型计算机原理及常用接口技术、汇编语言程序设计、计算机控制技术等方面。该课程涉及的相关知识范围很广，如模拟电路、数字电路、自动控制理论和计算机相关内容。根据笔者以往教学效果的反馈和对学生学习情况的调研，本课程当前存在的问题有以下四点：（1）课程的知识内容繁杂冗长，理论性过强，连贯性和逻辑性不强，导致学生对该课程的学习感觉压力大，缺乏信心、耐心和兴趣；（2）汇编语言程序学过后，学生评价是晦涩难懂，不知道为什么学，做什么用，非常迷茫；（3）配套验证性实验内容阻碍了发散性的思维。（4）教学方法和考核方式陈旧导致学生习惯于死记硬背，以应试为目的学习这门课程。鉴于这些原因，必须进行《微机原理与控制技术》课程的教学改革。
一、改革课程知识体系，改良教学内容
1.坚持工程教育与创新教育相结合，加强基础，强化工程，激发兴趣。笔者在第一堂课上，展示美国“Big Dog”机器人视频，告诉学生该机器人涉及的微机控制相关技术；通过讲解NI公司的“铅笔自动分拣”视频案例，让学生对于检测环节、控制环节有直观的认识；另外，“电锯紧急制动”视频案例也生动、形象地凸显了微机控制的重要性。在第一堂课上就让学生看到该课程涉及到的技术的应用前景，体会到在应用该课程的知识解决具体工程技术问题的乐趣，进而提高学生的学习兴趣、积极性和学习质量。
2.教学体系改革。为了提高教学内容的系统性，在该课程之前要求学生先修《计算机基础》、《自动控制原理》、《模拟电路》、《数字电路》及《传感器技术与应用》等课程[2]。《微机原理与控制技术》课程的开设时间在上述课程之后，这样，课程理论讲解过程涉及到数制、拉式变化、电路的相关内容，学生已经比较熟悉，讲解可以侧重于离散化控制系统的相关理论，如Z变换、数字控制器的模拟化设计与数字控制器的直接设计上，注重理论授课过程与教学案例的结合，缩减纯理论的授课时间，实现与传感技术、自动控制、模拟电路和数字电路等课程内容的结合。该课程可以为后续“单片机原理与应用”奠定基础。配合该课程的理论教学，开设微机接口应用试验、步进电机实验、温度测控试验及工程训练内容，达到理论知识的灵活运用，巩固教学成果。
3.教学内容改革。“微机原理与自动控制技术”课程的任务是使学生在掌握微机原理的基础上，对以前所学电类课程知识有更加深入的理解和综合运用的能力，并对微机系统及其控制应用有足够的理解，为学生建立机电结合的知识结构奠定基础。具体教学内容安排如下：①微机原理与接口技术。该部分教学内容安排如下：微型计算机的基本结构及工作原理；半导体存储器的特点、分类及应用；可编程并行接口8255的功能与接口方法；可编程串行接口8251；可编程定时器/计数器接口8253；可编程中断控制器接口8259的功能及与8086/8088微处理器的中断配合应用等知识简单掌握；重点掌握A/D和D/A接口的程序控制；输入输出接口与过程通道的功能及主要分类；典型电路的使用；常用抗干扰技术的原理与应用；常用传感器工作原理及测量数据预处理技术。②数字程序控制和数字控制器的设计。首先以典型的矩阵式顺序控制器、继电接触控制、可编程序控制器及微型计算机顺序控制器为例讲述顺序控制。其次介绍数字程序控制原理，接下来讲述数字控制器的模拟化设计和离散化设计。重点讲述PID控制器，包括PID控制器的控制算法、数字PID控制器的改进、PID控制器的参数整定等。最后简单讲述工程中会遇到的最少拍控制、纯滞后控制、串级控制、前馈控制及解耦控制等。③计算机控制系统的工程实现。在计算机控制系统的工程实现中，摒弃原有的晦涩难懂、应用性不强的汇编语言程序设计，学生可以利用已学的《C语言》来实现汇编语言同样的功能。该部分授课以案例教学为主，讲解城市交通管理控制系统分析与设计，该案例让学生模拟实现；啤酒发酵过程计算机控制系统，重点让学生了解传感器、执行器等元器件的选型、控制算法的设计、系统接口电路的制作、硬件设计和软件设计。结合实际课题，讲解本人团队所研发的微型铣床的控制系统，带学生现场参观。通过这部分的学习，让大家知道该课程的工程实际用途。④增加实践教学环节，可以把“微机原理与控制技术”的实践教学分成实验教学和工程实训教学两个主要的环节。实验教学训练学生的创造力。设计一个基于微机的具有A/D和D/A功能的信号测控装置[3]。要求该信号测控装置能够接入典型传感器、变送器信号，同时可输出标准电压/电流信号，并满足抗干扰、通用性、安全性、性价比等原则性要求。工程实训教学依托工程训练中心和本人所在的科研实验室，让学生自主完成一个计算机控制系统的分析、设计、安装和调试。
二、提升实践能力的启发式教学方法研究
丰富课堂教学手段，梳理日常教学脉络，完善教学日历。探索一套与课程体系、内容和结构相辅相成的教学模式，以启发式教学为重点，采用先给出问题，再回到理论，最终落到工程应用和实际；先从个别现象，再到一般情况；先从添补必要的零散知识，再到构建出整体的知识系统，使学生从宏观上掌握这门课程的核心理念和应用环境，从微观上拥有运用这类知识的理念、方法和手段。尝试将实验设备和微机设备引入教室（或者将课堂转移到工程训练中心或实验室），辅以具体的项目案例，边讲解边演示边练习，产生情景教学的效果[4]。教学中摒弃“填鸭式”的教学方法，而采用“吸引式”和“诱导式”的教学方法。采用视频、动画、讲解、实训、讨论等多种教学方式，教学方法和教学手段根据课程内容灵活调整，以充分调动学生的学习积极性，提高学生的逻辑思维能力和实践动手能力，提高授课效率，并最终形成生动形象、手段丰富、与知识内容相匹配的多样化授课和学习方式。增加实际工程案例视频，增加各种创新小制作视频，丰富完善本课程的教学课件。广泛收集NI公司的视频资料、兄弟院校相关精品课件及工程实际案例等来不断丰富、完善本课程的多媒体教学课件[5，6]。在日常的教学生活中，分配好不同课时的教学内容和教学任务，针对具体的知识内容采用最有效的教学手段和教学方法，将教学改革具体深入到每一个课时的每一个单元的教学环节上，让整个教学流程脉络更加清晰，层次更为分明，最终达到以整体教学思路带动局部教学环节、以局部教学环节的完善提高整体教学质量和效率。本课程教学中的图表示例比较多，比如系统结构框图、系统动态过程的响应波形、基本单元的控制电路等，因此在教学中利用多媒体等手段，结合MATLAB工具进行仿真教学，不但可以增加教学的信息量，而且对插图和课程中的重点和难点反复地进行指点和回顾，便于学生理解和掌握课程内容。另外，学生可在计算机上进行仿真实验，观察控制效果，有利于提高课程的教学质量，增强学生解决实际工程问题的能力，也能节省实验设备的投资。
《微机原理与控制技术》是一门集理论、实践、应用于一体的核心课程，笔者通过学生调查问卷发现：现有的《微机原理与控制技术》课程存在教学内容庞杂、知识内容理论性过强、实践性不够、学生对重点和脉络难以把握、以死记硬背为主等问题。通过改革课程知识体系，改良教学内容，采用提升实践能力的启发式教学方法，完善配套的实验，切实提高了该课程教学的灵活性和开放性，有效减少了学生对该课程的畏难情绪，激发了学生对相关知识的学习兴趣，充分调动了学生的主观能动性，提高了学生的工程意识和实践能力。
参考文献：
[1]李春叶，秦文萍.培养学生创新能力的微机控制技术实验教学研究[J].中国电力教育，2011，（19）：140-142.
[2]陆锋，陈桂，林健.自动化特色专业控制类专业课程改革探讨――以“计算机控制技术”课程改革为例[J].中国电力教育，2011，（13）：58-59.
[3]侯一民，史冬琳.《计算机控制系统》课程设计改革研究[J].课程教育研究，2013，（9）：90.
[4]张雪征.微机原理与接口技术课程教学方法探讨[J].高等教育研究，2011，28（3）：37-38.
综合除法毕业论文 第3篇
关键字 理实一体化；顺序控制线路；项目；教学
顺序控制线路是电动机的基本控制线路之一的内容，在今后的工厂机床控制线路中应用较多因此是电、机电类专业学生应该掌握的重要内容。传统的理论教学和实践相分离的教学形式容易造成部分学生由此失去学习自信心和动手操作的兴趣。采用以项目为载体的理论教学与实践教学相结合的“理实一体化”项目教学方式，即通过完成项目任务，学习理论知识，训练实践技能。“理实一体化”项目教学有利于理论联系实际，突出学生能力的培养。本文主要阐述应用“理实一体化”项目教学模式讲授《两台电动机的延时顺序控制线路》的教学过程。
一、教学目标
1.认知目标
（1）掌握时间继电器的基础知识；
（2）能识读一般顺序控制线路的电路；
（3）熟悉线槽布线的工艺特点。
2.能力目标
（1）具备对一般电机控制电路分析修改的基础能力；
（2）会合理的设计一般电路的走线；完成线路布线；
（3）培养学生团结协作、相互讨论、自主学习的意识。
3.情感目标
（1）养成严格遵守安全操作规程的职业素养；
（2）在设计、操作中获得成功的喜悦和乐趣；
（3）激发学生探究其它电拖控制电路的兴趣
二、教学策略
1.学情分析
（1）学习能力。学生初步具备专业课程的学习能力，形象思维能力较强，逻辑思维能力较弱。
（2）知识技能。学生初步具备电拖电路识图和安装的基础知识，会常用电器的使用和电动机基本顺序线路的安装。
（3）情感态度。喜爱理实一体化的教学模式，对未来的工作岗位有一定的了解和向往。
2.教学模式
采用理实一体化模式在教学中突出以学生为主导，让学生在“做中学学中练”突出学生专业技能和职业素质的培养。
3.教学方法
采用项目教学法：细化项目、突出重点、化解难点，学生为主师生互动教学相长。
（1）析：复习引入；视频展示；提出任务；学生讨论分析制定工艺路线
（2）演：教师实操指导；多媒体演示；安全操作规程；工艺控制原则
（3）练：安全操作；工艺控制；完成布线；通电试车
（4）评：学生自评；小组互评；交流汇报；教师点评
4.学习指导
看、想、问、练
5.课时分配（共计5课时）
三、教学重、难点
1.教学重点
学生协作设计延时电路，完成控制线路的布线，通电试车。 2.教学难点
利用时间继电器改造电动机顺序控制线路，使其具有自动延时功能。
四、教学过程
1.项目准备
（1）班前教育，仪容仪表教育，强化学生培养良好的职业素养。
（2）准备实习器材。
2.项目引入
（1）通过复习基本顺序控制电路工作原理、时间继电器工作原理，引出新知识。
复习1：通过电动机顺序控制电路的原理图来复述其工作原理。
（2）合上QS，按下SB1，KM1线圈得电吸合，KM1主触头闭合，电动机M1启动，KM1辅助常开触头闭合起自锁作用。
（3）按下SB2，KM2线圈得电吸合，KM2主触头闭合，电动机M2启动，KM2辅助常开触头闭合起自锁作用。
（4）按下SB3，KM1、KM2线圈同时失电，主触头断开，电动机M1、M2同时停止。
复习2：时间继电器的工作原理和使用方法（机械式、电子式）。
（1）项目任务的提出：完成两台电动机顺序控制线路的延时改造。
工作任务――将M7120平面磨床的砂轮电动机和冷却泵电动机控制线路改为半自动化电路。半自动化控制电路的要求：
（2）按下启动按钮，冷却液电泵[M1]工作，8秒钟后，磨床砂轮电动机[M2]工作；
（3）按下停止按钮，两台电机同时停止工作。
（为了实现这一工作任务，模拟实际工作环境，将学生分成若干个学习小组，激发同学间的能动性和竞争感，从而达到培养小组成员间的团结协作能力和顺利完成任务得目的。）
3.分析任务，为突破难点做好准备。
（1）实现电路的延时功能，要使用什么电器？
（2）原来电路中的主电路要不要修改？
（3）原电路中的控制电路要不要修改？
（4）时间继电器线圈放在电路的哪个地方？
（5）电动机M2的控制按钮还要不要，怎么替换？
通过复习提问、启发思考创设情境小组观察讨论、协作设计线路。培养学生分析修改一般电机控制线路图的能力；提高学生相互协助、自主学习能力。
4.任务的讨论，设计：
由每个学习小组分析任务书要求，根据提供的基本顺序电路加以修改完善。教师逐个展示各个小组设计的电路，由学生通过对比，讨论，引导学生改正他们电路的不合理之处。如果学生电路虽然和教师提供的电路不同，但能实现工作任务，则可不改动。
5.项目实施
通过元件安装、布线、检查通电，完成项目。本过程学生实践，教师巡回指导。要求做好线路的自检和同学之间互检，充分体现了学习的自主性，有利于相互学习、取长补短，共同进步；每个小组在通电试车时会出现些常见的元件或者线路故障，要求同通过分析讨论自查自纠、排除故障，教师分别做好个别指导和重点讲解，引导学生完成实习。通过让学生完成线路的实际布线，从而提高学生的岗位技能，让学生在操作训练中获得成功的乐趣。在项目实施过程中突出教学重点
6.项目总结、拓展
（1）提炼、提高、提优，促进学生的知识内化。每个小组同学进行任务总结、项目评估。主要以自评与互评相结合的方式进行。项目完成以后，每位学生先对自己的任务进行评价，主要从原理图的设计、布线的工艺、走线的合理性、安全操作和通电试车等方面进行评价，在小组内互评。然后，请每个小组在班内进行展示与交流，以达到组与组之间互相学习、取长补短及共同提高的目的。最后教师对各个小组的任务进行讲解，肯定成绩，同时指出设计操作中存在的问题。
（2）知识拓展。①本线路还能不能继续完善？②已经学过的其它基本线路怎样实现延时改造？
在本课题中采用“理实一体化”项目教学后发现学生学习兴趣提高了，学习的自觉性和主动性增强，旷课和上课打瞌睡的现象很少。尤其近两年学生在自治区技能竞赛的成绩明显提高，在电气线路排故中用时短、准确性高。实践证明“理实一体化”项目教学比较好地解决了传统课程教学方式理论与实践脱节的一些弊端以及教与学的一些矛盾。“理实一体化”项目教学围绕了“职业教育学生要在做中学，教师要在做中教”的理念和要求，适应中职学生抽象思维能力欠佳、具体形象思维能力尚可的学习状况，实现了以能力为本位的课程教学，学生的实践能力提高了。学生就从以往被动地学习转为主动地学习，教师也从向学生灌输知识转变为引导和辅导学生学习。
参考文献：
[1]黄玉琳.对一堂“理实一体化教学”研讨课的剖析[J].现代阅读，2011.
综合除法毕业论文 第4篇
关键词：MATLAB/Simulink 自动控制原理 实验教学 改革
中图分类号： 文献标识码：A
《自动控制原理》课程是电子信息工程专业必修的一门重要专业基础课，该课程内容丰富，覆盖知识面广。《自动控制原理》实验是配合《自动控制原理》理论课程教学的一项重要教学环节，通过实验能够巩固自动控制基础理论知识，培养学生的实践技能、动手能力、分析问题和解决问题的能力，启发学生的创新意识和创新思维潜力，有效地提高教学质量。因此，加强《自动控制原理》实验教学在电子信息工程专业人才的培养过程中起着非常重要的作用。在江西农业大学电子信息工程专业的《自动控制原理》实验教学过程中，笔者利用MATLAB/Simulink实验仿真平台对《自动控制原理》实验课程的教学做了有益的探索和改革， 取得了令人满意的教学效果，本文对所取得的实验教学经验做出总结和探讨。
一、《自动控制原理》实验的特点及实验教学中存在的问题
1.《自动控制原理》实验的特点
《自动控制原理》实验是《自动控制原理》课程重要的实践教学环节，结合《自动控制原理》课程开设的《自动控制原理》实验，使学生理论与实践相结合，加深对控制理论的理解和认识，有助于提高学生分析问题和解决问题的能力，拓宽学生的专业知识面，为后续专业学习和工作打下扎实基础。通过实验，要求学生掌握《自动控制原理》的基本实验，学会独立观察、分析实验现象，记录、测取数据，整理和分析实验结果。
2.传统的实验教学中存在的问题
传统的《自动控制原理》实验中的大部分实验都是在自动控制实验箱上进行，由于学生一般在实验时对实验的基本理论和内容了解不足， 不仅实验过程中存在一定的盲目性， 而且常常难以对实验结果做出正确判断，这不仅增加了教师对实验教学的难度，学生分析和解决问题的能力也得不到有效锻炼;另外，《自动控制原理》实验中的部分实验在自动控制实验箱上难以开展， 如涉及线性系统根轨迹的绘制、Nyquist图和Bode图的绘制等，以前我们用自己开发的软件来完成相关实验，但存在交互性差、功能固定和使用不方便等缺点。因此，有必要改革《自动控制原理》实验教学方法，提高实验教学质量。
二、《自动控制原理》实验仿真平台的引入与实验改革的实施
1.《自动控制原理》实验仿真平台的引入
MATLAB语言是当今国际科学界尤其是自动控制领域最具影响力、也是最有活力的软件之一，MATLAB已经成为国际上最流行的科学与工程计算的软件工具，而Simulink是一种以MATLAB为基础的实现动态系统建模、仿真与分析的软件包。
随着计算机科学技术的飞速发展，MATLAB/Simulink已经在自动控制领域得到了广泛的应用，对此，我们尝试在《自动控制原理》实验中引入MATLAB/Simulink实验仿真平台，将软件仿真与模拟实验有机地结合起来，通过理论仿真与模拟实验的结果进行对比分析，不仅能让学生发现模拟实验中的问题，而且可以锻炼学生的动手能力，也能让学生掌握MATLAB/Simulink实验仿真平台在控制系统仿真中的运用，增强学生的学习兴趣，并为以后从事相关研究工作打下基础。
2.《自动控制原理》实验教学改革的实施
传统的《自动控制原理》实验一般采用自动控制实验箱，在实验箱面板上连接相应的典型环节，学生仅根据实验模拟电路图接线，缺少主动性和创造性。随着计算机科学技术的飞速发展，MATLAB/Simulink已经在自动控制领域得到了广泛的应用，特别是国内外许多大学已经采用当今世界先进的MATLAB/Simulink软件技术用于自动控制理论实验的计算机仿真。我校开设自动控制理论实验条件有限，采用自动控制实验箱很难满足自动控制理论实验课的教学要求，因此，我们从电子信息工程专业2010级开始，在《自动控制原理》课程中试点开设《自动控制原理》仿真实验。
（1）实验教学大纲的制定。根据电子信息工程专业培养学生目标，参照国内外名校该课程的实验教学方式，通过充分的调研，完成MATLAB/Simulink仿真自动控制实验的调试，在建立比较完善的基于MATLAB/Simulink的自动控制原理实验仿真平台前，制定了适合我校该专业的《自动控制原理》实验教学大纲，这是把握实验教学质量的重要环节，也是分析实验教学实际效果的重要依据，这一环节与实验教学相辅相成，为《自动控制原理》的实验仿真教学奠定了基础。
（2）实验教材的选择。针对我校电子信息工程专业学生特点，选择电子工业出版社出版，郑阿奇主编的《 MATLAB实用教程》为《自动控制原理》实验参考教材;仿真实验选用最新英文原版MATLAB 仿真软件，借助该软件实现计算机仿真《自动控制原理》实验，学生利用MATLAB/Simulink软件在计算机上仿真自动控制实验，增强了学生的研究能力和创新能力。
（3）实验项目安排。在《自动控制原理》实验教学过程中，按照实验教学大纲的要求，我们编写了基于MATLAB/Simulink的《自动控制原理》实验讲义，制作了《自动控制原理》实验教学课件，实验内容由简单到复杂。实验内容包括MATLAB基础应用;控制系统时域分析;根轨迹设计;控制系统频域分析;线性系统的校正以及自动控制系统的设计等，涵盖了《自动控制原理》课程的90% 以上的内容。
（4）实验授课方式与教学内容。针对我校实验教学条件，《自动控制原理》实验授课过程力求讲实效，循序渐进。实验授课方式以使用多媒体教学和对学生上机指导相结合，进行《自动控制原理》实验教学前，首先选用最新英文原版MATLAB ，介绍MATLAB/Simulink软件。实验教学内容以《自动控制原理》实验教学大纲要求为依据，注重理论与实践相结合，培养学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。《自动控制原理》实验仿真平台在保证经典实验内容的基础上，增加了设计性和综合性内容，使实验内容更加新颖而全面。实验采用英文原版MATLAB/Simulink仿真软件，借助该软件实现计算机仿真《自动控制原理》实验，增强了学生的研究能力和创新能力;MATLAB/Simulink软件为全英文界面，可培养学生英语思维能力，有效地把科技英语和自动控制实验教学相结合，使得实验教学效果在专业和外语两方面双赢，有效提高了教学质量。
（5）实验成绩的评定。《自动控制原理》实验考核方法采用实验操作占40%、实验提问占20%、实验报告占40%等综合评定;本课程共安排六个实验项目，实验成绩为六项实验总评成绩。实验总评成绩占《自动控制原理》课程总考核成绩的20%。实验教学结束后，进行了《自动控制原理》实验教学问卷调查，通过学生问卷调查，取得满意的实教学效果。
三、《自动控制原理》实验教学改革的成效
基于MATLAB/Simulink的《自动控制原理》实验仿真平台的创建与研究，广泛收集国内外著名大学《自动控制原理》实验教学方法，研究资料，制定适合我该专业具体情况的《自动控制原理》实验教学大纲，择选合适的MATLAB/Simulink软件和参考书，合理组织实验教学内容，建立科学的实验教学方法和考核体系。比较传统的《自动控制原理》实验，在我校电子信息工程专业采用MATLAB /Simulink的计算机仿真《自动控制原理》实验取得了以下实验教学改革成效：
第一，传统的《自动控制原理》实验一般采用自动控制实验箱，学生仅根据实验模拟电路图接线，缺少主动性和创造性。在《自动控制原理》实验中采用MATLAB /Simulink进行计算机仿真，通过可视化、互动的仿真《自动控制原理》实验，对学生学好《自动控制原理》课程，培养创造性理念和实践能力有积极作用。
第二，通过《自动控制原理》实验仿真系统，学生利用MATLAB/Simulink软件就能在计算机上随时修改实验参数，仿真自动控制理论各种实验，可大大提高实验效率，改善实验效果，调动学生的积极性和创造性，培养学生的分析、设计和调试自动控制系统的能力。
第三，《自动控制原理》实验仿真平台在保证经典实验内容的基础上，增加了设计性和综合性内容，使实验内容更加新颖而全面，不但可以提高学生学习自动控制理论的积极性，还可以激发学生的设计意识，有利于理论和实践相结合。
第四，采取新的实验教学体系，利用MATLAB/Simulink全英文界面软件，可培养学生英语思维能力，把科技英语和《自动控制原理》实验教学相结合，使得实验教学效果在专业和外语两方面双赢。
四、结束语
在我校电子信息工程专业《自动控制原理》实验教学中建立新的《自动控制原理》实验仿真教学平台，采用MATLAB /Simulink计算机仿真实验，不但可以提高学生学习自动控制理论的积极性，还可以激发学生的设计意识，有利于理论和实践相结合，对我校《自动控制原理》实验教学改革与提高有着十分重大的现实意义，进一步提高了我校电子信息工程专业该类课程的实验教学水平，更好发挥《自动控制原理》课程的带动作用，为国内农业院校电子信息工程专业该类课程实验教学提供了经验。
参考文献
[1]林怀蔚等.电子信息工程专业“自动控制原理”双语教学实践与初探[J].北京：高校教育研究，2009（7）
[2]林怀蔚等.电子信息工程专业“自动控制原理”课程教学改革探析[J].南昌：江西农业大学学报（社会科学版），2008，7（增刊）
综合除法毕业论文 第5篇
关键词 自动控制 MATLAB 仿真
中图分类号：G642 文献标识码：A
0 引言
在高职高专电气自动化技术专业中，自动控制原理课程作为核心专业课程之一，具有理论要求高、计算量大、知识点抽象的特点。在以往的教学中，主要是课堂理论讲述，习题讲解，加上实验手段相辅的教学方法，这种学习方法会使学生感觉到课程的知识点不仅枯燥，而且不容易理解，且计算量非常大，对于高等数学没有学好的学生来说，更是不容易掌握。同时，太注重于理论方面的深入学习也不符合高职高专培养技能应用型人才的特点。为了解决这一方面的矛盾，目前比较流行的教学方法是将MATLAB仿真软件引入到理论教学中，应用该软件的绘图及计算等强大功能，不仅能提高课堂教学效率，而且能通过仿真的工程应用环节，让学生更清楚地看到系统分析的过程及结算结果，将抽象的知识点具体化，能够提高学生的学习兴趣，改善教学效果。
1 MATLAB仿真软件
MATLAB语言是当前国际上自动控制领域的首选语言，它是美国Mathworks公司在20世纪80年代中期推出的高性能数值运算软件，具有功能强大、语言简单、扩充能力强、编程容易、效率高等特点。可以很好地解决自动控制原理课程教学中的大量数学计算和图形绘制问题。
在课程教学中，可以先将知识点进行讲解，然后选择一个与知识点相关的合适的工程实例，引入相应的 MATLAB 仿真内容，通过多媒体上的操作，引导学生在对基本理论知识点有一定认识的基础上，学会使用 MATLAB 软件，培养学生的工程应用意识，提高学生对知识点的理解程度，激发学习兴趣。
2 教学实例
以MATLAB仿真软件在连续控制系统的时域分析中的应用为例，介绍软件在教学中的作用。
某随动系统结构图如图1所示，分析系统的暂态性能指标。
若按照传统的做法，要分析系统的暂态性能指标，需先求解系统的闭环传递函数，再根据根据定义分别计算出各暂态性能指标：（1）超调量 %；（2）调节时间ts；（3）上升时间tr；（4）峰值时间tp。
用这样的方法分析系统，不仅公式难记，计算量大，容易出错，而且知识点过于抽象，学生不容易理解和记忆。
引入MATLAB后，通过简单的语句，先将系统闭环传递函数求出来：
然后，通过语句“step（g）”将系统的响应曲线求出来，如图2所示。
在图2中，可以清楚地看出系统是欠阻尼振荡电路，也可以直接得到系统的四个动态参数，不仅操作简单，而且由于MATLAB运算的结果是用二维图形显示的，使得教学效果生动、鲜明，可以加深学生对课本知识的理解，同时由于有了直观印象，也加深了记忆。
3 结语
将MATLAB仿真软件加入自动控制原理课程教学中，能有效地将理论与系统结合起来，将工程实践的求解步骤及结果融入课堂教学，增强了学生对知识点的理解和掌握程度，以及实践能力，符合高职教育的规律。因此，在自动控制原理课程的教学中引入MATLAB仿真，对提高教学效果，增强学生的实践操作技能，具有积极的意义。
参考文献
[1] 田思庆，王鹍，玄子玉.自动控制原理[M].北京：中国水利水电工业出版社，.
[2] 陈垚光等.精通MATLAB GUI设计[M].北京：电子工业出版社，.
综合除法毕业论文 第6篇
关键词：自动控制理论 教学改革 人才培养
我院是一所高职高专院校，培养适合市场需求的技术应用型人才，教研室针对我校生源数学基础相对薄弱的特点，明确提出“优化基础，淡化计算”的教学改革指导思想，根据实际自动控制工程所需的知识点对自动控制原理课程体系进行改革初探，以实现将专业基础课程融入专业课程，为专业课程服务的目标。
“优化基础，淡化计算”，即强化该课程为专业课程服务的理念，根据高职高专电子类专业的特点，以及在实际控制工程中的需求，来构建课程的知识模块体系，同时以人为本，根据高职高专学生的基础状况优化模块内容，适度引入学科新成果，根据实际控制工程的需求、后续专业课程的调整，控制本课程的知识点和知识深度，以培养学生的综合能力。
1、课程改革的原因分析
自动控制理论课程是高职高专类院校中自动化、电子、通信专业的重点课程，目前在教学中普遍存在问题，课程内容中的复杂运算使学生对本门课程普遍感到难以掌握，学习兴趣降低，未能达到预期的教学效果。
自动控制理论课程作为我院汽车电子技术专业的一门专业基础课，在本专业的课程体系中占据着重要的地位，是衔接基础课和专业课的一门纽带课程。本课程的教学内容涉及数学分析方法，要求学生的数学基础知识要扎实全面，但是我院学生的数学基础普遍较差，在学习过程中，遇到了很大的困难，因此导致学生学习兴趣下降，教学效果不佳。对于本门课程的改革势在必行。
2、课程改革的内容
自动控制原理对于高职高专学生来说，因为许多数学公式的抽象性往往成为他们的学习障碍。我们在设计教学方法时，按照“淡化计算，注重应用”的原则，力求找准高职学生的思维节奏，多角度全方位的建立自动控制原理的思维模式。
教学内容的改革
优化课程内容体系是化解教学难点的重要措施，我们的做法是：贯彻“优化基础，淡化计算”的教学改革指导思想，树立专业基础课为专业课程服务、以学生为本的理念，对课程的各章节进行独立化模块化处理，使其贴近学生。讲清每一个基本概念，让抽象概念现实化，讲解分析方法，使学生感到自动控制原理不再是一门纯理论的课程，增加学生对这门课的兴趣，淡化具体的计算过程，使学生感到本课程简单易学。
在理论教学中，以增加学生可接受度为目标，改革传统的讲授方法，我们教学中采用的典型方法有：
（1）感性化的基本概念。在介绍基本概念时，不再以严格“定义”的形式出现，而是通过实际控制系统直观感性的描述，辅助以各种背景材料，顺势引入，减少基本概念的抽象。
（2）抽象基本原理的形象化描述。尊重学生学习的习惯性和情理性思维，对基本原理的讲解，注重使用更加形象生动、通俗易懂的语言去演绎。
（3）突出重点，重视难点。教学实践中，对重点内容和重要的基本概念要多花点时间来讲解，力求讲透讲清楚，并且适时的加以回顾，使学生对重点部分的知识经常保持清晰的印象。对一些难点，注意讲解的逻辑性，以一条清晰的思路来引导学生，注重前后知识的连贯性，用前面的知识点为后面难点的化解作好铺垫。
教学方法的改革
在课程教学内容调整的基础上如何使学生的理论水平与工程实际应用水平都得到提高，从而培养学生的综合素质，我们在教学中尝试进行教学方法的改革与探索。
（1）采用启发式的教学强化主线突出重点
充分应用启发式教学来调动学生课堂教学的参与性和积极性。由于自动控制原理课程的理论性和抽象性，我们在教学中需要充分发挥学生的主观能动性，让学生自觉主动地获取知识，适当采用提问回答法，讨论法等启发式教学方法，提高学生参与的意识，调动学生学习的积极性，激发学生的求知欲望，引导学生去思考、联想和创新。
（2）贯彻少而精的原则激发学生的主动性
在课堂教学中注重教与学的互动过程，教师少讲精讲，鼓励学生自学课程的重点内容，然后进行课堂提问，对带有普遍意义的问题或难点的问题事先布置课堂讨论活动，是学生参与到主动学习中。为了更好的巩固和提高教学效果，要求学生在课余时间完成综合性题目，可以充分利用图书馆或网络媒体查阅文献，写出总结报告并在课堂上组织交流。
3、结束语
以上是我们对自动控制理论课程进行的探索和改革工作，在更新教学理念以及不断改进教学方法的基础上，加强教学过程管理，规范教学质量评价，从而保证了教学质量和教学效果。今后我们将继续对自动控制理论课程进行探索和改革使其更好地适应学生就业岗位对学生综合素质的要求。
参考文献
[1]赵四化，自动控制原理，西安电子科技大学出版社，2004年
综合除法毕业论文 第7篇
关键词：倒立摆；现代控制理论；综合实验
基金项目：本文系国家教育部第二批“卓越工程师教育培养计划”支持项目、内蒙古教育科学规划课题（课题编号：NGJGH08115）的研究成果。
“现代控制理论”是“自动控制原理”的后续课程，也是硕士研究生“线性系统理论”和“最优控制理论”等课程的基础课程，[1]作为内蒙古科技大学自动化本科专业的基础课和重点课程，“现代控制理论”的教学改革多年来一直受到教师和学生的关注。内蒙古科技大学是一所普通本科院校，学生普遍理论基础偏差，而现代控制理论对数学及相关理论的依赖较重，并且课程中抽象的概念偏多，[2]致使大部分学生在学习过程中较吃力。
倒立摆系统是一个绝对不稳定系统，具有高阶次、多变量、不稳定、非线性和强耦合性的特点，它是进行控制理论研究的理想平台，也是学习和研究现代控制理论最为合适的实验装置之一。[3-5]由于倒立摆系统的控制策略和杂技运动员顶杆平衡表演的技巧有异曲同工之处，极富趣味性，它能直观地表现出许多抽象的控制概念，如系统稳定性、可控性、系统收敛速度与抗干扰能力等。[4-6]同时，作为理想的自动控制领域教研与实验设备，它又能让学生在轻松的实验中非常直观、简便的对所学课程加深理解。[4，5]目前，国内外众多高校针对教学、科研及工程实践的需要，基本上都开设了“倒立摆控制系统”课程。[4]
内蒙古科技大学地处西部偏远地区，在综合考虑区域性学科发展、人才培养、教育科研及自动化专业课程体系建设需要的前提下，[7]组建了智能控制实验室，引进了深圳元创兴公司直线二级倒立摆（5套）和平面三级倒立摆系统（1套）。
本文针对实际教学中存在的问题，就一般普通本科院校学生该如何学习现代控制理论，提出了一种面向现代控制理论教学的倒立摆综合实验教学方法。
一、倒立摆实验系统的硬件构成及原理
倒立摆是指摆杆处于倒置不稳定状态，能够人为控制使其处于动态平衡的一种机构，由一个可以再水平轨道上自由移动的小车和倒置摆铰链而成。[5]以摆杆及小车系统为对象，在尽量使倒立摆保持垂直的同时，也要使小车在水平方向上保持某一基准位置，这是一个研究向小车施加水平方向力的控制系统的设计问题。[8]元创兴直线倒立摆实验系统就是完成上述目的的一个典型实验系统，由运动控制板卡、电控箱、机械本体和微型计算机几个部分组成，其原理框图如图1所示。
图1 倒立摆系统原理框图
直线倒立摆系统工作原理：控制器为电机，被控对象为小车及相连接的摆杆（控制器和被控对象构成倒立摆的机械本体，如图1虚线框），电机通过改变电机的速度来影响小车的加速度从而改变摆杆的倾斜角度来调整倒立摆的姿态。运动控制卡（安装于计算机机箱的PCI插槽上）采集旋转编码器数据和电机尾部编码器数据，通过计算就可以得到摆杆的角位移以及小车位移/加速度，然后根据控制算法计算出相应的控制量。控制量由计算机通过运动控制卡下发给伺服驱动器，由驱动器实现对电机控制，电机尾部编码器连接到驱动器形成闭环，从而可以实现闭环控制。
“自动控制理论”是内蒙古科技大学自动化、测控仪器及仪表、电气工程及其自动化等专业的理论基础课，但受各方面的影响，大多数学生对控制的理解还仅仅局限于考试的考点，而对于一个控制系统的实现往往没有具体的概念。通过对倒立摆系统的结构及原理的认识，可以让学生具体的了解一个控制系统的实现。从理论上的控制系统概念到具体的控制实现，改变了以往的教条模式，实现了理论与实践的结合。
二、现代控制理论综合实验教学改革
内蒙古科技大学现代控制理论教学大纲要求课堂教学32学时，实验8学时。为了改善学生对抽象概念及理论知识的认识，为了提高学生解决实际问题的能力，针对内蒙古科技大学大部分学生的基础水平偏差的现状及实验室现有的设备，对现代控制理论的教学做出如下改革：
1.优化教学内容，突出知识点
考虑到学生理论基础偏差，在教学过程中，在保证教学内容的严谨性和系统性前提下，不刻意追求定理证明中数学上的严密性，突出问题的背景和提法，强调贯穿于各章论述中的知识点，理论阐述力求简练和易懂。将所涉及的重要概念、理论和方法以结论的形式穿成各章内容的“知识点”。[1]如“可控性”，重点讲述概念产生的背景及提法、判据方法，而对其判据定理的证明则一带而过。
2.以倒立摆为课程应用背景，教学实验相结合
由于内蒙古科技大学学生考取研究生的比例偏少，而大部分学生的去向是工矿企业，直接参与就业，因此教学中对学生的动手能力及解决实际问题的能力的培养需要加强。结合内蒙古科技大学学生的实际，现代控制理论的教学以倒立摆系统为综合实验平台，课堂教学中以倒立摆为应用背景，将抽象的概念具体化。如围绕倒立摆“可控性”的概念，具体的讲述其相关的控制要求及控制量。实验教学中以被控对象为依托，加深对概念、理论及方法的理解。如在“倒立摆极点配置实验”中，以“摆体不倒，小车在原点”为控制目标的控制问题，理解和掌握控制性能指标与极点位置的理论关系，然后到极点配置算法的具体实施，让学生在实验中印证相关的理论及方法。
三、倒立摆综合实验内容及方法
针对内蒙古科技大学现代控制理论的教学改革，智能控制实验室根据现有的倒立摆实验平台开设了以下实验，从不同的角度训练学生解决实际问题的能力。
1.倒立摆认识实验（运动控制基础实验）
图2 直线一级倒立摆极点配置控制仿真模型
在讲述倒立摆系统结构、研究意义及必要性之余，提出了倒立摆系统的控制问题，让学生自主思考该系统的控制实现，需要测量的参数。围绕着控制信号、被控对象反馈信号的测量和现有的实验设备，自主设计测量方法。实验的目的是获取倒立摆系统的关键参数和熟悉编码器的基本原理。目标是使学生学会分析实际控制系统，掌握控制系统关键参数的获取方法，提高学生的动手能力。
2.倒立摆实验系统的建模
由于倒立摆系统的建模涉及较多的理论推导，如力学分析、数学推理及微分方程求解等，鉴于内蒙古科技大学学生的基础，直接给出了最后的相关的状态空间方程。如直线一级倒立摆的状态空间方程：
但在给出状态空间方程之前，先留给学生的问题是：一级摆、二级摆分别为几输入、几输出系统，相关的控制量和被控量分别是什么？有利于学生加深对状态空间方程的认识，同时也能更多的理解被控对象。
3.状态空间控制器设计与仿真
众所周知，倒立摆是一个不稳定的系统，容易通过对上述状态空间方程分析得到验证（系统开环极点为0， 0， ， ）。运用课程中所学的系统可控性分析方法，可知倒立摆系统是一个状态完全可控和输出完全可控的系统。在以往的考试中，极点配置问题的考题一般都是给定期望的极点，与考试不同的是倒立摆系统的期望极点没人给定，因此应引导学生对系统特点进行分析，得出控制性能指标的需求（较短的调整时间和合适的阻尼），进而计算相应的期望极点。根据控制器设计要求，并留有一定的裕量（设调整时间为2秒），选取期望的闭环极点：。进而，通过MATLAB仿真计算可求出反馈增益矩阵：，并得到控制量：U=kx，最后通过Simulink测试仿真效果，如图2所示。针对具体的问题训练学生对极点配置方法的运用，并通过MATLAB做相关的仿真，这样的教学方法有利于学生充分掌握课程中的知识点及相关概念。
4.软件实验平台实现
针对倒立摆的实时控制，实验室提供了Simulink实时控制平台和VC实时控制平台，学生只需将仿真时算出的K值写入相关的实验平台下即可观看实时控制效果，如图3所示。将K值的四个参数写到平台左下角对应的框内，即可观察摆的实时控制效果。在具体的实验中，只是简要的介绍下平台搭建的原理，而具体搭建只在毕业设计时做相关的要求。
图3 直线一级倒立摆VC实时控制平台
上述实验形成了一个有机整体，不仅可以让学生学到和理解现代控制理论的相关知识、概念及原理，同时也展示了一个具体的研究过程，对学生学习科研方法，进行课题研究和解决实际问题大有裨益。
四、结语
“现代控制理论”是一门理论性比较强的课程，抽象的概念和理论偏多。通过对倒立摆系统的结构及原理的认识，可以让学生具体的了解现代控制理论中的相关概念、理论及方法，并在具体的研究过程中，学习科研方法，提高解决实际问题的能力。教学实践表明，面向现代控制理论的倒立摆综合实验教学方法得到了多数学生的认可，并促使“现代控制理论”成为校级精品课。
参考文献：
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