工程类专业的自动控制原理实验教学体系探究

第30卷第10期2011年10月

实验室研究与探索

RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORY

Vol．30No．10Oct．2011

杨

欣，苏玉刚，谢昭莉，李

斌

（重庆大学自动化学院，重庆400044）

摘

要：自动控制原理及实验课程是一门面向研究型大学自动化专业及其他工程类专业的支撑课程，是

传授自动控制及系统基本思想、基本设计方法、培养解决实际工程问题能力的基础课程。以往的自动控制原理实验基本上是对基本理论的验证和复现，

无法体现不同专业、不同工程背景的需要，不能培养学生的工程实践能力。该实验体系对现有的实验模式及体系进行研究、充实和更新，实现对自动化专业及不同工程专业学生的综合实践能力、创新能力和工程能力的培养。关键词：自动化专业；多工程类专业；自动控制原理实验；实验体系中图分类号：G 642．423

文献标志码：A

文章编号：1006－7167（2011）10－0312－03

Automatic Control Principle Experimental System for

Multiple Engineering Major

YANG Xin ，SU Yu-gang ，XIE Zhao-li ，LI Bin

（Automation Department ，Chongqing University ，Chongqing 400044，China ）

Abstract ：The course and experiment of automatic control principle is a supporting and foundational course to spread keystone ，design means ，project problem solution of automation control for different engineering majors．The traditional experiment of automatic control principle is just a verification and reproduction of the basic principles ，

which cannot satisfy the needs of different engineering majors ，nor can it train students ’ability of engineering practice．This experimental system enrichs and updates the experimental mode ，and makes the students of automation and other engineering majors have the outstanding ability of solving engineering problems．

Key words ：automation ；engineering majors ；the experiment of automatic control principle ；experimental system

收稿日期：2011－06－29

基金项目：自动控制原理重庆市精品课程（200706），重庆大学大类系列课程建设项目

“自动控制原理系列课程建设”（201003）作者简介：杨

欣（1977－），女，甘肃兰州人，博士，讲师，控制理论

与控制工程系副系主任，主要从事信息安全、人工智能、复杂系统控制、信息融合、机器视觉的研究。

Tel．：135********；E-mail ：cindyyoung@cqu．edu．cn

0引言

自动控制原理及实验课程是一门面向研究型大学

自动化专业及其他工程类专业的支撑课程，是传授自动控制及系统基本思想、基本设计方法、基本控制工程理念、培养学生理论素质和解决实际工程问题能力的基础课程

［1-3］

。自动控制原理及实验是以控制论为理论基础，

并与系统论、信息论密切相关的一门基础理论科学，属于应用基础科学的范畴。自动控制原理实验

具有严密的理论基础、广泛的应用对象、可行的实践方

法等特性，以往的自动控制原理实验基本上是对基本理论的验证和复现，无法满足不同工程专业的需要，不能培养学生的工程实践能力，所以需要对现有的实验模式及体系进行研究、充实和更新，为培养自动化和其他工程类专业学生进行系统综合设计、系统分析和系统实现以及理论验证和能力创新，提供一个坚实的实验平台，实现自动化专业及多工程类专业学生的综合

实践能力、

创新能力和工程能力的培养［4-7］。1工程类专业自动控制原理实验体系的问题

随着社会竞争的加剧和工程专业的控制理论与工

程系列课程影响力的提高，

自动控制理论及实验已经成为现代工程高层次人才所应具备的基本理论和实践

基础之一，越来越多的工程专业纷纷开设自动控制原理及实验课程。重庆大学自动控制原理在2010年成

第10期杨欣，等：工程类专业的自动控制原理实验教学体系探究

功建成“自动控制原理重庆市精品课程”，自动控制原理及实验课程所面向的专业及学生范围就更广，如图1所示，重庆大学14个工科学院，共39个专业，有9个学院16个专业对本科开设有自动控制原理、自动控制原理实验课程，开课学院比例为64%，开课专业比例为41%，每年参加自动控制原理、自动控制原理实验课程学习的自动化专业学生人数约300人，其他工程类专业学生人数约1600人。这些不同专业、不同背景的学生，都需要在自动控制原理实验中巩固、验证基本控制理论，并且能够综合应用这些理论以解决实际问题。目前，自动控制原理实验遇到了新的问题，需要实验体系的改革和实验内容的更新：

图1自动控制原理实验开课情况

（1）在实验体系上，由于自动控制原理实验面向各工程类专业，不同专业、不同背景，对实验内容的要求就有所不同，以往的实验体系已经不能适应以培养人才工程能力和创新意识为主的目标，所以需要对现有的实验体系进行研究和改革；

（2）在实验内容上，如表1所示，基本上还是对基本理论的验证和复现，无法体现不同专业、不同背景的需要，不能激发学生的主动学习兴趣，所以需要对现有的实验内容进行研究、充实和更新；

（3）在实验综合设计、分析方法上，尽管已有不少改革成果，但仍有相当多的实验还局限于验证原理和训练操作技术，学生只是看现象，而对实验思路、实验设计和实验综合分析能力重视不足，所以需要对现有的实验综合、分析方法进行研究和改革［8-10］；

（4）在实验内容拓展上，由于实验经费投入的限制，有些实验设备水平较高，但台套数较少（如直线运动一级、二级三级及柔性倒立摆、双旋翼、磁悬浮），使很多学生没有机会认识，更没有机会动手，从而降低了学生的工程实践能力，所以需要对现有的高水平实验设备进行开发，对实验内容进行拓展，并针对不同专业的学生开放，以培养学生的综合实践能力和创新能力。

表1实验课的实验项目及学时

序号实验项目实验学时实验类型1典型线性环节的模拟2验证

2二阶系统的过渡过程2验证

3线性系统的稳定性分析2验证

4二阶系统频率特性的测试2验证

5线性系统的串联校正3验证

6典型非线性环节的模拟3验证

7非线性系统模拟及相平面分析3验证

8采样控制系统模拟及稳定性分析3验证2工程类专业自动控制原理实验体系研究

针对自动控制原理实验课程面向多工程类专业，学生人数多、学生专业背景不同、实验模式侧重点不同等特点，通过对各专业背景及需求的分析，建立新的自动控制原理实验课程体系，需要在体系结构、实验内容和教师队伍培养等方面进行改革和研究［11-14］。

（1）面向多工程类专业自动控制原理实验体系结构及内容不同背景的多工程类专业对自动控制理论的综合应用领域不同，所以原来单一的实验体系结构和内容已经不能满足多工程类专业的需求，所以需要对实验体系结构进行改革，并重新开发适合不同专业的、能够培养学生综合设计、分析能力的综合性实验内容及实验设备。以“理论验证+设计综合+专业拓展”为模式的自动控制原理实验课程体系结构，如图2所示。“理论验证”环节保留了原有自动控制原理实验内容，使学生可以通过这部分的实验熟悉实验操作，加深自动控制理论的理解和知识点的掌握。在“设计综合”部分，主要要求学生在掌握了自动控制原理基本原理的基础上，能够进行简单控制系统的控制器设计和系统性能改善，实现基本理论的实际应用，使学生能够解决一些简单的实际工程问题，培养学生的工程实践能力。“专业拓展”部分，将实验室已有的较高级的控制设备（如双旋翼、磁悬浮等）进行实验开发，各工程类专业学生可以依照自身的专业背景和学生自己的兴趣，选取感兴趣的实验项目，这样既可以拓宽学生的眼界，又可以大大地激发学生的实践兴趣，有效地培养学生综合应用专业知识解决实际工程问题的能力。

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实验室研究与探索第30

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图2面向多工程专业自动控制原理实验体系结构图

（2）随着各工程类专业学生进行自动控制原理学习及实验的人数增加，自动控制原理实验课程的教学内容也逐渐丰富，但是学校资金投入又有限，通过对教学与实践关系的梳理，需要教师能够不断丰富、提高理论知识，培养自身实验创新及设备自主开发的能力［14-16］。教师应该广泛地收集各工程类专业需求，了解各工程专业的背景，不断地扩大自身的知识宽度，并且更注重实验内容和实验设备的独立开发，这样，既促进了实验体系的改革和实验内容的不断丰富，并且也提高了教师自身的创新、开发能力、工程实践能力以及教学水平。

3结语

以“理论验证+设计综合+专业拓展”为模式的自动控制原理实验课程体系能够满足多工程类专业的不同需求，是对各专业学生实践、创新能力培养的大融合培养，培养了学生工程问题解决能力、实践能力和创新能力，实现了具有实验创新及设备开发能力的自动控制原理实验课程教学教师队伍的培养，推动自动控制原理精品课程和大类平台课程的建设。

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105-106．

（上接第289页）

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