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自動控制理論論文:淺談自動控制理論實驗教學研究

論文關鍵詞： 自動控制理論；實驗教學；創新能力

論文摘要： 對當前自動控制理論實驗教學方法與實驗儀器進行分析，提出教學方法和教學儀器的改革措施。通過開設新的實驗內容和研制新的教學儀器，使學生更好地完成自動控制理論實驗的學習任務，提高學生的綜合能力和創新能力。

“自動控制理論”課程是研究自動控制系統的共同規律，為自動控制系統的分析和綜合提供基本理論和基本方法的一門專業基礎課[1]。該課程是一門重要的測控類專業的基礎課，具有較強的理論性，與前續課程聯系緊密，知識面廣，學生不易理解掌握[2-3]。學好這門課程不僅可以為后續專業課的掌握打下良好的理論基礎，而且能在今后從事專業工作時，直接運用它去分析和解決實際技術問題。對于工程實踐具有重要的指導作用，受到人們的廣泛重視。在本課程的教學中，實驗教學對理論知識的理解、掌握、鞏固具有重要的作用。

1 當前實驗教學的不足

長期以來，傳統的實驗教學被一種固定的模式所束縛，教學內容陳舊，教學方法呆板，在一定程度上限制了學生的主動性和積極性，難以激發他們獨立分析問題、解決問題的興趣和激情，沒有體驗過從失敗中自己尋找成功之路的經歷，抑制了學生個性的發展，這樣不利于對學生創新能力的培養[4]。

1.1 實驗內容固定

傳統的實驗主要是按章節進行驗證性實驗，實驗儀器功能固定，實驗只能按照實驗指導書設計好的步驟進行, 學生被束縛在驗證性實驗中，對出現的相關問題缺少系統、多角度的分析，不利于學生創新能力的培養。

1.2 實驗時間限制

一般的實驗都要求在實驗室2個學時內完成，學生很難深入地把握實驗主要內容和方法，對實驗的目的、實驗原理無法理性地理解，更別提實驗中出現故障的排解分析，限制了學生的設計和創新，不利于鍛煉學生的綜合能力。

1.3 實驗儀器制約

實驗儀器過于固化，儀器設置上未給學生留下設計性和探究問題的空間。儀器組成以理論驗證為主，缺少實際控制系統各環節，特別是反饋部分的傳感部分，更不具備跟隨學科發展而開拓新實驗的延伸性。

1.4 實驗方法落后

實驗技術水平和內容更多地滿足于基礎性實踐環節，缺乏系統的綜合性、設計性和研究性實驗環節，以及缺少在利用多種現代實驗手段、方法和工具對實驗過程中的結果和現象進行深入分析研究方面對學生的引導。實驗過程主要完成連線操作、數據記錄等簡單的工作。

2 實驗教學改進

針對目前實驗教學的現狀，摒棄以往按部就班完成指定實驗步驟操作驗證形式，按照學生對科學的自然認知進度設置靈活變換的實驗內容。對實驗設置按多層次，從簡到難，逐步引導學生自主學習、合作學習、研究性學習，逐步走向從問題出發的探究、創新。同時，研究新的實驗教學儀器，開發配套軟件，保障實驗硬件滿足新環境下的要求。結合靈活的教學儀器改變教學方法，充分調動學生動手的積極性，引導其創新。

2.1 實驗內容設置

開設不同層次的實驗內容，既要滿足實驗教學的驗證、演示等基本功能，又要激發學生的興趣。

基礎實驗：根據給定實驗任務、方案和步驟，選擇并完成一定數量基本實驗；同時，通過調整實驗參數得到不同結果，增加思考空間。

綜合實驗：將各個基礎實驗環節有機結合在一起，各課程之間關聯內容綜合。

設計實驗：以任務的形式，給定實驗題目，允許學生按照自己思路選擇設計性實驗內容，引導學生學會設計和研究的方法。

創新實驗：自行命題實驗，將學生的構想通過儀器現有功能模塊來實現，在探究式學習中培養學生創新能力。

2.2 實驗儀器的改進

根據實驗內容的要求，開發適合本專業的教學儀器。儀器具有控制系統需要驗證的各種典型環節模塊、信號發生器模塊等基本功能，還結合工程實際將傳感器引入反饋環節，增加執行器件，構成完整的閉環系統。避免教學儀器箱只能完成信號源作為激勵，控制環節構成系統的不足。同時，儀器上的控制效果通過便于觀看的形式展示出來，讓控制過程可視化。儀器要預留出擴展接口，便于在實驗中添加新的模塊。儀器在結合計算機完成實驗的同時，又能獨立完成實驗內容，實驗配套軟件要能對硬件平臺對的實驗內容進行仿真和虛擬實驗。學生可以根據測試參量的不同選擇相應的傳感器，完成非電量到電量的轉換，對信號進行處理，結合控制理論完成創新性、設計性的實驗。

2.3 實驗方法的轉變

1）以學生為主體，開辟新知識領域，重視實踐能力的鍛煉；2）培養學生的綜合能力；3）科學知識和實驗能力培養上，建立系統、科學且開放的實驗教學體系，注重課程之間縱向和橫向的聯系。

結合開發的教學儀器，在實驗方法上除了基本的驗證性實驗，其他實驗按任務的形式給出，不對學生做過多的限制，留出學生思考、動手、創新的空間。充分利用計算機的計算、分析功能以及儀器配套軟件（采用數學工具matlab編寫的程序）在實驗前完成必要的仿真分析，讓實驗有的放矢，理論指導實踐。實驗既做到軟硬精密結合，又能相互獨立，兩者相輔相成。克服當前實驗中儀器平臺不能脫離計算機，配套軟件不能獨立工作，學生只能在實驗課中有限的時間內完成實驗的不足，讓實驗內容通過軟件可以在任意計算機上完成。

3 總結

對當前實驗教學過程中存在的問題進行分析和總結，從實驗內容設置、實驗儀器、實驗方法3個方面提出改進方法。自動控制理論來源于實踐，反過來指導實踐[5]。結合當前人才培養的趨勢，理論聯系實際，提高學生實踐能力，在實踐中發現問題、解決問題進而培養創新能力。

自動控制理論論文:自動控制理論應用于當代高校外語教學的簡要分析

摘要：隨著世界經濟的發展與全球化進程的推進，國與國之間的交流日趨頻繁，國家對外語人才的需求也與日俱增。提出的“一帶一路”發展戰略，也為我國外語人才的需要和要求提供了新的契機與發展平臺。在這種背景下，作為一名高校葡萄牙語教師，對外語語言教學，尤其是葡語語言教學方法的研究是尤為重要的。本文將通過跨學科知識引入的方式、以教學經驗中的葡語教學為依托，將外語教學進行分階段分析，希望能為當代高校外語教學提供一些新的思路。

關鍵詞：外語教學 自動控制理論 教學方法

一、當代背景與教學目標

在世界經濟飛速發展、全球化進程加速的今天，國與國之間的交流日益密切。我國自建國之后，與世界其他國家的交流也變得日益頻繁。為了盡快達到世界先進國家的水平，我們就要加強對外交流，學習外國的科技文化知識，打開自己的眼界，擴充知識，因而外語的學習與使用也變得越來越重要。2015年10月22日，在倫敦出席全英孔子學院和孔子課堂年會開幕式上講話時曾說：“語言是了解一個國家好的鑰匙。”語言，作為一種交流工具和民族符號，是與外界交流的基礎。此外，關于“一帶一路經濟發展帶”的規劃，也使得國家對外語語言人才的需求和要求增高，這也為外國語言學習者提供了一個平臺和契機。在這種背景之下，對于外語教學者而言，外語語言教學方法的研究是尤為重要的。

語言教學的目標就是通過對語言國家的語言、文學、政治、歷史等多方面的基本知識的教授，使學生能夠熟練使用所學語言，具備聽、說、讀、寫、譯的能力。然而，一門語言除了其自身的詞匯與語法之外，其形成與發展變化也與文化息息相關。因此，除了語言本身之外，外語的學習也受很多其他因素的影響和制約，例如本土文化與所學語言國文化間的差異、母語與所學外語之間的使用習慣差異等。因此在日常的外語教學中，不僅要注重對語言本身的教學，更要對語言國家文化知識的擴充，否則外語的學習將流于表面，出現即使聽得懂語言本身、卻無法理解其深層文化含義的現象。

二、傳統語言教學法簡介

首先，從傳統教學方式上來說，我將其分為三個教學階段：

及時階段，記憶階段，使學生對所學外語有框架概念。除英語之外，大學外語的學習對象大多都是零基礎學這門語言，因此，讓學生對所學語言有一個框架概念是教學的及時步。在此過程中，學生就像是剛開始學說話的小孩，處于“牙牙學語”階段，只需要使用記憶力，通過機械性地聽、跟讀、模仿等方式對所學語言的語音有初步的印象，不需要過多了解該語言的應用場合與文化含義。這個階段學生所要達到的水平可以通過下面所列舉的能力進行考察：語音語調、詞匯的拼寫、簡單的問候對話、能夠聽懂語速較慢的日常對話。若上述要求均可達到，則可進入到第二階段的學習中。

在第二階段中，我們需要引導學生從知識認知階段轉換到技能提升階段。在學生對所學語言有了初步了解之后，我們需要引導學生從簡單地明白詞語、句子的意思轉變到可以應用這些句型在特定語境中能夠較為流暢地表達出來，并且可以進行簡單的應用對話。例如，運用所學語言簡單模擬超市購物、詢問價格、物品信息、詢問簡單的出行路線等。在具備這些能力之后，就可以進入到第三個階段的學習了。

第三階段就是語言應用階段。經過前面兩個階段的學習，這個階段的學生已經對所學語言的語音語調、句型語法等，有了較為的了解。因此，這個階段的教學注重對學生語言運用能力的培養。此階段所開設課程大致為筆譯、口譯、新聞視聽說、報刊閱讀、寫作等。注重于學生對語言在各個語境下的熟練使用，注重學生聽、說、讀、寫、譯能力的綜合培養。

雖然使用傳統教學方法中的記憶――提升――應用這一教學程序可以幫學生打下扎實的語言基礎、使學生掌握所學語言的基本規律，但是這種以講授為主的教學方法也會使得學生在后期語言的應用中存在些許弊端，學生的聽、說能力往往不及同等階段的讀、寫能力，學生對母語的依賴性較強，對所學語言國家的文化了解甚微，往往無法熟練地在母語與所學外語之間進行轉換。

三、自動控制原理在教學中的應用

在各類教育方法推陳出新的今天，跨學科領域的教學模式可以給當前的教學模式提供一些新的思路。在不同的學習階段，學生掌握知識的程度和水平是發展變化的，教學方法也需要根據學生的學習進步水平而進行同步調整。鑒于此，在語言教學中，我們可以按照學生對知識的掌握程度、將教學分為以下幾個階段，以便于我們在不同時期對教學方法進行調整。在工程設計中，自動化控制理論中的單閉環控制系統與之有相似之處。下面，我將借鑒單閉環控制系統，建立模型，并將其引用至外語教學的方法中。具體控制框圖如下所示：

將學生學習的初始狀態定義為輸入量，學習狀態定義為中間可控量，學生當前的學習狀況等價模擬成系統的輸出以及觀測量，教學方法的{整就是這個系統的核心控制部分，這部分就是執教者的決策部分。在此我簡單地將學生的學習狀態分為四個階段：及時階段，粗通皮毛使用程度；第二階段，技能提升階段；第三階段，語言與文化融會貫通級使用程度；第四階段，自主研究學習階段。下面我將對這幾個階段進行簡要介紹：

及時階段：粗通皮毛使用程度。這一階段比較好理解，就是我們傳統意義上的入門級階段。以葡萄牙語學生為例，學生都是零起點學葡萄牙語。因此處在及時個階段的學習中，學生只需對葡萄牙語這門語言有一個初步的認識，掌握字母表的讀法、音節的拼讀與發音、模仿簡單的日常問候、造簡單句等。所學課程大致為基礎葡萄牙語、語音訓練、會話等基礎入門課程。此時學生對所學語言的新鮮感較強，學習熱情高，教師基于此進行比較愉快的教學，不必將太復雜、太深入的知識在這個階段展示出來。在這個階段中的執教者相當于一個引路人，先將學生的興趣愛好提升起來，將語言基礎打好，然后再向第二個階段邁進。同時要強調的一點就是，過渡期的轉換是十分重要的，這要求執教者有著較為敏銳的觀察辨別能力，貿然轉換無異于將米飯弄夾生，再想重新有好的開始就是很難的一件事情了，在此也要提醒執教者在每一個教學階段轉換時要慎重考慮。

第二階段：技能提升階段。以上一階段為基礎，這一階段的教學注重學生對所學語言的基礎知識的提升。以葡萄牙語教學為例，這個階段所學課程大致有葡萄牙語精讀、泛讀、視聽說、會話。需要注意的是，在這個階段中，學習內容會變多變深，學生會逐漸開始感受到母語與所學語言的差異，對于語言學習的新鮮感與熱情較及時階段會有所下降。因此，在以執教者教授為基礎的教學模式之下，可適當加入學生與教師的身份翻轉環節，鼓勵和引導學生獨立思考和自主學習，嘗試著在不同場合和語境下使用不同的表達方式，以積極的方法和心態迅速提升外語技能，熟練掌握所學語言的規則與用法，為下個階段的學習打好基礎。

第三階段：語言與文化的融會貫通階段。在這個階段中，學生已經掌握了基本的語言能力，基本口語與翻譯能力已經達到了一個較為良好的狀態。學生進入到這個階段后，已經可以脫離執教者的技能方法教學了，因此在這個階段，執教者的角色應慢慢淡化，轉而為引導者，并在教學過程中增加學生的自主創新與學習的比例。語言是文化的寫照。對于語言學習者來說，不僅需要學好語言本身，更需要對語言國家的文化和自身母語國家的文化都有一定程度的了解，了解這種語言文字下的文化深意。因此，第三階段對于執教者而言是一個較為艱難的階段，這個階段主要應該對學生進行語言國家文化、母語與所學外語使用習慣的差異、語言國文化與自身國家文化之間的差異教學，培養學生的跨文化溝通技能。而這種教學就需要執教者不僅具備較為扎實的本國文化底蘊，同時也應具備所學語言國家的文化底蘊，引導學生體會、比較、分析兩國文化的異同。因此執教者好有對語言國家文化進行過學習與研究、并具有在國外學習生活的經歷，這樣才能夠為學生更好地營造與講解語言國家的風土人情與文化。一個執教者正確的引導不僅可以使學生認識與理解語言國家文化，同樣也可以將所學語言與文化融合起來，理解語言中的文化深意，而非僅僅學習語言本身。這個階段的專業課就不止停留在語言本身的教學上了，而應注重對語言的應用和對語言國與母語國文化的了解。這一階段的教學可以與語言國家的外籍教師協作進行，所開設課程可以增加中國文化課、語言國家文化課、語言國家歷史與國情課、跨文化溝通課、跨文化翻譯課、口譯課等。

第四階段：自主研究學習階段。此階段需要學生有一定的海外留學經歷并且具備一定的科研能力，才能夠達到。對于這個階段更好的描述應該是一個讓學生從被教育者轉換為執教者和研究者的過程。在學生進入這個階段之后，就可以與當前的執教者進行學術探討與文化研究，就會對所學語言有自己的見解和理念了。

將教師的教學方法整合調整定義為系統的負反饋系數，此處進行負反饋的原因是因為通常情況下教師的教學進度或者對于學生當前學習狀態的預估會有一個超前的偏差，這個負反饋系數就是為了減緩教師教學進度，改良教學方法而引入的，這里執教者就相當于該控制器的核心處理器。聽、說、讀、寫、譯等為系統的外部正因素干擾，這幾個因素都能夠使學生的學習狀態向著前進的方向發展。但是在語言教學方法不斷推陳出新的今天，這幾項只能算是基礎的硬性外部影響，執教者同時還應該重視對學生興趣、語言學習的目的性、語言學習中外國文化的熏陶，如果前者屬于傳統意義上的硬件，那么這三點就應該屬于是軟件，二者缺一不可。在教學的不同階段它們所起到的作用也是不同的，前者在學生的前期打基礎階段是十分重要的，但是當學生的基礎知識已經很扎實之后，執教者就應該將教學影響帶入到后面的教學模式中，通過興趣、語言技能的作用以及文化渲染等讓學生從被教育者逐步轉換為主動汲取語言的知識者。這里所列舉的兩類主要正向影響因素在學生進入學習狀態的不同時期所占有的比例也是不同的，因而在上文中提到的四個階段中，這里的兩類影響因數的系數也應該作出相應的調整與改變。通過該模型的建立我們可以清楚地看出，語言教學的過程中充滿了不確定因素，任何一個因素出現問題都將使正常的教學受到影響，作為一名語言教師，我們應該通過科學的控制手段來解決這些問題。在教學過程中我們要給予學生“主動做”的引導，無論能不能說、會不會說，是否有錯誤，都要大膽地表達出來。語言就是一門應用技術，使用的次數越多則越能夠靈活地將語言運用恰當。如果能夠不斷地讓學生在班級這個群體下將外語學習變成一個語言氛圍，讓學生每節課都能感受到語言國的語言文化氛圍，那么執教者的教學目的也就達到了。因此在我的教學理念中，我著力于建設班級的語言文化氛圍，一旦進入到這個語言空間之中，就要暫時忘記自己的母語，所有學生都要模擬這樣的方式，產生空間上的錯覺，語言上的錯覺，在這樣的教學環境中，學生將能夠更快地進入到自己的角色之中。經過一段時間的模擬訓練，學生的語言能力將會有大幅度的提升。

在這樣的教學模型下，執教者還應將大量數據進行分析處理，將這些模糊的信息處理成一個較為系統的數學模型，這樣就可以對這個模型進行完善。傳統的語言教學都是較為模糊的，我們可以借鑒工科的數學模型，將語言教學也進行量化處理，這樣就使得教學變得有據可尋。我們也可以對語言教學中的量化作出較為細致的劃分，將語言學習量化成一個公式表格，這樣會將語言教學從抽象化轉變為可視化的教學模式，知識、技能、教學參數等都是該模式中不可缺少的變量。語言教學本來就是一個時時變化的過程，絕非一成不變的，在這個動態過程中，執教者就要通過上面所提到的各種變量，綜合考慮當前教學狀態的定位。這樣才能作出較為恰當的教學調整。

四. 結語

語言是交流的基礎和工具，它以文化為依托，根據時間和空間的不同，具有很大的靈活性。成功的外語教學應該注重聽、說、讀、寫、譯的綜合應用，并通過激發學生的語言興趣以及語言學習目的，不斷給學生注入語言國文化的深層次意義。不能將基礎教育階段的應試教育模式代入到的高等學校教學中去，否則大部外語學習者的外語水平將停留在讀、寫層面，無法成為高質量的綜合型外語人才。對于以外語為專業的大學生來說，工作后需從事的翻譯與交流不僅僅只停留在日常交流層面，因此，對于外語本身的x、寫兩項能力已經不能滿足日后工作的需要。這就需要教師在教學中的引導，使學生具有對于語言國文化的了解以及對于語言在不同語境和文化交流中的活學活用與創新。此外，在教學過程中，我們應盡量避免采用單一的教學方式，尊重語言的靈活性及其與文化的關聯，引導學生靈活、地掌握所學語言。語言最終的運用也同樣可以建模成為一個閉環的控制系統，只是這個控制系統的核心控制器將變換為學生這個本體。高校外語教學改革已經成為語言教學發展過程中的必然，新的教育理念和教育方法也是改革的內容。采用結合自動控制理論來指導當前的語言教學是本論文中所著重強調的一個新觀點，也希望能夠得到廣大語言教育工作者的批評與指正。

自動控制理論論文:思維導圖在自動控制原理和現代控制理論教學中的實踐研究

摘 要 本文針對“自動控制原理”和“現代控制理論”課程中的主要教學內容和實驗環節提出了相關內容的整體思維導圖，采用該方法引導學生開展發散探討式學習，通過課堂實踐表明，基于思維導圖法的教學方法，提高了學生思維能力和創新能力，加深了學生對基本概念和原理的理解，從而提高了教學質量和學習效率。

【關鍵詞】自動控制原理 思維導圖 教學改革

自動控制原理是高校自動化、電氣和機械及相關專業的一門重要專業基礎課，是研究有關自動控制系統中經典控制的基本概念、基本原理和基本方法的一門課程，也是許多高校研究生的入學考試課程。自動控制原理課程的概念、公式比較多，整體系統性較強。傳統的板書和多媒體很難達到教學的目的，學生在掌握過程中出現記不住公式，所學的內容很難貫穿聯系在一起，從而達不到學習自動控制系統的目的。現代控制原理這門課程是自動控制原理的后續發展課程，其主要內容為系統的現代控制理論，涉及了大量的數學矩陣運算，并且目前我國大多數高校采用經典控制和現代控制分別授課的方式教學，忽略了兩者之間的聯系。

筆者基于多年自動控制原理和現代控制理論的教學實踐，將兩門課堂內容和實驗環節融合在一起，提出了基于兩門課程主要內容的整體思維導圖，并取得了良好的學習效果。

1 思維導圖的作用

思維導圖是通過色彩、圖形等圖文并茂的形式表達一種發散性思維的有效圖形，可以達到增強記憶效果的目的，這種圖文并重的形式可以將復雜的主題關系用層層的圖形表現出來，這樣相比傳統線性記錄方式，思維導圖更加注重關鍵詞之間的邏輯關系和層級關系，以豐富的上下級圖形聯系體現課程中繁瑣的基本概念間的內在邏輯。與大腦的自然思維方式相類似，符合腦神經和多感官的學習互動模式和特性，因而特別有利于探討式教學中激發學生的創造性思維。

2 思維導圖的實施過程

自動控制原理課程的主要內容為經典控制，主要研究對象是單輸入單輸出的線性定常系統，也是控制系統中最簡單的控制系統。課程的主線是：控制系統數學模型控制系統分析（穩定性、動態性能、穩態性能）控制系統綜合和設計（講述自動控制基礎理論以及自動控制系統設計方法等）。

2.1 創建思維導圖

筆者從概述、控制系統組成、數學模型、線性系統分析方法、穩定性分析、采樣控制系統、非線性系統分析、線性系統綜合這幾個方面建立控制系統思維導圖，基本囊括了控制系統的主要知識點，如圖1所示。

及時部分：概述，從控制系統發展史、控制系統基本結構、概念、類型、系統組成這幾個方面讓學生對自動控制原理有整體的認識，并提出問題：自動控制系統和現代控制系統分別研究控制系統的類型是什么？第二部分是自動控制系統的數學模型，該部分為控制系統重點內容之一，建立數學模型思維導圖子圖，數學模型的主要的四種類型（包括現代控制理論）及之間的相互聯系：時域模型為微分方程，其中微分方程的建立是自動控制原理的重點；復域內數學模型是傳遞函數，要求掌握傳遞函數的求法及典型環節的傳遞函數、由傳遞函數與結構圖和信號流圖之間相互轉換，由梅森公式求解傳遞函數；第三種為頻域內數學模型，要求掌握典型環節頻率特性和開環頻率特性。第四種為現代控制理論數學模型――狀態空間表達式。

控制系統思維導圖第三部分是線性系統分析方法，線性系統分析方法同樣有四種，及時種為時域分析法。第二種為根軌跡法，如何繪制跟軌跡是根軌跡法的重點。第三種為頻域分析法，該方法主要掌握極坐標圖和bode圖的畫法。第四種是現代控制理論中線性系統能控性和能觀性分析。

控制系統第四部分為穩定性分析。線性系統穩定性分析有在時域內進行穩定性分析――勞斯判據；用根軌跡法進行系統穩定性分析是通過根軌跡在S平面的位置判定；頻域內進行穩定性分析――奈奎斯特穩定判據1和奈奎斯特穩定判據2；現代控制理論中多輸入多輸出系統進行穩定性分析方法――李雅普諾夫及時法和第二法。

2.2 階段性復習

控制理論的發展初期，是以反饋理論為基礎的自動調節原理，主要用于工業控制。反饋理論用于反饋控制。反饋控制是一種最基本最重要的控制方式，引入反饋信號后，系統對來自內部和外部干擾的響應變得十分遲鈍，從而提高了系統的抗干擾能力和控制精度。但是，經典控制理論盡管具有很大的實際運用價值，但是其也有明顯的局限性。現代控制理論的產生正是為了克服經典控制理論的局限性。相反，現代控制理論中講授的狀態空間分析法，系統的動態特性是由狀態變量構成的一階微分方程組來描述，能夠反映系統的全部獨立變量的變化，從而能同時確定系統的全部內部運動狀態。

3 結論

鑒于自動控制系統課程的內容廣、理論性強、知識點更新快、數學公式多等特點，思維導圖為學生提供了快速學習的有效手段，作為自動控制原理教學改革的嘗試，通過教學實踐，筆者有以下體會：思維導圖作為一種類似大腦思維方式，她能夠使人的思維實現較大化的開發和利用；思維導圖可以激發學生的想象力和創作力，它可以通過聯想、類比、辯證等思維方式，使學生的在思考問題的時候更加。

作者簡介

楊揚，女，碩士學位。現為中國石油大學勝利學院 機械與控制工程學院講師，主要從事電氣及自動化專業。

作者單位

中國石油大學勝利學院機械與控制工程學院 山東省東營市 257061

自動控制理論論文:數字仿真技術在自動控制理論課程教學中的應用

摘要：針對自動控制理論課程理論性強、概念抽象、計算復雜等特點，利用MATLAB軟件將數字仿真技術應用于自動控制理論課程教學中，給出了教學中的典型應用實例，使教學直觀形象，加深了學生對自動控制理論的理解及所學知識的融會貫通。

關鍵詞：自動控制理論；數字仿真；課程教學

TP391.7；TP13-4

一、引言

自動控制理論課程是自動化專業學生的一門最重要的專業基礎理論課程。通過學習該課程，使自動化及其相關專業的本科生掌握控制理論的基本知識，學會控制系統的建模、分析及設計方法。自動控制理論課程理論性強，所學知識抽象，要在短時間內使學生深入系統地學好課程，就需要改進教學方法和教學手段，提高教師授課水平和教學能力。

為了更好的激發學生的學習興趣，提高教學質量，對該課程采用計算機輔助教學，將Matlab引入到自動控制理論教學中，將自動控制理論中的基本概念和原理用圖形化方式展現，以便對控制系統進行仿真與分析，加深學生對基本概念和理論知識的理解，激發學生學習自動控制理論課程的積極性，使抽象的理論變得形象具體，起到良好的教學效果。

二、自動控制理論教學方法現狀

自動控制理論課程的內容豐富，涉及自動控制系統的基本原理、控制系統的數學建模、線性系統的基本分析方法、線性系統的設計校正方法、線性離散系統的分析與校正以及非線性控制系統分析等。傳統的自動控制理論教學方法是教師在課堂上通過板書及多媒體教學的形式講授理論內容。通過 “填鴨式”教學，更多地注重于公式的推導、基礎理論的學習。正是由于這種死板的教學方法，使絕大部分學生感到課程內容抽象，難以理解，影響了授課效果。

自動控制理論課程在講授過程中需要繪制的圖形較多，常規方法費時費力，一般只能定性地繪制出概略曲線，從而影響了學生的理解，難以激發學生的學習興趣。因此，如何在有限的課堂教學中盡可能多的把知識有效地傳授給學生，就必須有效地利用各種教學方法，讓學生對自動控制理論有具體直觀的理解，才會起到事半功倍的效果。因此，教師如何選擇、組織、處理教學內容及教學方法，對于提高課堂教學效果具有重要作用。教師在教學的過程中，要對各種教學現象進行分析和歸納，對教學內容和方法做出適當的調整，使之更加適應學生學習的需要。

三、運用現代化教學手段，提高教學效果

為使學生能夠正確理解有關控制理論的基本概念，掌握分析自動控制系統性能的基本方法并初步具渥酆仙杓平霞虻プ遠控制系統的能力，不但需要選擇合適的教學內容，還必須著眼于教學方法和教學手段上的改進。要注重現代教育技術手段的應用，合理地運用現代信息手段，以提高教學效果。

隨著計算機技術的發展，計算機多媒體技術在自動控制理論課程教學中的應用，使得課堂教學變得形象生動。但是由于自動控制系統實例的復雜性，不能在一般的多媒體教學軟件中加入自動控制系統實例，所以現有的計算機多媒體教學軟件并不能從根本上解決加深學生對課堂所學內容的理解問題，以及將系統響應曲線及各項指標清晰地展現在學生面前。

因此，將理論授課和數字實驗仿真技術相結合，使學生直觀的看到仿真結果，得到控制系統輸入與輸出之間的關系，從而對所學內容有較深的了解，融會貫通，提高理論課程的授課效果。

1.數字實驗仿真平臺選擇

MATLAB 是美國MathWorks公司出品的商業數學軟件，用于算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。

MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。簡單的編程環境提供了比較完備的調試系統，程序不必經過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現的錯誤及進行出錯原因分析，極大的方便了用戶。

在自動控制理論課程中常采用各種圖形進行分析，這些圖形需要分析、計算、描點等過程，常常花費大量時間。因此，將MATLAB用于自動控制理論教學過程中，可方便的應用MATLAB中Simulink工具建立控制系統模型，調用控制系統工具箱中的有關函數命令對系統進行時域分析、頻域分析、非線性環節特性分析等。采用MATLAB語言只需一條指令即可得到，并且可以幫助學生將抽象的知識具體化，也更容易讓學生理解。

2.基于MATLAB數字實驗仿真在控制系統分析中的應用

在時域分析中，控制系統動態響應的性能，通常用系統對單位階躍輸入的響應所定義的各項指標來表征。典型二階系統的階躍響應是時域分析中的一個重要內容（高階系統可在一定條件下轉化為二階系統來處理），系統動態響應性能指標通常用上升時間（ ）、峰值時間（ ）、超調量（ ）、調節時間（ ）等指標來描述。阻尼比 不同時，系統對輸入信號的響應也將呈現不同特性，而用MATLAB可以很輕松地描述響應曲線。只需要將Simulink中的參數稍微修改就可以很方便的描述單位階躍響應。下面以典型二階系統舉例說明，單位反饋控制系統開環傳遞函數為 。

設給定系統的結構圖如圖1所示。

利用MATLAB繪制出不同k值下的系統單位階躍響應曲線，如圖2所示。分別取k=0.4，0.8，1，2，4，6從圖中可以看出，隨著k的增大，系統的單位階躍響應曲線從單調無超調上升過程變成了震蕩收斂過程；隨著k繼續增大，阻尼比 越來越小，震蕩幅度越來越大。

利用MATLAB畫出上述系統的根軌跡。在MATLAB的命令窗口中輸入模型 ，然后調用rlocus（）函數，即可在圖形窗口中顯示出系統的根軌跡圖，如圖3所示。

用鼠標點擊圖形窗口中的根軌跡即可得到當前點對應的根軌跡增益。從圖3中可以看出， ，系統穩定。當 時，系統有一對兒負實根，系統的單位階躍響應應為單調無超調上升過程，與圖2中的結論一致；當 時，系統有一對兒具有負實部的共軛根，單位階躍響應為震蕩收斂過程，隨著k的增大，阻尼角增大，阻尼比 變小，震蕩幅度越來越大，與圖2中的結論一致。

通過MATLAB仿真，可以讓學生將時域分析與復域分析的知識聯系起來，使學生能夠對所學的知識加深理解、融會貫通，提高課堂的授課效果。

四、結語

自動控制理論是自動化學科重要的專業基礎課， 運用現代信息技術手段，改革傳統的教學方法和教學手段，將數字仿真技術引入自動控制理論的教學中，提高課堂教學效率，使學生能夠更加深入理解和靈活運用所學理論知識。利用MATLAB作為自動控制原理課堂實例仿真軟件，使抽象的理論變得形象具體，提高了學生的學習興趣，同時激發了學生學習自動控制原理的積極性，使學生與教師形成良好的互動，起到很好的教學效果。

自動控制理論論文:自動控制理論在火電廠熱工自動化中的應用研究

摘 要：隨著計算機技術以及自動化技術的快速發展，自動控制理論在社會生活中的應用面越來越廣，尤其是在工廠生產自動化過程中的應用，更是將生產效率和質量等大大提高。在火電廠熱工自動化中同樣也應用了自動化理論，文章將自動化的機械控制原理以及火電廠的熱工自動化相互結合，從熱工儀表、主蒸汽壓力以及主蒸汽溫度等三個方面進行分析，分別提出其調整策略，希望能夠增強其在火電廠熱工自動化中的應用水平。

關鍵詞：自動控制理論；火電廠；熱工自動化；應用研究

自改革開放以來，我國的電力工業有了飛速的進步，電力生產開始引入分散控制以及調度自動化等，有效緩解了短缺的電力供應，促進國民經濟的發展。但當前我國的電力市場紅人存在一些不足的問題，例如，電力供應的自動化及電氣化水平較低，發電煤耗大、管理水平差等。

電力工業在其生產過程中，必須連續進行發電，為了保障其生產過程的安全性以及經濟型，就必須采用大量的自動化設備以及技術，因此，將自動控制理論應用到火電廠熱工自動化中，是具有重要意義的。

1 熱工儀表的非線性特性及校正

任何系統都或多或少的存在非線性特性，而火電廠的熱工儀表也不例外，普遍輕重不一的具有非線性特性，該性質對儀表參數測量其度以及顯示度等都有直接的影響，因此，為了減小熱工儀表的非線性特征給測量帶來的誤差，通常采用三種方法來進行調節：減小儀表的測量范圍；采用非線性的顯示刻度；加入非線性的校正環節。

其中第三種方法是較為重要的方法。校正熱工儀表非線性特性的方法主要分為兩種，一是模擬線性化，二是數字線性化。

模擬線性化指的是在傳統模擬儀表的一出上，通過機器原件或是模擬電路來講儀表輸出的信號進行線性化的處理，實現線性刻度的模擬現實，并將其作為自動控制裝置信號。

數字顯性化指的實在智能儀表的基礎上，對輸入的信號進行轉換，所得到的的數字量再經過計算或是查表實現信號輸出的線性化，從而實現線性化的數字顯示。

近幾年，隨著自動控制原理中智能控制理論的不斷發展，且具有能夠適當解決非線性問題的特點，將其結合到非線性特性校正的研究工作中，出現了更復雜和高端的校正方法。

2 主蒸汽壓力的調節

主蒸汽壓力是火電機組能否安全運行的重要指標和關鍵性的監測參數，同時也對機組的負荷調節起到了參考作用并作為鍋爐汽機其能量平衡的一個重要標志。主蒸汽壓力調解過程通常是通過鍋爐燃燒調節的系統來實現的。

鍋爐燃燒調節主要包括：引風、送風以及燃料三方面的調節，其中，三者的調節量包括引風量、送風量以及燃料量，三者被調節量分別是爐膛負壓、煙氣含氧量以及主蒸汽壓力，前后三者一一對應。

主蒸汽壓力的主要調節方式有基于能量平衡和基于給定值的偏差的調節方式。

其中，基于給定值的偏差的調節方式為主要研究對象，該調節策略主要包括基于給定值偏差和主蒸汽壓力其單回路的調節策略等等。

2.1 主蒸汽壓力的串級模糊調節方式

串級調節系統主要把爐膛輻射新號作為中間被調量，將一個階躍擾動添加到鍋爐燃燒側面，并利用matlab進行仿真研究。與單回路的PID調節過程相比較，基于熱量信號進行的串級調節對調節特性并不具有較明顯的改善作用，可見，采用單回路的PID調節進行串級調節能夠明顯的改善系統特性，對于克服燃料的冊內擾也具有積極作用。

但是中間被調亮主要是由隨機分量以及主分量兩部分組成，若是直接把其納入串級調節的系統，必然會降低該調解過程動態特性，導致調節量震蕩不穩定，引起調節系統中較大的動態偏差，因此可以采取串級模糊調節策略來進行改善。將模糊濾波器增加到串級調節系統中，便可以形成新型的串級模糊調節系統。

2.2 主蒸汽壓力LQ次優調節

火電廠的鍋爐具有熱慣性大以及容量大的特點，可見，由此相應的調節對象是具有一定的延遲特性的，同時也包括主蒸汽壓力。所具備的遲延特性導致調節系統其調節過渡時間被演唱且超調量更大，進而影響了設備運行的安全性以及機組發電經濟型。

PID調節器等設備應用于現代工業生產過程中可以有效的改善調節系統的遲延特性，從PID調節器所具有的優缺點以及最有控制理論方面相關技術理論等，可以考慮選用線性二次型的性能指標來進行主蒸汽壓力調節器的設計。通過主蒸汽壓力LQ次優化調節策略來實現。

3 主蒸汽溫度特性及控制策略

3.1 主蒸汽溫度的特性

火電廠中主蒸汽溫度也是火電廠生產運行過程中的一個重要監測參數，若該值過高或是過低都會對機組的安全性以及發電的經濟性產生影響。

主蒸汽溫度過高，可能會導致過熱器、主蒸汽管道以及汽輪機高壓缸等生產設備中的金屬材料產生高溫形變而被損壞、不能正常運作；主蒸汽溫度過低，又會導致火電廠的熱效率降低，可能會腐蝕汽輪機的葉片危機汽輪機安全。因此，主蒸汽溫度的合理有效控制是具有重要意義的。

3.2 控制策略

根據主蒸汽溫度的動態特性，主要有兩種控制當時，一種是在蒸汽管道中將噴水減溫器設置在煙道中，另一種是在煙道當中安裝對應的煙氣擋板。

前一種通過改變蒸汽的流量來實現主蒸汽溫度的控制，另一種是通過將煙氣熱量適當改變到實現應當根據實際火電廠的生產方式、生產情況等來進行安排，但無論在哪種火電廠熱工自動化生產過程中，都應當注重控制策略的制定原則，保障火電生產的安全性以及有效性。

4 結 語

隨著計算機技術以及自動化技術的快速發展，自動控制理論在社會生活中的應用面越來越廣，尤其是在工廠生產自動化過程中的應用，更是將生產效率和質量等大大提高。在火電廠熱工自動化中同樣也應用了自動化理論，文章將自動化的機械控制原理以及火電廠的熱工自動化相互結合，從熱工儀表、主蒸汽壓力以及主蒸汽溫度等三個方面進行分析，分別提出其調整策略，希望能夠增強其在火電廠熱工自動化中的應用水平。

自動控制理論論文:《自動控制理論》(雙語)教學心得談

摘要：總結了多年從事《自動控制理論》的教學經驗。將其歸結為“加強引導，調動興趣”、“抓好課前預習環節”、“加強與學生的課內互動”和“加強與學生的課外互動”四個方面。同時，給出了對“學習”和“教學”這兩個重要概念的理解。

關鍵詞：自動控制理論；教學；引導；預習；互動

一、引言

作為一名有著30多年教學經驗的高校教師，從事《自動控制理論》這門課程的教學已經有多年，因此有必要將自己的一些教學經驗總結出來。“《自動控制理論》課程是自動化專業的主干課程之一，并且此課程是后續自動化專業課程的基礎。該課程傳授反饋控制系統的最基本概念以及反饋控制系統分析設計最為基礎的思路方法，是自動化專業學生能力培養的基石。[1]”同時，《自動控制理論》是自動化專業本科生的一門重要專業課，起著承上啟下的作用。“《自動控制理論》理論性強，內容多，涉及面廣，概念抽象，且知識環環相扣，其以線性系統為主要研究對象，囊括了自動控制系統的基本概念、系統數學模型的建立及簡化、線性系統的時域分析、系統的根軌跡、系統的頻域分析、系統的校正及離散系統等內容。[2]”為了學習《自動控制理論》，要求學生具備《高等數學》、《復變函數》、《積分變換》、《電路理論》、《電子技術》、《電機學》、《信號與系統》等多門課程的知識，同時這門課程還要為后續的多門專業課程服務。另外，這門課程也是本專業學生考研的必選課程。為此，《自動控制理論》的教學質量對整個專業的教學質量影響極大。由于《自動控制理論》課程本身內容有一定的抽象性，與課時相比，內容多、作業多、實驗多，學生學習起來普遍已經感到困難，再加上雙語課程使用的是外文教材，上課使用的課件也以英文為主，為此，學生在學習的開始階段普遍存在畏難情緒。這就要求任課教師要多動腦筋，采取各種辦法減少學生學習的畏難思想。除此之外，還要求任課教師努力提升教學理念，積極進行課程改革以提高課程教學質量。

二、采取的措施

首先，我們來看作為本科生其學習的方式以及教師的作用和小學、中學以及研究生有何不同。雖然說，這里說到在不同的學習階段，教師的作用有所不同，但是，“在教學過程中，無論是采用何種教學范式，使用何種教學模式，學生的積極、主動都是必需的。但是，學生僅有主動性和積極性是不夠的，還必須有一定的獨立性和自主性。[3]”“學生的學習過程，是逐步走向獨立的過程。在一味‘他主’的情況下，學生就難以走向‘自主’。所以給學生以一定的自主性，應是每一學科課堂教學的基本要求。[3]”這里，我們不妨用“走路”來比擬。我認為，小學階段的學習是教師抱著學生走；中學階段的學習是教師扶著學生走；大學本科階段的學習是教師跟著學生走；而在研究生階段，就是教師指一條路，學生自己走。雖然說，本科生階段的學習是教師跟著學生走，但作為進入專業學習階段的學生，學習的目的性和以往的課程學習相比變得更強。為此，引導應該是及時位的。

1.加強引導，調動興趣。興趣是好的老師。在課程開始之初，就給學生提供多種學習材料。例如，自動控制技術的歷史、自動控制技術的應用以及和自動控制理論應用心得等材料。有一部分內容可以在課堂上講授，而更多的內容則是通過電子郵件發給學生或者是直接放在課程中心的平臺上供學生下載。學生通過閱讀這些輔導材料，學習的興趣濃厚了，學習的目標相對明確了，學習的主動性也就會自然而然地提高了。在講授中，不妨將一些生活中或者自然中的例子和《自動控制理論》的內容相聯系，也可以提高學生學習的興趣。例如，在講授“微分環節”這一概念之前，我會告訴學生，青蛙是不吃死的昆蟲的，其原因是，青蛙“看不見”不動的物體。這說明，青蛙的視覺系統的信息傳輸通道中存在一個“微分環節”。這樣，學生的興趣一下子就起來了。同時，他們也就自然而然地掌握了“微分環節”對于穩態信號不起作用這一特性。

2.抓好課前預習環節。學生在課程學習時，如果有了問題，帶著問題有針對性去學，效果好。僅僅依靠學生在聽課的過程中去發現問題，然后提出問題，顯然是遠遠不夠的。為此，就要求學生在聽課之前，一定要有預習。但是，由于種種原因，我所在的學校的學生普遍沒有課前預習的習慣。為了引導學生課前預習，首先是在每章學習開始之前，要求學生提交對應章節的預習報告。我還把預習報告擬了一個提綱，包括：本章解決了什么問題？本章涉及了哪些基本概念？本章介紹了什么基本方法？你還有什么不明白的、困難的地方？你有什么想法？等等。預習報告都要記分并列入學生的平時學習成績。除了預習報告以外，每次講授新內容之前，都會提出一些問題讓學生回答。通過這些交流，就可以測試學生預習的程度。

3.加強與學生的課內互動。課堂教學無疑是整個教學過程中最重要的一個環節。在課堂中，加強教師與學生之間的互動，對于提高課堂教學質量十分重要。教師提問，學生回答，這只是教學環節的一個方面。而教學中，更為重要的是，如何讓學生自己提出問題。不可否認的是，提出問題的能力是中國學生的軟肋，中國學生普遍不善于提問題。我在上課時，為了鼓勵學生提問題，專門講明他們能隨時提問，隨時打斷我的講課，而且是坐在座位上即可，不必站起來。我也會時不時地停下來，問他們是否有問題。為了鼓勵學生大膽提出問題，只要是能夠提出相對有質量的問題，我會給其期末成績加5分的獎勵。由于《自動控制理論》涉及的內容相對比較抽象，計算過程比較復雜。如果只是簡單地按照教材上的內容講授，學生領會起來就比較困難。利用雙語課程學生數量相對比較少的特點，可以直接將CAI軟件用于課堂教學。在講授一些相對復雜的畫圖方法或者分析環節、系統特性時，讓學生盡可能攜帶筆記本電腦，我自己也會攜帶一臺筆記本電腦。這樣，一邊講授、一邊操作演示，學生很快就理解了講授的內容。我對“學習”的理解是，“習”比“學”更為重要，或者說“學習”之道，關鍵在于“習”。前面所說的，在課堂上直接讓學生操作CAI軟件來學習就是一種“習”的方式。同時，我還會時不時在黑板上布置一些習題，要求若干個學生上講臺來解答，或者有時是學生出題我來解答。

4.加強與學生的課外互動。除了課堂內與學生互動以外，教師還可以利用各種機會在課堂外與學生互動。學校建立的課程中心，為教師與學生之間提供了一個很好的互動平臺。學生可以在平臺上提出問題，教師來解答；也可以是學生們相互討論，老師來點評。電子郵件、手機、辦公室答疑也是課堂以外師生互動的良好方式。教師還可以利用批改作業與學生進行互動。例如，批改作業時，細致一些，盡量杜絕作業抄襲現象，同時提出一些問題讓學生思考，然后再和學生一起討論。讓學生組成團隊，完成一些小型的課程項目，然后撰寫研究報告并在課堂上向全體同學報告。這樣既培養了學生的團隊精神、表達能力，也加強了學生對教學內容的理解。這也是一種探索性學習的方式。

三、對教學的理解

首先，任何的教學活動都離不開“知識的傳遞”這一本質的屬性。在教學理論的學說中，有所謂的“傳遞說”。有的專著強調：“教學本質的‘傳遞說’從教師的角度看待教學，強調教師在教學活動中的主導地位，注重教師所傳授內容及文化知識、經驗對社會與個人發展的意義。[3]”有的學者站在學生成長的角度，提出教學理論的“發展說”。“應當說，推動學生的發展，乃是教學中所蘊含的最為直接的教育價值。把教學過程看成是促進學生的發展過程，是從教育的個人價值層面上，部分地抓到了‘教學’這一事物的實質。不可否認，任何教學都有可能在一定程度或者層面上推動學生的發展。[4]”也有站在整個社會的角度提出教學理論的“價值增值說”。在學習理論中，有“學習者中心”的理論。“其中，‘學習者中心’強調的是將學習者的知識、技能、態度、信仰帶到學習環境中，并且在學習的過程中構建自己的意義。[5]”這也就是人們常說的“教學以學生為中心”。實際上，在任何的教學活動中，學習者（即學生）的作用都是最為重要的。我對“教學”這個概念的理解是：這是一個偏正詞組，“教”為偏，“學”為主。所謂教學，“學”比“教”更為重要，強調“教學以學生為中心”，并不意味著教師責任的減輕。在教學活動中，教師的職責始終是及時位的。基于這種職責，要求教師在教學活動中，首先是想盡一切辦法來調動學生學習的主動性和自主性，然后，教師還應根據認識論的規律，盡可能啟發和引導學生。

四、結語

首先，任課教師采取各種方法去引導學生的學習興趣，以提高學生學習的主動性和積極性。然后，鼓勵學生進行課前預習，只有這樣，學生才可能在課堂上和教師進行互動。，讓學生做一些他們力所能及的小項目，從灌輸式的學習轉變為探索性的學習。所有這些對于提高課程的教學質量有著積極的作用。“教學”這是一個涉及到教師和學生以及校園氛圍乃至社會氛圍等多個方面的知識傳輸和學生成長的過程。在教學過程中，教師有責任采取各種方法和手段來努力提高教學質量。但是，學生的學習卻是最為根本的。概括地說，學生學習主動性、積極性、自主性的提高，學習能力的增強，學習方法的改進才是提高教學質量的最根本所在。

自動控制理論論文:論自動控制理論的發展歷程

摘 要：自動控制經過數十年世界范圍的發展，極大地提高了勞動生產率和產品質量，在工農業生產、國防和科學技術領域中，都有著十分重要的作用。這些年，自動控制理論在各領域都有著極廣泛的應用。本文旨在對自動控制理論的發展及趨勢進行綱領性分析和探討，加深對自動控制理論的了解與進一步認識。

關鍵詞：自動控制理論；發展；現狀；未來展望

引言

隨著社會生產和科學技術發展，自動控制技術在不斷進步、不斷完善起來。控制理論向更縱深、更廣闊的領域發展，無論在數學工具、理論基礎、還是在研究方法上都產生了實質性的飛躍，在信息與控制學科研究中注入了蓬勃的生命力，啟發并擴展了人的思維方式，引導人們去探討自然界更為深刻的運動機理。

1 自動控制理論的簡介

1.1 自動控制的定義

自動控制（automatic control）是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置，使機器、設備或生產過程的某個工作狀態或參數自動地按照預定的規律運行。自動控制是相對人工控制概念而言的。自動控制是工程科學的一個分支。它涉及利用反饋原理的對動態系統的自動影響，以使得輸出值接近我們想要的值。從方法的角度看，它以數學的系統理論為基礎。我們今天稱作自動控制的是二十世紀中葉產生的控制論的一個分支。

1.2 自動控制理論的基本概念

在已知控制系統結構和參數的基礎上，求取系統的各項性能指標，并找出這些性能指標與系統參數間的關系就是對自動控制系統的分析，而在給定對象特性的基礎上，按照控制系統應具備的性能指標要求，尋求能夠滿足這些性能指標要求的控制方案并合理確定控制器的參數，則是對自動控制系統的分析和設計。

1.3 自動控制的歷史

利用反饋來控制系統有著悠久的歷史。最早的反饋控制出現在公元前330年的古希臘，運用在一種改進的浮球控制器裝置上。現代歐洲的及時個反饋系統出現在15世紀荷蘭人發明的溫度控制器中。18世紀，瓦特的蒸汽機離心調速器被公認是及時臺應用在工業生產中的自動反饋控制器，這是將自動控制技術應用到工業中的最早代表。1932年奈奎斯特提出了研究控制系統的頻率發。1948年伊文思提出了根軌跡法，這兩大重大貢獻，是自動控制理論和控制技術發展史上的里程碑。建立在頻率法和根軌跡法基礎上的控制理論成為經典控制理論。

第二次世界大戰前，美國和西歐的自動控制理論，在發展方式上與俄國和東歐有很大差別。在美國，應用反饋的主要促進因素是電話系統的發展。與此相反，前蘇聯接觸的數學家和機械學家在控制理論領域占主流。因此，俄國的理論更傾向與運用不同方程的時域公式。

2 自動控制基本理論的發展簡史

2.1 穩定性理論的早期發展

人們很早就開始關注穩定性的問題。牛頓可能是及時個關注動態系統穩定性的人。動態穩定性控制系統不僅能夠優化起步或加速時的行駛穩定性，還可以改進牽引力的特性。

2.2 頻域理論的形成――智能化

在控制系統穩定性的代數理論建立之后，1928年-1945年以美國AT&T公司Bell實驗室（BellLabs）的科學家們為核心，又建立了控制系統分析與設計的頻域方法。

頻域（頻率域）――自變量是頻率，即橫軸是頻率，縱軸是該頻率信號的幅度，也就是通常說的頻譜圖。頻譜圖描述了信號的頻率結構及頻率與該頻率信號幅度的關系。

對信號進行時域分析時，有時一些信號的時域參數相同，但并不能說明信號就相同。因為信號不僅隨時間變化，還與頻率、相位等信息有關，這就需要進一步分析信號的頻率結構，并在頻率域中對信號進行描述。

2.3 根軌跡法

1948年，W.R.Evans提出了一種求特征根的簡單方法，并且在控制系統的分析與設計中得到廣泛的應用。這一方法不直接求解特征方程，用作圖的方法表示特征方程的根與系統某一參數的全部數值關系，當這一參數取特定值時，對應的特征根可在上述關系圖中找到。這種方法叫根軌跡法。根軌跡法具有直觀的特點，利用系統的根軌跡可以分析結構和參數已知的閉環系統的穩定性和瞬態響應特性，還可分析參數變化對系統性能的影響。

3 自動控制技術的早期發展

在我國古代，具有反饋控制原理的控制裝置就已經出現。這方面最有代表性的例子當屬古代的計時器“水鐘”（在中國叫作“刻漏”，也叫“漏壺”）。公元235（三國時期）的馬均及公元477年（劉宋時期）祖沖之等還曾制造過具有開環控制指南車。并發明了齒輪及差動齒輪機。

4 自動控制的發展前景

自動控制是指應用自動化儀器儀表或自動控制裝置代替人自動地對儀器設備或工業生產過程進行控制，使之達到預期的狀態或性能指標。現代化工廠向規模集約化方向發展時，生產工藝對控制系統的性、運算能力、擴展能力、開放性、操作及監控水平等方面提出了越來越高的要求。傳統的DCS系統已經不能滿足現代工業自動化控制的設計標準和要求。隨著工業自動化控制理論、計算機技術和現代通信技術的迅速發展，自動控制系統的未來發展方向將向智能化、網絡化、全集成自動化等方向發展，具體表現在以下幾個方面：

4.1 智能化

對于各種規摸龐大、結構復雜的大系統，僅僅采用常規的控制措施是無法完成綜合自動化的。不過人們發現，如果把人的智能和自動化技術結合起來，卻能收到令人滿意的效果。

關于智能控制，目前尚無統一的定義。有一種觀點認為智能控制是自動控制、運籌學和人工智能三個主要學科相互結合和滲透的產物，這種觀點包含了兩層含義，一方面它指出了智能控制產生的背景和條件，即人工智能理論和技術的發展及其向控制領域的滲透，以及運籌學中的定量優化方法逐漸和系統控制理論相結合，這樣就在理論和實踐兩方面開辟了新的發展途徑，提供了新的思想和方法，為智能控制的發展奠定了堅實的基礎。

4.2 網絡化

隨著互連網技術以及現代通信技術的發展，未來的企業為了適應經濟全球化的發展需要，多將通過以太網接口，建立基于WINDOWSNT或WINDOWS2000構成的企業級局域網，控制系統與管理層和現場儀表級的數據交換日益增加，控制系統的計算機與財務、銷售和管理層的計算機實現連網，實現數據的共享，極大地提高企業的管理水平。連網系統結構如企業局域網系統示意圖。企業管理級各網絡間可以采用標準以太網相互連接。管理級的各通訊網絡可以采用多種網絡拓撲結構（總線型、星型、環型），其中星型拓撲結構以高性、結構簡單、建網容易、節點故障容易排除等優點被大量采用。

4.3 全集成自動化

自動化技術的不斷發展和計算機技術的飛速進步，自動化控制的概念也發生著巨大的變化。在傳統的自動化解決方案中，自動化控制實際上是由各種獨立的、分離的技術和不同廠家的產品搭配起來的。現在用的工業用機器人實現了高度的自動化，即一旦程序確定，就不需要更多的人工干預了。但是這些機器人對于周圍的環境變化無法靈活響應，這也是計算機科學應該著重解決的一個問題。先進的機器人系統通過革新傳感器的反饋功能可以達到靈活的目的。

結束語

隨著計算機技術的發展和應用，自動控制理論和技術在宇航、機器人控制、導彈制導及核動力等高新技術領域中的應用也愈來愈深入廣泛。不僅如此，自動控制技術的應用范圍現在已擴展到生物、醫學、環境、經濟管理和其它許多社會生活領域中，成為現代社會生活中不可缺少的一部分。隨著時代進步和人們生活水平的提高，在人類探知未來，認識和改造自然，建設高度文明和發達社會的活動中，自動控制理論和技術必將進一步發揮更加重要的作用。

自動控制理論論文:自動控制理論課程教學的改革與實踐

摘要：隨著現代化技術的發展，自動控制越來越重要，自動控制理論知識成為今后工程實踐中的基礎知識。本文在分析自動控制原理的課程設置、課程體系和教學中存在的問題的基礎上，對自動控制原理的授課進行了新的探索，更新了教學內容，豐富了教學手段，變革了考核方式，并新增網絡教學這一重要的教學資源。本文所做工作是在結合多年實踐教學的經驗基礎上加以改革，對提高教學質量、使學生更好地學習自動控制原理具有現實意義。

關鍵詞：自動控制理論；課程體系；教學改革；網絡教學

一、引言

自動控制理論是研究自動控制一般規律的技術科學，是自動控制技術的理論基礎。由于自動控制理論內容涉及面廣，包括電路、大學物理、高等數學、積分變換、線性代數、機械、計算機輔助設計等交叉學科的很多知識，理論性和抽象性強，具有內容豐富、信息量大和發展更新速度快等特點[1，2]，因此難教難學，在學生中流傳著自動化專業的“天書”這一雅號。所以，為了使學生更好地學習這門課程，為后續課程的學習打下良好基礎，本文將從教學內容、教學方法和教學手段等方面進行改革探索。

二、自動控制理論的課程設置

1.課程地位與目的。隨著現代化技術的不斷發展，自動化越發深入各行各業以及人們的生活，自動化知識也越來越成為人們需要了解的必不可少的內容。因此自動控制理論成為工科院校自動化、電力、電自、機械、熱能、核電、風電、建環等諸多本科專業的專業基礎課程，同時也是自動化類專業的碩士研究生入學考試的必考課程[2]。通過本課程的學習，使每個學生能多角度、分層次地充分了解和認識自動控制理論以及相關課程發展的狀況及專業知識特點，并把握局部或整體的理論，使學生所學知識同實際工業過程的應用相聯系，為學生實踐打下扎實的基礎，也為學生進一步學習“過程控制”、“運動控制”、“計算機控制系統”等后續專業課程打下良好的基礎。

2.課程教學的原則。在教學過程中，以學生為本是教學的基本原則，要時刻圍繞以學生為中心展開教學[3]。對于教師來說，教師是知識的傳播者，教師在傳授知識的過程中，必須對所傳授的知識掌握透徹，理清課程脈絡，使所講內容前后連貫，構成一個統一的整體。對于學生來說，學生是知識的接受者，學生的知識水平和理解能力有限，地把握好學生的學習難點、理解誤區，相應的調整授課內容，講解時做到深入淺出，才能更好地引導學生掌握學習內容。其教與學的關系可用圖1來表示[2]，形成復合控制，以求得更好的教學效果。

三、自動控制理論的課程體系

自動控制理論的課程體系包括結構體系和內容體系兩方面，結構體系強調學習的主線，是該門課程的整體脈絡，使學生在學習過程中能夠縱觀全局；內容體系強調不同專業對該課程應掌握的內容以及學習要求，使學生學習時能夠突出重點[4]。

1.結構體系。結構體系的把握要從“三縱三橫”出發[5]。“三縱”是指系統在三域（時域、頻域、復域）中的數學模型；“三橫”指系統特性（穩定性、靜態特性和動態特性）的分析。如圖2所示。（1）“三縱”理清三域中的數學模型之間的關系，如圖3所示。對于一個實際系統來說，可以根據對象的特點建立時域模型、復域模型和頻域模型，模型的建立是等效的，三種模型之間可以按照圖3所示相互轉換。學會建立系統的數學模型是分析問題和解決問題的前提，因此學生能夠理清三者之間的關系對于后續的學習至關重要。把握好這條主線，使學生能夠縱觀全局，樹立一個“縱向”思路。（2）三橫。結合系統的數學模型，熟練掌握系統分析的三要素：穩定性、靜態特性和動態特性。系統性能指標是衡量系統好壞的重要依據。只有能夠分析系統的性能，才能知道如何更好的改進系統，這樣才能使學生形成良好的“橫向”思維。

2.內容體系。自動控制理論包括經典控制理論和現代控制理論兩部分。（1）經典控制理論：主要內容有自動控制系統的基本組成和結構，自動控制系統的性能指標，自動控制系統的模型建立，線性系統的時域分析、根軌跡分析和頻率特性分析，離散系統的模型建立及性能分析，非線性系統的性能分析以及自動控制系統的設計方法，等等[6]。按照先概念、再模型、然后分析方法和指標、校正的步驟逐步進行。（2）現代控制理論：主要內容有系統的數學模型即狀態空間表達式的建立，控制系統的運動分析、能控性與能觀性分析、系統穩定性的分析以及系統的反饋校正、極點配置、狀態觀測器的建立等[7]。按照先概念、再模型、然后分析方法和指標、校正的步驟進行。

四、自動控制理論課程教學現狀

1.從教師來說，教師之間“各自為政”，不利于提高教師的教學水平和工作效率。其一，在課堂教學上每位不同的授課教師都是按照自己的理解設計了不同的課件，因教學經驗不同，即使選用相同的教材，每個人根據所教專業不同靈活選用例子的水平以及利用多媒體和板書的結合程度都是不同的，互相交流、集體備課討論環節較少，導致不同教師即使講授同一門課程教學效果也可能相差很大。其二，目前自動控制理論課程因涉及的專業面廣而課目眾多，教師任務繁重，并且每個教師按自己的教學任務設答疑時間、地點，因此導致教師之間的教學交流較少。

2.從學生來說，不能給學生創造更好的自動控制理論的課外學習環境。由于學生功課學習任務重，不可能有大量的時間搜索整理大量的自動控制理論的課外拓展學習資料，也不可能實現不受時間地點限制的與同學、教師交流和討論，因此減少了學生的學習途徑，限制了學生對本門課學習的興趣度和學習熱情。其次，學生學習的態度也有很大變化，當前學生學習更加注重以后是否能應用到工作實際當中，如果與以后工作無關，學生對該門課程就會變得消極懈怠[1]，而且學生不重視理論的學習，覺得枯燥乏味，降低了學習興趣，因此提高學生學習興趣是自動控制理論課程的重要環節[8]。

五、自動控制原理課程的改革與實踐

針對上述教學過程中存在的問題，我們從以下方面進行改革與實踐。

1.更新教學內容，激發學生對自動控制理論學習的好奇心和自主學習動力。（1）重視理論教學同時注重理論聯系實際，在課堂講授內容中注意基本概念與基本方法的介紹，同時積極引入案例式教學方法，通過列舉日常生產中的通俗易懂的實例，如馬桶水箱水位控制系統、冰箱、空調溫度控制系統等，激發學生的學習興趣。（2）通過理論聯系電力大學專業背景、電力專業特色，例如自動化、熱能等專業可以列舉如汽包水位控制系統、主蒸汽溫度控制系統、爐膛負壓控制系統等例子，對于機械專業可以選取阻尼器、彈簧等構成的機械系統，于電氣專業可以選取電動機轉速控制系統、RLC電網絡系統等，通過大量控制系統的實例進行分析，提高學生分析問題的能力，同時提高學生對后續專業知識學習的好奇心和學習興趣，做好后續課程學習的鋪墊和引導。（3）理論指導科研，科研促進教學的發展。建設網絡平臺，可以促進教師進行教學交流，及時更新目前的教學內容；在網絡平臺及自動控制理論課內拓展上，教師可以結合自己的前沿科學研究及自動控制理論的前沿發展、應用進行拓展和引導，比如通過自動控制實現神十飛天、“玉兔號”月球車成功登陸等都離不開自動控制技術，激發學生對本課程的學習熱情。

2.改進課堂教學方法。變“灌輸式”課堂教學模式為“引導式”、“互動式”模式。在課堂教學中，運用講授法、多媒體演示法、提問互動法、討論探討法等多種教學方法；注意采用啟發式教學方法，尋找學生學習的興奮點，引導學生積極思考，鼓勵學生積極質疑，由被動受教轉為積極參與，形成較為獨特的教學風格。

3.豐富課堂教學手段，提高教學效果。對于目前設計研制的多媒體教學課件和電子教案進行不斷的充實和完善，各位教師互相交流，達成共識，形成統一研制的對應不同學時、不同專業的多個多媒體課件。課件要能夠充分利用現代化教學設備和教學手段，采用板書和多媒體相結合，使課堂教學圖文并茂、生動活潑，增加課堂講授的信息量，提高課堂教學效率，更加有效地激發學生的學習興趣，加強學生創新意識和能力的培養。利用MATLAB軟件輔助課堂教學，幫助學生理解抽象的控制理論，利用典型事例和啟發式的課堂教學，結合科研實踐和專業發展講授課本內容，培養學生的學習興趣。課外有效利用基于網絡平臺的教學，將所有資源放置在網絡平臺上，真正實現交互式雙向教學。

4.改革考核方法。在考核方式上，采用平時考核和期末考試考核相結合的方式。平時成績包括到課、作業占總成績的30%，期末考試成績占70%，注重了過程考核和考試結果考核相結合，但效果仍不夠理想。有的學生存在“上課為點卯，作業通過抄，考試靠突擊，考后全忘光”的學習方式，不符合知識的學習過程，更談不上日后知識的靈活運用與創新了。通過改革考核方式，增加多次階段性單元測驗、抽查作業、課堂提問、網絡答疑、期中考試等多種過程學習考核渠道，考試命題由以前的一種題型變為采用多種題型，增加覆蓋面，以客觀衡量教學效果。試卷評閱后，科學地對考卷情況進行分析研究，分析學生對課程內容的理解和掌握程度，為調整下一學年度的課堂教學內容和進度提供必要的參考信息。在不斷的改革探索中旨在建立科學、多樣的評價標準，深化考試內容和形式改革，注重學習過程考查，將過程性評價與結果性評價相結合，強化學生綜合素質和能力的評價。

5.改革實踐教學和課程設計內容。建立了自動控制原理實驗室、控制系統綜合設計兩個實踐性教學基地和大學生創新實踐基地等，通過實踐培養學生理論與實際相結合的能力以及創新能力，鼓勵學生參加數學建模、設計大賽等鍛煉自己理論聯系實際的能力。由于教學改革和創新任務繁重，需要在所有自動控制理論教師積極參與協作下完成。

6.利用網絡平臺的優勢進行自動控制理論網絡教學平臺的建設，以輔助課堂教學，更好地完成自動控制理論的教學工作的改革，提高教學效果。

六、結語

經實踐表明，教師的授課效果明顯改善，學評成績大幅度提升，學生的自動控制理論學習成績大幅度提升，學生自動控制理論課的考研成績有明顯的提升。總之，自動控制理論是一門理論性和實踐性都較強的學科，教師只有在教學過程中不斷的反思并探索新的教學方法，并在實踐中加以應用，才能切實提高教學質量，培養出高素質人才。

自動控制理論論文:自動控制理論課程教學與Matlab軟件相結合的教學改革思路

摘 要：自動控制理論課程教學知識含量大，是自動化、機電一體化、電氣控制等專業重要的專業基礎課程。而Matlab是當今科技領域應用軟件之一，是集通用科學計算、圖形交互、程序語言設計等為一體的軟件。本文通過分析自動控制理論教學中Matlab輔助教學的優勢，主要探討了自動控制理論課程教學與Matlab軟件相結合的教學改革思路，以期能夠提高自動控制理論課程教學質量。

關鍵詞：自動控制理論；課程教學；Matlab軟件；教學改革思路

1.自動控制理論教學中Matlab輔助教學的優勢

Matlab能夠提供強大的工具箱。例如，從事控制的專家開發的具有特殊應用功能的工具箱等。而隨著控制理論的發展和技術的應用，在生產生活的各個方面上，自動控制的概念得到了廣泛的應用，因此Matlab已經成了自動控制計算與仿真的強有力工具。

Matlab能夠提供強大的數值計算功能，具有強大的運算能力。在控制理論及控制系統中，經常遇到計算課題，計算復雜并且難以得到的解析。為了解決這些問題，Matlab計算優勢可以充分和自動控制密切聯系在一起。

Matlab語言是一個理性的工具。自動控制系統實現問題的研究要耗費大量的時間和精力，本身就是深奧難懂的理論。因此，將Matlab和自動控制理論課程教學相結合，具有語句簡單、掌握方便的特點，極其容易學習與使用。

Matlab提供了豐富內容和強大的擴充能力。隨著科技不斷地發展，自動控制理論新的前沿理論與技術不斷地完善突破、擴充發展。因此，將Matlab軟件和自動控制理論課程教學相結合，能夠使使用者實現新功能或特殊功能開發編制軟件程序。

Matlab可以輕而易舉地完成重復、繁瑣的計算和繪圖，具有強大的繪圖功能，并且圖形繪制，數據計算。而自動控制理論的學習和系統的實現需要多樣的處理方法和手段，需要處理、分析和可視化大量的數據。因此，將Matlab和自動控制理論課程教學相結合，適合從事控制專業的人使用。

2.自動控制理論課程教學與Matlab軟件相結合的教學改革思路

在課堂教學過程中，為了讓學生輕松學會使用Matlab編程工具，將Matlab語言和自動控制理論教學結合起來，不僅鍛煉了學生動手能力，還增加了教學的趣味性，降低了自動控制理論的抽象性。

（1）利用Matlab動畫演示課堂教學各個指標的計算及意義，提高教學效率。在課堂教學中，二階系統指標的定義及計算公式很繁瑣，動態性能有很多的指標來做評價。如果利用Matlab就能使得課堂教學內容一目了然，生動有趣，從而達到提高教學效率的目的，加深對指標及系統動態性能的理解記憶。同時，為了培養學生應用計算機輔助分析的能力，讓學生利用Matlab處理一些習題，能夠鍛煉學生設計控制系統的能力。

（2）利用Matlab突破課程實驗的內容限制，使學生更好地理解和掌握課程內容。在自動控制理論課程教學中，現有的硬件實驗淡化了軟硬件實驗的區別，存在著很大的局限性。而充分利用現代計算機技術，能夠增加設計性、工程性和綜合性實驗，突破課程實驗的內容限制，使學生通過課程實驗增強動手能力。同時，采用虛擬實驗，能夠培養學生的科研、工程素質和開拓創新意識，提高實驗效率，使學生更好地理解和掌握課程內容。

例如，由于Matlab有專門的bode圖繪圖函數，為了理解系統參數對系統特性的影像圖，利用Matlab能夠很簡單地繪制幾個系統的bode圖來進行比較，具有很好的圖示效果。

為了使系統G（s）=―獲得較大相位穩定裕度Tmax的增益K，我們增加實驗內容，會更深入地理解和掌握系統參數對系統特性的影響。

并且學生推導出穩定裕度Tmax與增益K的關系后，利用Matlab能夠分析和求解系統，并作出圖演示結果。

另外，Matlab中的SIMULINK集成仿真環境是對控制系統進行虛擬仿真的環境，而TOOLBOX工具箱是對控制系統進行虛擬仿真的優良平臺。為了讓學生進行課題設計，增強其借助計算機進行工程設計的能力，可以利用Matlab中的TOOLBOX和SIMULINK進行系統仿真，激發學生的學習興趣，提高教學質量。

（作者單位：德州學院機電工程學院）

自動控制理論論文:唯物辯證法思想在自動控制理論教學中的應用

摘 要 本文通過多年來的實際教學經驗，分析了自動控制理論教學中普遍存在的一些問題，提出了把唯物辯證法思想應用于自動控制理論課堂教學的初步教學理念，對于提高本門課程的整體教學質量具有重要的借鑒作用。

關鍵詞 唯物辯證法思想 自動控制理論 生命課堂

0 引言

唯物辯證法是一門研究自然界、人類社會以及人類思維領域發展最一般規律的科學，它是辯證法思想發展的高級形態，是馬克思主義哲學的重要組成部分。①唯物辯證法根植于實踐、由近代思維方式發展而來，是資政育人、治學求是的法寶，對于課堂教學具有重要的指導意義。

自動控制理論是一門研究自動控制系統的分析和設計的方法，并用于指導工程實踐的科學。它是控制理論與控制工程學科的一門非常重要的專業基礎課，由于其涉及的知識范圍廣、內容繁多、概念抽象、理論性較強，容易使學生陷入無從下手、機械接受的窘境，從而產生消極、厭煩情緒。因此，在自動控制理論教學過程中要自覺運用唯物辯證法思想來指導課堂教學，不斷完善教學方法和教學手段，構建起和諧高效的生命課堂，提高課程整體教學質量。

1 要用整體與部分的觀點認識自動控制系統的組成

唯物辯證法認為，整體由互相聯系、互相作用的若干部分按一定方式組成的有機統一體。沒有部分，無所謂整體。整體依賴于部分，但并不是各個要素分別存在時的性質和功能的簡單疊加，整體可能大于或小于部分之和;部分也因與整體的其他部分相互作用而存在，脫離整體的部分不再是整體意義下的部分。

當外施激勵作用于一個具體的控制系統后，系統表現出區別于其他控制系統的一個整體的響應特征。但要把握這一響應本質，又必須對組成系統的每個具體部分的響應進行深入的分析研究。比如在進行控制系統的設計時，我們首先要弄清楚所設計的控制系統是由哪些特定的環節組成。一般來講，一個基本的自動控制系統的組成如圖1所示，它是由給定元件、控制器、執行機構、被控對象、

圖1 自動控制系統的基本組成

檢測裝置等五部分組成。自動控制系統是利用外加的設備或裝置，在無人直接參與的情況下，使設備或生產過程的某個工作狀態或參數自動地按照期望規律或預定程序運行的控制系統。②自動控制系統的作用與組成其本身的各個基本環節是密不可分的，其中的給定元件是給出系統期望的被控量數值，給定值的與否直接影響到系統被控量輸出是否符合實際控制的要求。控制器是整個控制系統的大腦，它接受來自給定元件和檢測裝置的偏差信號，根據該信號的大小和變化方向，輸出相應的控制信號，通過執行機構對被控對象進行控制。自動控制系統設計的主要任務就是設計出符合工程需要的控制器，使系統的動態性能和穩態性能符合實際要求。執行機構的作用在于執行控制器的命令，直接對被控對象進行操作，執行機構可以是電動型、液壓型或氣動型，具體選用要根據工程的實際需求。被控對象是控制器進行控制和操作的對象，它按照控制器的要求輸出相應的控制量，使系統的偏差變小甚至可以消除偏差。檢測裝置用來測量被控量的實際值，經適當的信號處理，最終轉換成與被控量有一定函數關系的且與輸入信號是同一物理量的信號，二者的偏差信號作為控制器的輸入。一個自動控制系統的精度很大程度上依賴于檢測裝置的度，所以在設計控制系統時，檢測裝置的選取至關重要。因此，在實際課題教學過程中，一定要把握好系統的整體性和其組成環節之間的關系，從整體的角度認識控制系統的性能，從部分的角度分析各個環節在系統中所起到的作用，這樣才能牢牢抓住自動控制系統的本質特征。

2 要用對立統一的觀點引導學生分析和設計自動控制系統

在自動控制理論中，有著許多看似矛盾，但實際上具有統一性的概念，比如開環控制與閉環控制、動態性能與靜態性能、前饋與反饋、定性與定量等問題，都可以上升到對立統一的高度來認識。使學生了解這些概念之間的區別與聯系，把握問題的實質。

下面以自動控制系統校正為例，首先要對系統進行定性分析，這里可以利用根軌跡對系統的穩定性進行分析，方法是通過觀察系統的根軌跡是否越過虛軸進入到復平面的右半平面，這顯然是一種定性的分析方法。當然還有許多對系統進行定性分析的工具，比如李雅普諾夫方法、伯德圖等。這些方法通過分析對象過去和現在的延續狀況及近期的反饋信息，對被控對象的性質、特點、發展變化規律做出判斷，在保障系統穩定性的前提下，要進一步對系統的動態性能（包括系統的上升時間、調節時間、超調量等）進行分析，看當前的系統能否滿足新的控制指標要求，這就需要對原系統進行定量分析，計算出原系統的各項動態性能指標的具體數值，在此基礎上按照新的控制指標來設計校正裝置對系統的動靜態性能進行校正。這里需要注意的是，在進行系統校正的時候，不要片面強調系統的穩定性或動態性能，因為二者存在相互關聯相互制約的對立統一關系。如果片面強調系統的穩定性，有可能導致系統的動態性能變差，而如果片面強調系統的動態性能，則有可能破壞系統的穩定性。

通過以上分析，使我們認識到，在自動控制系統的性能分析中，一定利用好對立統一的觀點，做到具體問題具體分析。因為任何一個被控對象都是矛盾的統一體，只有協調好矛盾的兩個方面，使其和諧共生，才能真正把握被控對象的本質特征，進一步掌握被控對象的運動規律，從而使所設計的控制系統的性能達到。

3 要用否定之否定的觀點不斷更新自動控制理論的教學內容

否定之否定規律，揭示了事物由肯定到否定，再到否定之否定的發展過程，它是事物不斷完善自己、發展自己的一個有規律的過程，在這個過程中事物的發展經歷了兩次否定，每一次否定都不是簡單的拋棄，而是把前階段發展的一切成果中有用的成分保留了下來。因此，在事物發展的否定之否定即新的肯定階段，并不是簡單地再現原事物，簡單地回到原來的出發點，而是形式的回復、內容的發展，是一個前進和上升的發展過程。

自動控制理論的發展同樣經歷了這樣一個否定之否定的發展過程，在自動控制理論發展的初期，人對控制系統的建模分析往往是根據相關的物理定律或化學定理，建立系統的微分方程，再通過求解微分方程得到具體的解，對求出的解進行分析來評價控制系統的性能。但是，隨著自動控制系統變得越來越復雜，微分方程的求解變得越來越困難，為此人們又引進了傳遞函數、頻率特性等概念，把復雜的控制問題從時域變換到復數域和頻域來討論，極大方便了對控制系統性能的分析。隨著計算機技術的快速發展，使得原來在時域內難以解決的問題變得簡單起來，于是在復數域或頻率域解決的問題又重新轉移到時域內完成，比如控制理論中的狀態空間法，就是一種直接在時域內進行求解，對系統進行分析的方法。另外，自動控制系統從原始的單輸入單輸出系統發展到現在的多輸入多輸出系統，其中的有些內容也逐漸變得陳舊，現在這些內容在工程設計中很少用到。比如根軌跡、等M圓、等N圓等內容，取而代之的是更加先進的控制方法和手段。③自動控制理論這些變化發展充分體現了否定之否定的歷史發展規律。目前，在自動控制理論課堂教學中亟需更新和完善的內容主要包括：

3.1 理論教學內容

在自動控制理論教學中，對于階次在三階以上的控制系統的分析和建模這部分內容，建議適當略講或者不講，因為這樣的控制系統沒有太大的實際工程應用價值。對于系統頻域特性的內容，其中的等M圓、等N圓、尼克爾斯曲線等圖解方法，由于其本身不容易繪制，并且在實際工程設計中基本不用，所以建議在課堂教學中，對這些內容要根據實際情況做適當的刪減。對于線性系統校正方法，重點掌握串聯校正方法，反饋校正和復合校正作為補償教學內容即可。對于非線性系統，重點講解的內容是相平面和描述函數，特別是相平面法，它是后續研究滑模變結構控制的先修知識，所以建議在講授這部分內容時，穿插講解滑模控制的部分內容，這樣更易于學生的理解和掌握。對于線性離散系統，由于微型計算機的廣泛應用，要適當增加和擴展這一部分的課堂講授內容，尤其是數字控制器設計這一部分內容，應該把它作為重點和難點知識深入講解。

3.2 實踐教學內容

為了更好地配合理論教學內容，加深學生對所學知識的理解，在實踐教學內容上要利用好兩個手段：其一是仿真實驗，充分利用Matlab這一進行虛擬實驗的有效工具，對學過的理論知識進行驗證或復雜系統建模;④其二是實驗課，現在的自動控制理論實驗臺大多是根據控制原理，采用控制板、電阻、電容等元件組成的硬件單元平臺，可以靈活地組成復雜程度各異的控制系統。在進行實踐教學內容時，應該首先利用Matlab軟件平臺對所研究的控制系統進行建模和分析，然后在實驗室的硬件平臺上再用硬件搭建控制系統模型，并與Matlab軟件平臺所取得的控制效果進行對比分析，找出理想控制模型和實際硬件控制模型的聯系及區別。

以上情況說明，在自動控制理論的具體教學過程中要充分利用否定之否定的發展規律，要根據時代的發展，及時更新教學內容，實踐新的教學理念、調整具體的授課思路與方法，提高自動控制理論的整體教學質量。

4 要用理論聯系實際的觀點提高自動控制理論的課堂教學效果

理論聯系實際是人類認識或學習活動的普遍規律之一，它的要點一是要用理論分析實際，二是要用實際來驗證理論的正確性。⑤課堂教學必須堅持理論與實際的結合與統一，使學生從理論和實際的結合中理解和掌握知識，培養學生運用知識解決實際問題的能力。

自動控制理論這門課程的內容涉及知識面廣，信息量大，對所涉及的先修數學知識（微積分、復變函數、矩陣論等）的要求較高，如果在教學過程中只注重一般的理論講述，缺乏工程和物理概念的實踐，就容易使學生覺得晦澀難懂，從而產生厭學的情緒，影響學習興趣和學習效果。⑥因此，實踐教學一定緊密配合理論教學，在完成某一部分的理論教學內容后，應立即進行相關的實驗或仿真，通過相關仿真軟件（Matlab、Labview等）或在實驗室的實驗平臺上搭建控制仿真模型，對已經學到的理論分析結果用實驗的方法形象直觀地表達出來，加強學生對物理概念的理解，從而將抽象的數學模型與實際系統參數聯系起來，提高學生對抽象問題直觀化的能力。在整個理論教學內容結束后，還應及時安排課程設計，要求學生會運用已學過的理論與實踐知識，針對一個實際的控制對象，進行系統分析和設計，使系統達到預定的性能指標。經過這樣的綜合性實踐訓練，一方面可以使學生更好地掌握理論教學內容，另一方面也提高的學生的實際動手能力及學習的興趣、效率。另外，在實踐教學方面也可利用多方面的資源，在高校或教學系統內部，每年都有許多大學生實踐項目，譬如大學生實驗創新項目、大學生數學建模大賽等，這些項目給學生提供了動手實踐的平臺。任課教師可以組織學生積極申報，并給予認真指導。從這些具體的實踐項目中體會理論聯系實際的過程，加強對所學理論知識的理解和掌握。另外還可以充分利用現成的網絡資源，針對教師自己承擔的實際項目，組成自動控制理論學習興趣小組Q群，每個小組單獨對項目中的實際問題進行分析和建模， 然后在Q群中進行集體的討論，選擇出適合實際工程需要的物理模型及其控制方法。通過討論和分析，培養了學生分析問題和解決問題的實際能力，提高了他們的學習熱情和學習效率。

5 結論

總之，唯物辯證法思想作為一種認識自然科學的強大武器，已被廣泛應用于社會實踐的各個方面。⑦任課教師要學會把這種思想貫穿于自動控制理論的課堂教學中，學會利用唯物辯證法思想，正確觀察問題、思考問題和解決問題。因為這不單純是哲學理論研究的問題，而是控制理論自身發展的需要。只有堅持唯物辯證法的思想，才能使自動控制理論的教學與時俱進，使理論與實踐相結合，進一步提高整體教學質量。

自動控制理論論文:“相似論”在“自動控制理論”課程教學中的運用

摘 要：隨著現代信息技術的不斷發展，我國的科學技術取得了巨大的進步，自動化已經被應用于不同的領域，尤其是課堂教學。在課堂教學中，自動化控制理論課作為一門理論要求很強的技術基礎課程，在實際的學習過程中還存在諸多的問題。為了能夠讓學生更好地達到自控制理論教學的目的，從而在教學方法上不斷進行革新。本文主要通過分析“自動控制理論”在課堂教學中的現狀，從而具體闡述“相似論”在“自控制理論”課堂教學的應用。

關鍵詞：相似論；自動控制理論；課堂教學；應用

相似論，即自然界和工程中各相似現象相似原理的學說，主要是研究自然現象中個性與共性以及特殊與一般關系的研究，同時還是研究內部矛盾與外部條件之間的關系的理論。由于事物之間是相互聯系的，相似的現象不僅存在于自然界、社會科學，而且還存在于人們的思維活動中，在特別是在“自動控制論”課堂教學中，能夠促進學生更好地學習。“自動控制論”主要服務于信息類專業的學生，主要存在三大特點：一是概念抽象，二是計算方法復雜；三是知識含量大。在實際的學習中，基于“相似論”下的“自動控制論”課堂教學，能夠提高教學效率。

一、“自動控制理論”數學模型之間的相似關系

模型，即將抽象的實際問題轉化成數學問題，主要便于理解和計算某些觀念性很強的難點知識。在課程的學習中，由于分析方法非常繁雜，因而很多學生在實際的學習中往往不能夠理解以及掌握，常見的分析方法主要有三種：一是時域分析法，即通過直接求解系統在典型輸入信號作用下的時域響應來分析系統性能的，在方法上主要按照公式從而求上升時間，一般需要復雜的高階微分方程運算；二是頻域分析法，主要根據系統的頻率特性，從而研究系統的動態特性以及穩態特性，不需要復雜的運算，主要的方法是奈氏穩定判據；三是根軌跡分析法，在這種方法中，特征根與系統參數的數值關系主要通過用圖解來表示，適用于高階系統，運算不繁雜。在實際學習的過程中，時域分析法具有直觀以及的優點，使得學生更偏向于時域分析法。但是在實際的發展中，頻域分析法更具有實踐意義，有利于解決在工程中出現的實際問題。在教學過程中，通過研究發現了一種有利于學生學習的相似關系，這種相似關系的確立可以幫助學生理解不同區域的數學模型，從而建立系統的精準模型，便于學生掌握全局，具體的關系詳見圖一。

二、“自動控制理論”與課程內容相似

在課程教學的內容體系建設中，主要以“相似論”為指導，從而創建模塊化式結構，從而能夠從整體上把握每個教學環節，使每個教學內容都能夠有機結合起來，從而提高教學效率，實現教學目標。例如學生在學習正弦交流電路的相關知識時，通過向量法從而分析電路的穩態以及動態。在整體系統的教學過程中，主要的教學模式可以分為四個步驟：一是課堂教學演示，通過運用向量法，進行穩態響應以及動態響應的分析；二是課堂討論，要充分發揮學生的主體作用，通過分析正弦交流電路的穩態以及動態，從而思考頻率、幅值以及相位差的變化；三是課堂學習，在討論的基礎上，從而加深對頻率特性的理解以及掌握；四是模擬實驗，通過將理論知識運用到實際的試驗中，從而加強學生的學習。

三、“相似論”在“自動控制理論”課程教學中的運用效果

隨著現代科學技術的不斷發展，計算機技術、微電子技術、網絡技術應用的領域越來越廣泛，因此自動控制理論的內容也越來越豐富。在課程教學的不斷改革的大背景下，“自動化控制理論”在整個教學過程中起著重大的作用。由于現代教學的內容越來越偏重實踐，主要強調提高解決實際工程問題的能力，所以在實際的教學過程中，主要通過模擬相關的實驗，從而幫助學生更好地理解以及掌握知識，從而提高學生分析問題以及解決問題的能力。在將相似論運用于“自動控制理論”課堂教學中，能夠培養學生對實驗的濃厚興趣，提高學生學習的主觀能動性。同時，學生在相關模擬實驗的學習中，通過參與實驗設計方案、實驗步驟以及實驗現象分析和實驗結果談論這一整個教學過程，加深了學生對于整個知識框架的了解以及把握，能夠擴散學生的思維，有利于提高學生的動手能力以及分析問題并解決問題的能力。

四、結束語

綜上所述，隨著我國教育事業的不斷發展，將“相似論”在“自動控制理論”課程教學中充分運用起來，能夠營造良好的學習氛圍，提高學生的學習能力以及教學效率，從而能夠滿足現代市場上對于人才的要求，促進學生更好地就業。

自動控制理論論文:自動控制理論在海上鉆井平臺的應用研究

摘 要：隨著我國電氣控制系統技術的不斷進步和發展，在海上鉆井平臺中的自動控制變得越來越廣泛，目前我國的海上鉆井平臺中使用的自動控制系統主要有PI調節系統、調速系統以及雙閉環直流調速系統等，這些系統的配合使用更好地保障了海上鉆井平臺工作的穩定性，極大的節約了海上鉆井平臺的使用期限。

關鍵詞：自動控制理論 海上鉆井平臺 應用研究

在我國自動控制技術不斷改進的前提下，企業生產已經能夠通過系統程序設置來控制相關外部設備來實現自動化生產模式，根據控制理論分類我們可以將其分為經典控制理論以及現代控制理論兩大類。在本文中筆者將就自動控制理論在海上鉆井平臺的應用的相關問題進行分析和研究，希望本文能夠對海上鉆井平臺的開發和研究能夠有所幫助。

1 海上鉆井平臺的自動控制系統分類

海上鉆井平臺的自動控制理論在過去的幾十年中取得了較好的發展，而其中所使用的控制理論主要為經典控制理論中的閉環控制理論。海上鉆井平臺的控制理論主要涉及到電動機的調速控制系統、發電機的壓力調節系統的數字調壓裝置等的使用都是十分廣泛的，在海上鉆井平臺的直流電動機調速的使用也比較多，而海上鉆井平臺所使用的西門子的整流裝置例如SIMOREG K系列的產品都是通過這種閉環控制系統實現控制功能的。

2 閉環控制系統介紹及控制原理

在海上鉆井平臺中使用的閉環控制系統是自動控制理論中十分重要的內容，在經典控制理論中又稱之為反饋控制系統，而這種控制系統的控制原理主要是通過偏差變化作為系統控制信息的信息驅動機構，而自動控制系統則能夠根據系統中的變化量產生相應的控制信息來對偏差量進行糾正。在經典控制理論中負反饋的控制理念主要有比例調節器、積分調節器以及比例積分調節器這三種調節器。在以上的這三種調節器中反應速度最快的是比例調節器，但是由于這種調節器在穩態性能方面不夠完善，而積分調節器的穩態誤差最小，但是對于偏差量的反應不夠靈敏。在海上鉆井平臺中使用的調節器主要是比例積分調節器，因為這種調節器是將比例調節器和積分調節器的優點結合在一起，不但能夠對調節信息作出迅速的反應，而且穩態性比較好。

在海上鉆井平臺的控制系統中所使用的調速器中所使用的電位器控制的，例如在PI調節器的調節量中的P增益主要是用來對自動控制系統中的調節速度進行調節的，而PI調節器的積分控制主要是用來對積分的增益進行調節的，還有一個調節器就是ACTUATOR COMPENSATION這種執行補償部分，這一部分發揮著對執行器的阻尼系數進行指導的作用。在海上鉆井平臺中使用的柴油機、汽輪機等的控制要求將其控制阻尼系數調整為15%左右，而蒸汽機這類的機械設備的控制阻尼系數要求控制在50%左右。在海上鉆井平臺的自動控制系統中通常不要求對控制系統進行調整，但是在系統運行中出現不穩定等狀況時要求對系統中的控制量進行控制。由于在海上鉆井平臺中使用的電機設備比較多，因此在現場的實際情況中要根據發電機的需求對發電機的無功負載進行調節和選擇。通過配合合理的閉環調節系統能夠保障控制系統在反應速度、系統的穩定性以及設備的運行壽命等方面起到十分重要的作用。

3 雙閉環調節系統介紹及控制原理

在比例積分調節系統中所使用的單環控制系統能夠很好地保障自動控制系統本身的穩定性，也能夠實現對控制系統的無靜差的調節。但是在海上鉆井平臺中所使用的電動機對于設備的啟動速度以及控制程度的要求比較高，比例積分調節系統的控制能力和特點顯然不適合對此類電動機的控制。為了能夠保障海上鉆井平臺所使用的電動機能夠在電動機的電流以及電動機的轉矩控制方面得到滿足，可以采用西門子廠家生產的的裝置對海上鉆井平臺中所使用的電動機進行控制。

對于此類電動機的控制最主要的就是能夠迅速的獲得較好的動態特征，西門子廠家生產的比例積分調節器就能夠很好地做到這一點。這種調節器主要是通過對限幅的控制來實現對轉速的調節的，通過對電動機通電電壓的控制來進行無靜差控制，并且通過對電壓的控制來實現以上控制作用。當電動機在運行的過程中一旦設備的負載電流到達較大值，比例積分調節器的調節作用達到飽和狀態，通過這種雙重的控制系統從而很好地實現控制作用。

在比例積分調節器的系統控制中主要有以下兩種靜態特征：首先就是電動機的轉速不飽和階段中，比例積分調節器的偏差量為0，此時電動機的轉速在輸入量以及系統的反饋量這兩項量都是相同的；除此之外還有就是電動機的轉速達到飽和階段，電動機的轉速調節器的轉速達到飽和狀態時系統的穩定性不會再受到影響，而自動控制系統中便形成了無靜差的單閉環調速系統。

在西門子公司生產的直流調速裝置中主要是通過雙閉環調速系統來對電動機速度進行控制，這種裝置中包含有速度調節裝置以及電動機電流整定裝置，主要是系統量的比較環節、脈沖觸發環節以及電動機電流分反饋環節這幾種元部件，在其中通過模擬運算的方式來將調節器中的存儲器進行調節，而且這種自動控制系統中運算速度要遠遠高于其它速度調節器，而且在其中裝設有監控保護裝置，系統的穩定性非常好，反應速度更為靈敏。

西門子控制裝置在海上鉆井平臺中的應用十分廣泛，目前我國在海上鉆井平臺中所使用的西門子控制調節裝置主要有6RA24，這種控制系統，而在其中主要是通過模擬部件的連接來實現的，而且這種裝置的工作模式十分簡便，能夠根據現場的實際情況進行選擇性連接。在西門子控制裝置6RA24中不但可以實現積分調節、比例調節、比例積分調節這三種調節模式的選擇，而且能對調節器的P＼I增益都能夠起到控制作用，并且能夠控制電動機的電流，因此該裝置的反應速度十分靈敏，系統的穩定性能也很高。海上鉆井平臺所使用的6RA24裝置不但能夠通過參數的調節來實現對控制系統的控制，而且能夠更好地保障控制系統的穩定性和速度控制靈敏性，因此能夠有效的提升設備的工作效率。

4 結語

在本文中筆著就自動控制理論在海上鉆井平臺的應用進行了簡單的分析和探討，由于自動控制系統中包含有動態控制和靜態控制等多個方面，因此此類控制系統是比較復雜的，而對于海上鉆井平臺又發揮著十分重要的作用，希望本文能夠對我國海上鉆井工作的開展能夠有所幫助。

自動控制理論論文:學分制下自動控制理論課程的教學探討

摘 要 從學年學分制改變到學分制，授課對象不再是同一個年級，同一個專業的學生。自動控制理論是電類所屬專業的一門重要的專業基礎課，本文探討了在學分制的環境下，教師如何進行有效的教學活動來提高教學效果。

關鍵詞 學分制 學年學分制 自動控制理論 教學

在學年學分制下，學生學習的自主權受到限制，一個自然班的所有學生都在同一個時間段選修某一門課程，無法考慮各位學生之間的學習差異和學習接受能力，學生也無法主動選擇符合自己學習風格的授課教師，對自己學業的管理處于被動狀態，不利于高素質學生的培養。而學分制則充分體現了學生的選擇主動性，它通過學分來衡量學生的學業情況，學生達到畢業所需的低學分就可以申請學位證書，它打破了自然班級的概念，每個學生都可以主動管理自己的學業，根據各自的學習能力的強弱安排每個學期所修習的課程，畢業所需的年限也將不再統一。

自動控制理論是電類所屬專業的一門重要的專業基礎課，在學分制的環境下，自動控制理論課程的學時數和授課對象都發生了變化。自動控制理論課程是電類專業一門重要的學科基礎課，后續課程如現代控制理論、計算機控制系統、控制、過程控制等都要用到它的基本理論和基本思想，在學生的課程體系中占有很重要的地位，很多高校把它列為研究生入學考試的專業課。該課程具有內容豐富、理論性強、涉及知識面廣、比較抽象等特點，具有一定深度和學習難度。本文就在學分制環境下，教師如何操作，如何提高自動控制理論課程的教學效果方面進行一些探討。

1 限制授課對象

（1）限制修讀課程的條件。在學年學分制下，學生按培養方案規定的程序，在大三上學期開始統一修習自動控制理論，班級為自然班，學生所修讀的主干課程一致，具備相同的學業基礎。而在學分制下，學生根據各自的能力進行課程的選修，因此，會在修讀的學生里面同時出現大一、大二、大三、大四等不同年級的情況。有些學生要考研，可能會提前修讀該門課程，但是自動控制理論是一門理論強的專業基礎課，在學習該門課程之前，需要具備一定的基礎知識，要不坐在課堂中就像坐“飛機”，什么也聽不懂，學習效果很差。自動控制理論的先修課程為高等數學、電路、模擬電子技術、大學物理、復變函數與積分變換等，因為在課程的授課內容中，會出現關于由電阻、電容、電感、電機、運算放大器等元件組成的電氣網絡的傳遞函數的求取，力學系統的傳遞函數的求取，積分運算和拉普拉斯變換等。因此，不是學生想選修該課程就可以選修，仍需遵循循序漸進的教學規律，在教學管理系統中，需要對修讀該門課程的學生進行一定的條件限制，只有已經完成上述基礎課程的學習并取得良好成績的學生才能進入選課系統選修自動控制理論課程。

（2）限制授課班級人數，放開班級數目。眾所周知，30人左右的小班班級授課效果比60人以上的大班班級效果要好得多。在學分制的環境下，滿足修讀課程條件的學生可以自由選擇自己喜愛的教師，而自動控制理論課程有5～6位教師提供授課，因此，可能會出現某位教師名下的學生非常多，遠遠超出正常班級授課人數的情況。為了應對此種情況，建議在選課系統中對每位教師的授課學生人數進行限制（例如，45人），但并非超出該限制人數的學生就不能選修該教師的課程，而是自動再創建一個班級，學生們仍可選修該教師的課程，只不過是在不同的時間和地點。這樣就能真正體現學分制的意義，而非超過了人數限制的學生只能選修自己不喜歡的教師的課程。的教師可以擁有該課程的多個序號班，某些教師可能因人數不足而不能開課，這樣，教師之間能有一個教學上的競爭，從而督促教師努力備課，促進教學質量的提升。

2 公開教學內容，創建課程網站

在學分制的環境下，自動控制理論課程有兩種不同的授課課時，一個是48課時，一個是64課時。自動控制理論課程的教材仍沿用之前的教材，即選用冶金工業出版社出版，由王建輝、顧樹生等編著的《自動控制原理》（第4版），這本教材重點突出，章節安排合理，內容豐富，涵蓋了自動控制系統的基本概念、分析方法和設計方法，48課時和64課時的課程均可使用。48課時的課程重點介紹自動控制系統的基本概念和分析方法，內容包括自動控制系統的基本概念、控制系統數學模型的建立、控制系統的時域分析和頻域分析，適合非自動化專業的學生選修。64課時的課程在此基礎上，增加系統設計方法和非線性系統的簡單入門介紹，即系統的校正和非線性系統的相平面分析法，適合自動化專業的學生選修。此外，還可以根據考研學生的需求和人數，增設一門32課時的自動控制理論晉級選修課，由經驗豐富，經常給考研學生進行答疑的教師負責開設，擴展和加深理論知識的講解，重點題型的講解。

為便于需求不同的學生進行選修，建議創建課程網站，按不同的課時創建課程鏈接，在網絡上公開授課教師簡介、具體的教學內容安排，包括教學大綱、教學方案、實驗大綱、實驗指導書、課程講稿、PPT、教師上課的視頻以及課程的參考資料，便于學生瀏覽、閱讀和學習。由于實行學分制，教師在上課時面對的學生不是一個自然班級，班級的學生之間熟悉程度不高，對學生的管理難度增大。針對這種情況，建議在課程網站中創建電子點名系統，賬號分為學生賬號和教師賬號。學生賬號登錄可以進行實驗課程的預習、問題的咨詢、課程章節內容網絡自測等。教師賬號登錄后可以進行電子點名，每個學生姓名超鏈接進入后都會顯示學生的手機聯系方式、輔導員聯系方式、其家長的聯系方式。一旦發現某位學生出勤率很低，可以通過各種方式及時找到該學生，與學生進行溝通。在教學班可以實行課代表負責制，由課代表負責學生的課程學習、作業上交、聯系教師等工作。

3 統一考核指標，細化評分標準

在學分制下，5～6位教師同時授課，因此，課程的考核方式和考核指標必須統一。自動控制理論課程無論是48課時還是64課時，都采用考試的考核方式。考試成績分成兩個組成部分：平時成績40%（包括作業、出勤率、平時課堂學習表現、實驗操作和實驗報告），期末考試60%。考試試卷不能由某位教師出題，而應建設課程試題庫，通過試題庫隨機選題構成試卷，在課程內容結束后開始組卷，避免在上課時意外透露考試內容。平時成績的給定也必須有嚴格統一的標準，細化各部分A、B、C、D等級的評分要求，避免在大致條件相同的情況下，出現成績評定差異較大的情況。卷面成績的批改也必須像高考試卷批閱一樣，每個步驟都給出具體的分數，嚴格依據步驟給分，試卷采用流水評閱，授課的教師全部參加評閱，一人負責一道題目的批改，避免某位教師的學生試卷均由該教師批閱。成績的評定對于學生選課以及學習積極性具有很重要的調節作用，嚴格統一的成績評定方式有助于避免學生在選課時選擇管理不嚴、要求不嚴格的教師，而冷落治學嚴謹、要求嚴格的教師，杜絕學生以課程考核的難易度為依據，來選擇授課教師。

4 結束語

學分制環境下，對于教師授課提出了很多新的挑戰，自動控制理論課程的理論性強，知識點多，學生學習難度較大，而該課程的授課教師人數較多，因此，必須從選課、上課、考核等環節入手，把好上課學生的基礎知識關、提高授課教師的教學質量關、嚴化考核標準，使學生能夠真正從學分制中受益，體現學分制的優勢。

自動控制理論論文:分析自動控制理論在火電廠熱工自動化中的應用

摘要：我國經濟水平不斷提高，新的社會經濟形勢下，火力發電技術正在不斷進行改革與發展，而自動控制理論的應用，實現了火電廠熱工自動化的進步，為擴充發電機組較大容量提供了的技術理論支持。本次研究以火電廠熱工自動化實際情況進行研究，通過現狀與實際應用情況，分析出自動控制理論未來的發展效果，希望為火電廠熱工自動化技術發展提供參考。

關鍵詞：自動控制理論 火電廠 熱工自動化

熱工自動化技術主要由運用控制、熱能工程、智能儀器、計算機信息等多種技術共同組成，可以實現控制、檢測火電廠運行過程中的熱力學參數，從而實現生產全過程的控制、調度、管理、檢測等工作。通過熱工自動化，可以提高火電廠生產安全性，具有提高產量、優化質量、降低能耗等優點，是一項綜合性較強的高新技術。自動控制理論主要應用在鍋爐、汽機、輔助設備的控制中，可以幫助機組適應火電廠工況變化，保障生產過程的安全性與經濟性。

一、熱工自動化領域現狀

（一）使用情況

在我國熱工自動化領域，大多數廠房控制系統均為DCS，而PLC只在輔助車間使用。這種情況的主要原因是DCS系統建設成本較大，火電廠為了降低成本，在可以間斷運行的輔助車間使用PLC進行系統控制，由于輔助車間模擬控制較少，所以并不會有過大的影響。而主廠房包含鍋爐、汽機、發電機，為了保障系統的穩定性，就需要選擇DCS來維持系統的長期穩定性。

（二）運行參數

根據模糊控制可以得出鍋爐壓力論域，而AP論域則代表了兩個不同周期的鍋爐在運行時產生的壓力變化論域。燃燒周期往往會進行自動調整，這種調整會導致負荷加大時，燃燒控制響應速度也會有所增加。由于煤質與爐況存在部分差異，所以調節效果也會出現差異，函數曲線在不斷重疊的情況下，需要使用模糊控制算法來獲得對參數變化的適應性，而通過實際運算也證明了這一特點。

（三）鍋爐汽包

在檢測鍋爐汽包運行情況時，汽包液位系統屬于無法自我平衡的被控對象，所以在供水量降低或蒸汽流量增加時，鍋爐并不會降低傳導給汽包的總熱量，這就導致大量液體受熱產生汽化反應。發生汽化反應后，汽包液位檢測會出現錯誤，而供水量增大或蒸汽流量降低時，情況也會發生逆轉，這種情況就是常見的“虛假液位”現象。由于大多數鍋爐在設計汽包液位回路時，并沒有將其納入設計分析之中，所以汽包液位控制經常受到影響。

二、自動化控制系統作用

（一）架構模式

大多數自動化控制系統以PLC為核心，通過控制器與網絡組成了自動化系統，而且可以向上擴展為管理系統。而DCS的核心架構模式也是分布式控制系統，不僅可以使用正常的DCS控制器，也可以兼容PLC等多種類型的控制器。

（二）算法模塊

我國已經對自動控制理論進行了大量的研究，而且也獲得了一些高級算法模塊。目前常用的NT6000設備模塊，就可以通過一個模塊實現設備的控制與故障報警功能，而網絡通訊中也可以通過該模塊進行信息傳遞，使軟件開發速度得到有效提升。每個設備模塊均可按照0.5K邏輯量進行計算，而PLC在同樣要求下，其使用的繁瑣性就有較大增長了。DCS設計的主要方向就是系統需求，所以在處理這些問題時，經驗較為豐富。

（三）火電企業結構

我國電力供應體系不斷進行優化，各種寬松的制度代表了我國節能降耗的信心，而火電企業也將不斷進行結構改革。在“十一五”提出了關閉小型火電廠的目標，而完成“十一五”發展目標后，我國需要關閉大多數4000萬千瓦以下的小型火電廠，這種情況下，電力工業結構將發生非常大的改變。通過“十一五”計劃，火電建設將繼續向優化資源分配的目標發展，實現西電東送計劃。而“十一五”期間，火電行業效益將呈現出下降趨勢，而企業獲得的經濟效益也會出現較大變化。

三、自動控制理論的應用

（一）應用效果

熱工自動化的核心就是自動控制，而實現這種要求則需要運用控制、熱能工程、智能儀器、計算機信息等技術共同組成，實現熱力學參數的檢測與控制，從而實現生產全過程的控制、調度、管理等功能。通過正確的自動控制理論，可以提高火電廠生產的安全性，增加火電廠經濟效益。通過鍋爐、汽機、輔助設備的自動控制，可以使機組更加適應工況變化，保障設備可以在安全、經濟的環境中運行。

（二）理論發展

近年來自動化技術發展速度不斷提升，而熱工自動化技術也得到了較大的發展。在新理論、新材料、新工藝的影響下，各類新型傳感器不斷出現，而控制系統與裝置技術水平也得到了明顯的提升，新型控制理論與策略不斷出現，在生產過程中獲得了更多的成果。

（三）改進控制邏輯

在改進控制邏輯時，應該通過綜合比較方法完成系統的整體優化，通過容錯邏輯設計，找出在火電廠運行過程中可能發生故障的設備，從而實現控制邏輯的優化與完善，并且可以通過預先設置的措施降低邏輯失效幾率，通過良好的邏輯優化模式，可以使系統具有良好的技術優勢，方便后期推廣。

（四）熱工自動化技術

通過熱工自動化技術，可以有效降低火電廠生產成本與能源消耗，對企業提高經濟效益有著非常明顯的作用。熱工自動化技術不僅可以提高火電企業的經濟效益，也是實現我國節能降耗、可持續發展戰略目標的關鍵因素。

四、自動控制系統未來發展趨勢

（一）數字化電廠

在電力企業不斷的發展過程中，“數字化電廠”的概念逐漸在廣大電力企業中普及。通過管控一體化系統，完成了SIS與MIS數據的處理與整合，將生成管理、設備管理、實施監控、移動辦公等業務融為一體，以發電生產作為主導，以資產管理作為核心，實現人員、設備、資金等資源的管理。通過“數字化電廠”概念，實現了電廠、人員、財務的高產業鏈協作效果，為企業向精細化管理進步提供幫助。

（二）SIS控制系統

在技術方面進行研究，目前熱工自動化技術已經脫離的初級的數據庫建立階段，而是逐漸進入應用階段。雖然實際應用過程發揮了較大的作用，而且部分火電廠也開始應用SIS作為高層監控與管理的工作，但是并沒有體現出SIS控制系統的生命力。通過長時間的發展，SIS控制系統逐漸進入成熟階段，而先進的技術使其成為重要的熱工自動化產品，也是我國可以根據用戶實際需求制定控制系統功能的少數系統之一。通過SIS系統，可以根據火電廠實際情況制定相互契合的熱工控制系統，為用戶提供更加的設計方案。

（三）未來發展目標

目前火電廠使用的DCS品牌為國外引進的品牌，大多數熱工自動化系統均為國外引進的技術，300MW以上的機組DCS被外國企業壟斷，而我國自主開發的DCS系統只能在200MW以下機組使用，性能與功能距國際平均水平存在較大差異。在90年代初期，我國逐漸引入DCS系統進行研究與應用，而DCS功能在發展到發變組后，火電廠自動化才得到了真正的發展。所以，為了實現我國的自主創新，必須不斷加強自動化理論，實現電氣熱工一體化的發展與壯大。

結語：

熱工自動化技術是一項非常重要的控制技術，也是我國堅持節能降耗，實現可持續發展的重要手段。為了提高自動化系統的技術水平，需要加強智能化、透明化、無線化、一體化的技術水平，不斷實踐新的控制測量方法，簡化復雜與繁瑣的操作方法，構建出操作簡單、維護方便的新型熱工自動化系統。