计算机控制技术课程实验教学综述和探索

计算机控制技术课程实验教学综述和探索【摘要】计算机控制技术课程是电气信息类工科专业的主干专业课之一，根据计算机控制技术课程的特点和实验教学的现状,对实验教学的实验系统、教学内容以及考核方式等方面作了具体介绍和分析。

探索灵活多样方式进行实践教学改革，培养学生独立分析和解决问题的能力，为深化教学改革进行了有益的尝试，获得良好的教学效果。

【关键词】计算机控制；实践教学；教学改革Overview and Ｅxploration of the Ｅxperimental Ｔeaching of Ｃomputer Ｃontrol Ｔechnology ＣurriculumGAN Kai－feng WANG Jun DING Jian（Key Lab of Machine Vision and Intelligence Control Technology, Hefei University, Hefei AnHui, 230601）【Abstract】Computer control technology is an important course for students majoring in electrical and information engineering. According to the characteristics of the computer control course t and the present situation of the experimental teaching, the experimental teaching system, experimental teaching contents and assessment methods, are introduced and analyzed in detail. The nimble diverse ways are used to reform practice teaching. The aim is to improve the abilities of students to analyze and settle the realistic problems. It is helpful to deep teaching method reform. We have been gotten the better results.【Key words】Computer control technology；Practice teaching；Teaching reform ０引言计算机控制系统是以计算机为核心的实现生产过程自动控制的系统，用计算机来组建控制系统可以完成常规控制技术无法完成的任务，达到常规控制技术无法达到的性能指标。

随着科学技术的发展和生产自动化程度的不断提高，计算机控制技术得到了越来越广泛的应用。

计算机控制技术是融合了计算机技术和自动控制理论后发展起来的理论性和实践性很强的一门交叉学科，它是高等学校中自动化、电气工程及其自动化等专业的一门重要的专业主干课程。

学习本课程要求理论联系实践，注重系统性和实用性，要求学生通过本课程的学习掌握如何利用计算机控制生产过程的基本原理，并基本掌握计算机控制系统的分析设计与实现方法及计算机在工业过程控制应用中的各种技术。

计算机控制技术是一门实践性极强的应用性学科，本课程实践教学是帮助学生学好这门课程的一项重要手段。

1计算机控制技术实验教学综述1.1课程特点分析作为自动化专业的一门主要专业课，计算机控制技术课程涉及面很广，知识集中度高，可以说本课程浓缩了自动化专业的知识精华，在专业的课程体系中具有承上启下的作用。

计算机控制技术以计算机在工业控制中的应用为主，特别强调理论与应用的结合，通过本课程的教学，应该使学生在掌握离散控制理论的基础上，学会针对不同的应用对象，设计出合理的计算机控制系统。

由于计算机控制技术课程是理论与实践紧密结合的课程，决定了实践教学环节的重要性。

计算机控制技术课程在大学本科阶段一般安排在第7学期开设，学生通过3年多的理论学习、教学实验、课程设计等，已具有了比较扎实的理论基础和一定的实验技能，此时，让学生在教师的指导下，设计调试并最终完成这一综合了多学科知识、具有一定难度、且实践性很强的计算机控制技术实验。

１.2实验系统组成在计算机控制技术实验教学中，典型的计算机控制系统结构示意图如图1所示，其中的数字控制器由计算机内的程序来实现。

显然，设备条件与环境越接近真实的状况，实验教学的效果就越好，因此计算机以及实现数字控制器的程序都应尽可能采用实际的硬件与软件，在实验室环境下需要仿真的则是被控对象正文内容。

市场可供使用的计算机控制实验教学系统种类繁多，我系计算机控制教学实验系统选择使用的是北京达盛EL-AT-III型实验箱。

EL-AT-III型计算机控制教学实验系统由一块典型系统仿真板，计算机控制单元，开关电源三部分组成，结构图和实验箱面板如图2和图3所示。

实验箱AD/DA采集卡如图4所示。

采用EZUSB2131芯片做为主控芯片，负责数据采集和USB通信，用EPM7128作为SPI总线转换，AD为TL1570I其采样位数为10位，采样率为1KHz。

DA为MAX5159转换位数为10位，转换速率为1K。

AD/DA采集卡有两路输出（DA1、DA2）和两路输入（AD1、AD2），其输入和输出电压均为－5V～+5V。

本实验系统有八组由放大器、电阻、电容组成的实验模块。

每个模块中都有一个由UA741构成的放大器和若干个电阻、电容。

这样通过对这八个实验模块的灵活组合便可构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制系统。

１.3实验内容EL-AT-III型实验系统采用典型环节模块化结构设计，学生利用各模块间的相互组合可完成多种主要实验及算法设计，力求达到理想的控制效果，并对各种控制算法的效果、抗干扰性等进行分析比较，写出科学严谨、文理通顺的综合性实验报告。

进行教学主要实验包括：数-模转换D/A实验、模-数转换A/D实验、数字PID 控制实验、状态反馈与状态观测器实验、数字滤波实验、达林算法实验、炉温控制实验、电机调速实验、步进电机控制实验。

计算机控制技术实验教学应安排在课程讲授的后期，集中3～4周课外时间，以开放实验室的形式来完成实验教学。

首先由指导教师布置实验教学任务，讲实验中的注意事项，学生在设计方案得到指导教师认可后，方可进入实验室进行实验。

实验成绩，要全面客观地反映学生分析问题、解决问题的能力，综合设计能力及平时表现等，本着重结果，更重过程的原则，将成绩评定分为：平时50%，实验结果20%，实验报告30%。

２计算机控制技术实践教学探索计算机控制技术的实践环节是课程学习的重要内容，实践能力特别是系统性的综合实践能力是自动化专业本科学生的必备素质之一。

我们不仅要完成实验课堂教学，还必须以系列课程建设为手段，探索出实验、课程设计、科技实践活动、毕业设计等一系列实践环节，实现递阶性、系统性的培养模式，加强学生计算机控制系统的实际设计开发能力，培养学生创新意识和创新能力。

减少验证性实验内容，增大综合性、设计性、研究性的实验内容，根据提出的功能要求和性能指标，由学生自己完成系统的设计和实验等工作。

采用开放式实验的方式，由学生以自由灵活的方式来完成实验，以激发其积极性。

把计算机控制技术实验教学拓展开来，和课程设计教学结合在一起。

首先，学生根据需求自行进行电子元件和芯片的选型，要求学生了解其性能及使用注意事项；接着，学生开始设计硬件原理图，采用仿真软件进行硬件调试后，开始搭接电路，此时要求学生自行调试电路；然后，选择控制算法（主要包括：PID算法及其变形形式、smith预估算法、数字滤波算法、达林算法、状态观测器算法等），采用汇编语言或面向对象的程序设计语言对数字控制算法按照模块化设计思想进行编程开发，以模块化形式提供系统组态使用，此时要求软件按模块进行分段调试，当分段调试通过后，才能进行整体调试，整体调试中主要是对各个参数进行整合，需要反复摸索和实验，找到优化的参数；最后学生提交课程设计报告，要求写出课程设计的指导思想和方案选定，并给出硬件原理图、软件流程图、调试过程中故障的排除、实验数据的记录以及参数的调整等。

通过这样一个小型控制系统的设计，使学生更全面掌握硬件电路设计、算法研究、数字仿真、程序设计、实验调试等各项技能，使其对计算机控制技术的应用形成一个更完整的知识结构。

同时教师在指导学生课程设计的过程中，要辅导学生进行硬件布线的技巧，培养学生细心、耐心、严谨的工作作风，针对调试过程中出现的问题，提示排除故障的方法，教会学生如何充分利用软件调试手段调试，引导学生自己解决问题，培养学生的动手能力。

我院十分重视组织学生开展各种丰富多彩的课内外科技活动，全国“挑战杯”科技作品大赛、飞思卡尔杯、电子设计大赛等。

我们可以利用这些科技活动，结合计算机控制技术的实验教学，在学生中成立了计算机控制技术的学习小组，教师指导学生利用计算机软件，如PROTEL等绘制印刷电路板，利用MATLAB 进行控制系统的数字仿真等，使学生在计算机控制系统设计方面的能力得到很大的提高。

自动化类专业学生的毕业设计主要结合电子技术、控制技术和计算机技术开设，是全面提高学生计算机控制技术系统设计能力重要环节。

在毕业设计环节，教师应开出一些与工业控制结合紧密的课题，如小型的微机控制系统、工业PLC 控制系统、计算机网络控制系统等，使对计算机控制技术有兴趣的学生在毕业设计中得到更好的锻炼。

有条件的指导教师尽可能多的提供给学生参与科研课题的机会，让其担任部分相对独立的研究和开发工作，使学生的计算机控制系统的研发能力得到更大的提升。

３结束语通过对计算机控制技术课程实践教学进行探讨，我们认识到实践教学环节在本课程教学中的重要作用。

我们要积极推进计算机控制技术课程实践教学改革，提高课程实践环节的教学质量，在教学实践中，有机结合多种手段，激发学生的学习兴趣，增强学生独立获取知识和综合运用知识的能力，提高学生的动手能力和创新精神，培养学生的分析问题和解决问题能力。

希望在今后的教学研究和教学实践中，可以进一步探索出更好的方法，提高学生理论联系实际的能力。

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