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上好《自动控制原理》第一课

作者:莫怀训 广东省轻工职业技术学校机电科;刘晓瑞 广州城市职业学院计算机工程系2006.11.14阅读 18671

  摘要:
  自动控制技术的职教工作具有一定的难度,《自动控制原理》是其中的核心课程,本文主要讨论如何在这门课程的教学过程中把抽象的理论具象化,如何提高大家的兴趣,如何把这门课程与整个专业体系结合起来。

  前言
  自动化技术是当代高新技术的一部分,同时又与近现代科学技术联系比较紧密。作为自动化专业的老师和学生就是要学习和应用自动化技术为社会主义现代化建设服务,而这个专业当中最基础和最核心的课程就是《自动控制原理》。然而《自动控制原理》这门课程理论性很强控制工程网版权所有,同时对同学们的数学素养、电路分析计算要求较高。随着普通高校的扩招,中专、技校、高职类学校的生源素质不断下降。高等数学、电路理论的课程已经让我们的同学头痛不已,更何况以这些课程为基础的《自动控制原理》。我们或许可以在实践当中因为“以技能培训为目标”而放弃这门理论性太强的课程,但若要真正学好自动化这个专业,让我们这个教育体系培育出来的不是技术机器人而是技术人才,那么在“以技能培训为目标”的前提下,《自动控制理论》却是可以简化而不能省略的。那么如何在现阶段上好《自动控制原理》这门课程就成了一个

有挑战性且不能回避的问题摆在了我们的面前。
  在笔者教学实践的过程中,觉得上好《自动控制原理》第一课非常重要。

  1. 感性认识要充分,基础概念要扎实,学习兴趣要培养
  对于这门难度很高的课程,第一课一定要给予学生充分的感性认识,为基本概念的掌握打下好的基础。只有掌握了基本的概念,学生才有进一步自我深化的可能。而同时感性认识的获得的方法莫过于实际的例子。笔者为此设计了一些例子来进行教学,获得了较好的效果。现举出常用的一个例子与大家共同探讨。

水位自动控制系统

  如图所示,这是一个水位自动控制系统。
  首先需让同学们明白这个系统的控制过程。在教学实践中发现,由于比较贴近生活,同学们对于这个系统的自动运行原理基本都能自发自然的理解,不需太多的引导。但当教师要同学们对他自己的理解进行表述时却都不能准确完整的表达。因此在教学过程中要引导大家如何进行准确完整的表述。一般有以下这样几点需要表述出来。
  (1)系统的控制目标是什么?被控制量是什么?被控对象是哪个?扰动量有哪些?(被控对象和被控量不要混淆CONTROL ENGINEERING China版权所有,要让同学们分清楚,同时还要让大家明白系统的概念)
  (2)什么元件实现对被控对象的驱动?这个元件就是执行元件。
  (3)哪个元件实现对被控量的测量?它就是检测元件。它的信号是如何反馈的?
  (4)输入量由哪个元件给定?反馈量如何与给定量进行比较?(一般要进行反馈量大于给定量和小于给定量的两方面分析,在讲解的时候要重点突出负反馈在自动控制系统中作用和地位)
  (5)系统还有哪些元件给定?它们在系统中起什么作用?
  通过这样的引导,同学们基本能完整准确的表述。反复进行这样的训练,同学们从中可以得到这些学习效果:基础概念不断丰富深入认识理解,系统的缜密的思维不断建立完善CONTROL ENGINEERING China版权所有,语言表达能力得到提高。而且在分析的过程中,同学还能感觉到自动化原来并不是那么神秘控制工程网版权所有,是可以学会,可以掌握的,从而提高大家学习兴趣。
  当然在实际教学中,不能仅举上述一个例子,还需很多例子,如直流调速系统、位置随动系统、过程控制系统(一般书上温度控制最常见到)等等。例子越多,同学们感性认识越丰富,基础概念理解越深入准确。当然这个学习的过程中,还应该适当的留下空白,让同学们解答,或者让同学们写出一些简单控制系统的分析,作为大作业评讲。

  2.分析过程结合自动化课程体系,让同学初步建立专业知识体系,凸显本门课程重要性
  我们在分析自控过程时,要让同学们领会到自动化专业课程体系的结构,知道每门课程的基本作用和地位。从而通过这门课程让大家可以初步建立起本专业的知识框架,至于具体内容,当然需要每门课程的具体教学去完成了。
  具体的操作,可举下面这个温度控制的例子来说明。

温度控制系统

  我们在分析该温度控制系统时,要指出其中各元件的基本原理,属于哪门课程的内容。例如其中调压器属于《电工技术》的内容,在这里充当执行元件的一部分;减速器属于《机械工程》的内容,在这里充当执行部分;电机属于《电机原理》的内容,在这里也属于执行元件;功率放大器和前置放大器属于《电子技术》的内容,在这里充当比较功能及驱动电机;滑动变阻器承担输入器件功能;热电偶属于《工程测试》的内容,在这里充当测量反馈的功能;电热器和炉子算是被控对象,炉温就是被控量。

自动控制系统原理框图
自动控制系统原理框图

  然后我们可以总结出自动化课程体系与自动控制系统的关系图。

自动化课程体系与自动控制系统的关系图

  3. 学习自控原理课程的必要性,引导学生从简单分析到深入思考
  上面第二点或许在一定程度上说明了学习自控原理的必要性,但还不够充分。同学们会觉得分析自动运行的系统好像挺简单的控制工程网版权所有,无需作太多


















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