首页 -> 2006年第5期
自动控制理论教学改革的思路与实践
作者：程淑红 刘 琳 刘志新 吴忠强 张典范
用环境，通过各种课件的使用使学生能够自主学习各类课程，并引入解决难点的技巧。在“自动控制系统”的教学实践中，利用MATLAB语言作为“自动控制系统”计算机辅助教学的工具。从图形交互式的仿真环境SIMULINK入手，在SIMU—LINK仿真环境下，简捷、直观地建立系统的静、动态仿真模型；通过系统仿真，以图形方式生动、直观地再现系统的动态响应，并在模拟示波器中观察系统中各物理量的动态波形。
MATLAB软件的引入，将计算机辅助分析与设计得到简化，例如在自动控制原理课程中常采用各种图形进行分析，而图形的获取又很困难。如果采用MATLAB语言只需简单指令立即就可以得到。使学生有了应用计算机的条件和兴趣，帮助学生建立正确的专业思想。如讲解二阶系统阻尼比对系统阶跃响应的影响时，编写如下的简单程序：可得到图1的仿真结果。采用图1所示的仿真图，与传统板书中的示意图相比，既节约时间，又增强结果的直观性、可信度。如图2所示，在对系统进行分析设计时，运用MATLAB工具箱命令rltool(sys)，系统的阶跃响应，脉冲响应，根轨迹，Bode图，Nychols图，Nyquist图，以及校正环节配置不同的零极点对以上各图的影响一目了然，省时省力，可达到事半功倍的效果。
利用课堂中的多媒体技术，逐渐将MATLAB仿真技术渗透到课程讲授的各个部分，不求一步到位，只求步步为营，使课堂形式既丰富又轻松，力争给学生留下“过目不忘”的感受。MATLAB的介入要循序渐近，从简单函数的调用、简单编程直到复杂编程，但由于课时的限制，不可占用过多的时间，因为它毕竟是一种辅助教学手段，不能取代课程的内容和地位，因此可以淡化过程(程序编写、解释过程，SIMULINK搭建过程)，甚至省略过程，只让学生观察仿真结果。亦可从基本操作入手，逐步过渡到模型建立、计算机辅助分析、辅助设计上来。其中可穿插自动控制领域中常用工具箱(如控制系统工具箱，模糊控制工具箱，最优控制工具箱等)中最基本的内容，最主要的是要引导学生认识和注重系统仿真。具体的操作和编程留给后续课程或学生课下自学。对控制系统分析、设计及仿真内容循序渐进的引入，既活跃了课堂气氛，提高了授课质量和效率，又达到了培养学生科学研究能力，注重掌握方法论的目的。
3．4加强实践环节，改变传统模式
过去大多实验装置陈旧，功能单一且多为验证型实验，设计型实验少之又少。本应是学生自己发挥想象力，灵活应用书本理论的环节又变成了程式化的“任务”，这不利于锻炼学生的设计能力，也难以激发学生的学习兴趣。此外，一些实验设备灵活性差，可扩充性不好，同样也限制学生想象空间。
在实验教学实践中，通过加强虚拟仿真实验建设，充分发挥互联网络作用，开设开放型实验的方法，大大扩充了学生的知识面和活学活用的能力。
将传统实验内容及相关实验设备信息全部上网，学生可以通过互联网了解实验内容及实验设备的使用方法。同时建立实验室开放机制，提供可以同时完成多种控制实验的实验平台，而实验内容、实验时间由学生自己选择。随着课程的讲解，验证型实验可有针对性地同步进行，加深对理论的理解。随着课程的深入，知识的贯穿综合，一些综合性、设计型实验可由教师指导，学生自行设计完成。这就留给了学生更广阔的思维和实践的空间。MATLAB仿真软件的强大功能，同样提供了一个虚拟仿真的平台。在SIMULINK仿真环境下，可较容易的实现与模拟设备同样效果的系统，在此基础上分析系统的特性，完成设计任务，使得实践环节既轻松，又随心所欲，更便于知识的扩展和深入讨论，大大提高了实验的效率和质量。
在多年的教学实践中，通过不断摸索和改进，上述方法已得到实施，并取得了一定的效果。本课程既是专业主干课，同时也是电类研究生入学考试专业考核科目，通过几年的实践统计发现，传统教学与现代教学的有机结合，发挥了各自的优势，有助于教学质量的提高。
总之，教学模式改革，教学方法改进是教育教学中永恒的话题，既需要大胆的尝试，同样更需要在实践中不断探索、验证、再改进，寻求适应现代高等教育的有效途径。
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