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控制理论的基本概念范文1
“机械工程控制基础”课程是河南理工大学机械与动力工程学院（以下简称“我院”）机械设计制造及其自动化、机械电子工程、测控技术与仪器、热能与动力工程、车辆工程共五个专业的基础必修课程。该课程在这些专业的知识体系中起到承前启后的作用，它紧密联系和应用先修课程，如高等数学、复变函数与积分变换、电工电子等，并为后续课程的学习打下控制理论基础。该课程主要围绕“系统”、“反馈”等经典控制理论的概念进行讲解，所研究的问题具有普遍的工程实践价值，有利于机械专业的学生树立“系统”和“反馈控制”思想，为学生运用控制理论分析和解决工程实际问题奠定基础。
“机械工程控制基础”以反馈控制理论为核心，突出基本概念和方法，介绍控制系统建模方法，线性系统的时域、频域和根轨迹的分析和设计方法。因此，该课程理论性强，涉及数学、物理、电工等多方面的知识，比较抽象，是一门具有一定深度和难度的课程。[1]在高校学生数量不断增加、学生质量参差不齐、教学学时不断压缩的情况下，如何提高教学质量，加强反馈控制理论基本概念和方法的理解，增强学生系统分析问题和解决问题的能力，是摆在全体教师面前一项艰巨的任务。
在这几年的教学摸索中，我们不断克服教学中遇到的问题，总结经验教训，改善教学质量。主要从教学内容、教学方法、实践环节和考核制度四个方面完善教学环节，教学质量得到稳步提升，学生的满意度也越来越好。
一、完善教学内容
完善教学内容以学生能够轻松快乐地学习和领会所教授的知识为主要原则。为了保证教学效果，在教材选择、教学内容编排等方面进行了改善。
1.教材选择
教材是学生进行课程学习的主要工具，是学生课本文由收集整理前预习和课后复习的重要参考资料。因此教材的优劣一定程度上影响着学生的学习效果。[2]根据各专业的不同特点，编写了适合机械类各专业的通用性教材。根据学生的不同基础，注重学生接受能力和上课质量，编写不同的教案，有针对性讲解课程核心内容。
在给独立学院上课时，发现学生的数学基础薄弱，复变函数和积分变换学得也不是太扎实，因此在讲解系统的数学模型之前，首先给这部分学生单独补习一阶微分方程的求解，然后再将“机械工程控制基础”中用到的傅里叶变换和拉普拉斯变换，从概念到例题详细讲述一遍，以便于这部分基础较差的学生能轻松顺利接受控制理论中的基本概念和知识。
2.教学内容编排
随着本科教学的不断改革，我院“机械工程控制基础”的上课学时逐渐被压缩，由最初的48学时削减到32学时（含4学时实验课程）。教学中出现了上课学时和授课任务量的严重矛盾冲突。这对教师的专业知识水平和授课水平提出了更高的要求。
为解决上课学时少的突出矛盾，从学生和教师两方面逐步着手解决。积极拓展学生的课外学习和实践，布置一定量难度适中的课外习题作业和上机实践作业，督促学生深刻理解上课时讲授的概念和方法，通过课外作业进一步领会、强化学习。同时，教师在深刻分析教材知识结构的基础上，把握教学重点、难点问题，有效实施重点教学。重点、难点问题要从概念到例题，一点点分析推导，详细阐述每个细节和要求。讲授内容遵循从简单到复杂的基本规律，让学生的认识水平循序渐进，逐步提高。对于较为简单的教学内容，则通过例题和提问的方式展开与学生的讨论，让学生成为学习的主动者，增强学习质量和效果。
在教学内容的组织上，循序渐进，逐步深化，强调基本概念的理解和应用，减少一些定理和公式的太细推导。在教学过程中，重点讲授经典控制理论的主要内容，注重知识体系的完整和工程问题的应用分析，理论联系实际，例如将电路系统、液压系统等模型的分析引入课堂中来，提高学生们灵活运用知识解决问题的能力。课程进行中，穿插讲授matlab语言在本课程中的运用。让学生们能够动起手来，用计算机实现公式的推导、计算和仿真，提高学生们的学习乐趣和成就感。
二、改善教学方法
改善教学方法以提升学生的课堂授课效果为主要原则。改善教学方法主要包括改善教学手段和采用新颖的教学方法，如启发式、讨论式和激励式教学方法。
1.改善教学手段
目前主要的课堂教学手段有板书和电子讲义两种方式。
减少板书的时间，提高课堂效率，采用多媒体教室授课，引入matlab等计算机辅助教学工具。多年来，根据我们编写的教材和教案，不断完善电子讲义，授课内容涵盖经典控制理论的全部内容，丰富了课堂的信息量。充分发挥powerpoint的演示功能，针对课堂中的重点和难点，采用了不同颜色和字号的字体和线条，便于学生及时抓住重点和难点，跟上课堂进度。对于课程中的系统方框图的简化、nyquist图、bode图的绘制等，采用powerpoint的动画功能和matlab软件辅助完成，让整个电子讲义“活”起来，课堂内容充实起来，而不仅仅是知识的灌输。
每页幻灯片的排版要清晰、整齐、规范，文字精炼扼要，多用图片和动画。让学生直接观测到复杂的时域响应曲线、频率响应曲线以及奈奎斯特曲线，加深对概念的理解和掌握。在讲解某些公式推导和习题时，当powerpoint不方便阐述时，则采用板书手写推导和计算，提高讲解效率，也便于学生跟着教师的思路，深刻领会这些难懂的知识点。例如在讲解频率特征量中系统的截止频率的概念时，结合图形和计算公式，指出幅频特性的数值由零频幅值下降3db得到的频率，也就是0.707倍的零频幅值对应的系统频率值，这样学生就能够深刻理解零频幅值下降3db和0.707倍的零频幅值之间的关系。[3]
2.采用新颖的教学方法
教师的专业水平和知识结构是一切教学活动的核心。在教学活动中，教师光有知识是不够的，还要具备一些传授知识的技巧。大部分教师的知识层次都已经满足教学要求，相对欠缺的是一些教学方法和技巧的灵活掌握，尤其是对于那些刚加入教学队伍的博士教师。为提高教学效果，应采用新颖的教学方法，杜绝灌输式的陈旧教学模式，主要体现在以下几个方面。
（1）提高绪论讲授的质量。绪论几乎是所有课程的第一节课，一定要将第一节课上好，让学生对课程本身产生浓厚的兴趣和学习冲动。在讲授“机械工程控制基础”的绪论时，除了介绍该课程的性质和主要内容外，还讲授了控制理论的发展历史，控制理论在世界文明中的作用，国内外科学家在控制领域的一系列科学贡献，让学生先有一个完整的控制理论发展脉络，然后又介绍当今的控制理论的应用领域，如柔性制造、空间探测机器人、飞行器控制等，鼓励学生先学好课本的经典控制理论部分，将来有兴趣再深入学习现代控制理论和随机控制。
（2）采用启发式和讨论式教学方法。启发式和讨论式都是一种互动式教学方法，它能够启迪学生思考，将注意力引入教师讲授的课堂重点和难点上来，让学生参与问题的讨论并发表自己的观点，形成了师生互动的课堂气氛，从而提高学生的学习主动性和课堂质量。在进行启发式和讨论式授课时，教师要先精心准备好一系列问题，这些问题环环相扣，层层推进。提问时，教师要及时掌控课堂的学习气氛，对于答对的学生，要给予一定的言语鼓励；对于答错的学生，也要及时纠正。做到教师和学生的思维融为一体，引导学生进行创造性思维。[1]
（3）采用激励式教学方法。激励式教学是给学生一定难度的题目或问题，一旦学生攻克，给予一定的语言奖励和成绩奖励，提高学生课程学习的成就感。例如，在讲授系统的时域分析时，让学生课下自己编写程序计算系统时域分析的特征量，并绘制特定系统的时域分析响应曲线。对于那些认真完成作业的学生在期末总成绩时给予一定的加分。
三、加强实践环节
以往搭建积分放大电路进行控制系统仿真的实验模式已落伍，改用matlab、labview等计算机辅助教学软件进行实验。
matlab控制系统仿真实验具有建模方法简单高效、参数调整方便、立即得到仿真计算结果等优点。相对于传统的搭建硬件电路的实验模式，节省了硬件调试时间，而且学生能够每人一台电脑进行控制系统仿真操作，提高了每位学生的分析问题和动手操作的能力，保证了学生对课程实验的参与程度。matlab仿真实验的内容安排和理论教学相呼应，通过实验强化学生对课程中基本概念和方法的理解。
随着测试技术的发展，虚拟仪器逐渐取代传统测试仪器。利用labview软件及其仿真工具包，我们编写vi程序，实现了各个典型环节的时域响应，如一阶系统和二阶振荡系统，还编写了系统的频率响应程序，可以画出系统正弦信号下的奈奎斯特图和伯德图，进而分析系统的稳定性和稳定裕度。[4，5]
通过matlab、labview等实验软件，加强了学生利用计算机解决工程问题的实践能力，对课堂理论知识的理解也起到了事半功倍的作用。
四、完善考核制度
不断完善考核制度，注重平时和实践考核，实行考核多样化制度。一般学生的成绩结构是：平时课堂表现10%，课后作业10%，实验成绩20%，期末成绩60%。通过这样的设置，使学生开始注重课程的过程学习，让学生学好每一个章节，并及时做课后习题。加大实验环节的任务量，注重学生动手能力的培养，减少学生应付实验教学的心理倾向。[6]课程结束，鼓励学生积极进行课程教学评价，反馈教学效果。
坚持考教分离的教学考核模式。根据学生的不同层次，组织教师编写不同难度的考试试题，建立相应的试题库[1]，此外，还尝试自主编写新试题并加入试题库中，保证课程考核质量。
阅卷后衡量教学效果，并总结考试整体情况，编写试卷分析报告，为今后的教学完善提供参考意见。同时，开展学生对课程的整体评教活动。让学生评价教师的教学效果和质量，从而让一大批深受学生欢迎的一线教师脱颖而出，为学校的整体教学质量提高创造良好的教学气氛。
控制理论的基本概念范文2
关键词：自动控制理论；有效教学；探索与实践
Exploration and practice of effective teaching methods for automatic control theory
Liao Shouyi, Zhang Hexin, Zhang Guoliang
The Second artillery engineering university, Xi’an, 710025, China
Abstract: The automatic control theory includes basic theory and method of control system modeling, system analysis and system design. Such distinguishing features as abstractly concept, much terminology, greatly mathematics content, strongly engineering practice, require that the course to explore teaching methods. The effective teaching methods of the course were researched and explored. Good teaching result was achieved by the exploration and practice for years. This can provide reference for promoting teaching quality and making effective classroom teaching.
Key words: automatic control theory; effective teaching; exploration and practice
自动控制理论课程是支撑我校导航、制导与控制国家重点学科的主干课程，自1959年起即为测控工程专业学员开设，目前已面向全院本科学员，是全院性的专业基础课，选用胡寿松教授主编的《自动控制原理(第五版)》教材。
自动控制理论课程综合性强、知识覆盖面广、基本概念和术语多，数学推导多。它不仅要求学生有扎实的高等数学、工程数学、复变函数、模拟电路、电工技术等课程基础知识，而且还要有较强的计算能力和工程素养。特别是随着控制技术的迅速发展，课程内容不断丰富充实(教材的第一至六章和第八章)，讲授对象也日渐广泛，而课程学时却一再压缩(课内60学时)，要求也越来越高，并且所选用教材的内容特点往往使学生因缺乏工程实践，缺乏对实际控制系统的感性认识而感到内容比较抽象，知识点分散、公式多、推导多，进而影响学习效果。总之，课程标准和教材内容的特点让学员感到难学，教员感到难教。该课程的改革和建设是全面提高专业课教学质量的基础，促进学科发展的关键。为提高教学效果，促进“指技合一”复合型军事人才培养，我们对该课程的有效教学方法进行了探索实践。
1 基于认识论和方法论的教学方法探索
1.1 从定性到定量、再到定性的分析思路
人类认识自然、了解自然，总是遵循从定性到定量、再到定性的这一规律，这种过程也是认识论所倡导的规律。自动控制理论课程的目的是让学员掌握控制的基本概念，并能够对实际的控制系统进行分析、设计。理解控制的概念比较容易，但要实施恰当的控制则比较难。在课程教学过程中，我们经常强调从定性到定量、再到定性的这一认识过程，帮助学员掌握整个课程的分析、学习思路，从总体上把握教材的内容，取得了较好的效果。
例如，对于一般自动控制系统的控制原理分析是定性分析，但是光知道自动控制的基本概念和原理是远远不够的，一个实际的系统要能够进行工作，必须对它进行定量分析，也就是要分析其稳定性、准确性和快速性指标。为了达到定量分析的目的，必须对系统建立模型，这个模型就是数学模型，包括微分方程、传递函数、结构图和频率特性，正好是教材第二章和第五章的内容。数学模型是实施定量分析的基础，有了模型并能够对其进行求解(拉普拉斯变换和反变换)的基础上，我们就能够对系统进行定量的认识。例如对快速性的认识，是通过对一阶系统和二阶系统的性能分析来建立起动态性能指标；对于稳定性的认识是通过线性系统稳定的充要条件和劳斯—赫尔维茨判据、奈氏判据、对数频率域稳定判据来进行的；对于准确性的认识是通过终值定理和静态(动态)误差系数法求稳态误差来进行的。
学员在学习过程中，喜欢对系统进行定量分析。因为定量分析有公式，计算简单，容易得出结果；而定性的结论，多属定量分析的结果、文字性结论以及相关的描述性结论。为此，我们在教学过程中强调，定量分析比较容易，难的是从定量分析上升到定性的结论和定性分析上去，也就是对这些定量的公式、结果的分析。例如，稳定性与参数之间的定性的关系；动态性能指标与系统参数之间的变化关系；稳态误差随系统参数变化如何变化；稳定性、稳态误差和动态性能指标与系统参数变化之间的关系；高阶系统增加闭环零点和闭环极点对系统有什么影响等。
1.2 从开环系统分析闭环性能的策略
控制的核心思想是反馈，反馈就可使一般的开环系统变成闭环系统。因此，系统的开环与闭环之间存在紧密的联系，一般来说，开环系统容易分析和理解，也容易获得其数学模型，因为开环系统一般是由各种典型环节组成的，可以很方便地求得开环系统的零点和极点。因此，为了分析系统的闭环性能，常常从开环系统传递函数、开环性能出发来研究和分析。
例如，为了分析闭环系统的稳定性，劳斯判据需要知道闭环特征方程，而闭环特征方程正好是1+Gk(s)=0，其中Gk(S)就是系统的开环传递函数；而用奈氏判据直接通过开环幅相特性曲线Gk(jw)就可判别系统的闭环稳定性，也是从开环传递函数出发的。分析系统的稳态误差时，对于型如tm或其线性组合的输入来说，可直接通过对开环传递函数的型别v和开环增益k来得到静态误差系数从而算出稳态误差。绘制根轨迹时，由1+Gk(s)=0可推导出根轨迹方程，最终可直接采用开环传递函数Gk(s)来绘制闭环根轨迹，并根据闭环根轨迹分析系统的动态性能、稳态性能、稳定性等信息。
从开环系统分析闭环性能的策略可以帮助学员掌握各种分析方法的出发基点和分析目的。由于自动控制理论课程概念、术语多，从什么条件出发分析系统的什么性能在学员学习过程中经常引起混淆，往往课程教学已经结束了，学员还不知道用什么传递函数来绘制什么(开环、闭环)系统的根轨迹，用什么传递函数来计算(开环、闭环)系统的稳态误差。诸如此类，不一而足。
1.3 从对控制系统的要求出发整体把握教学内容
自动控制理论课程内容繁杂，基本概念、定义、术语、公式多，学员难以从整体上把握课程的全貌，难以建立课程知识体系之间的内在联系，大部分学员只有靠机械记忆来掌握课程内容。在教学过程中，我们通过从控制系统的一般要求出发，将课程体系有机联系起来，收到较好的效果。
对自动控制系统的一般要求是“稳、准、快”，因此对控制系统进行分析就是对这三个字进行分析，即分析系统的稳定性、准确性(稳态误差)和快速性(动态性能指标)。首先要求知道它们的准确含义，其次要采用合适的分析方法。分析方法最直观的是时域分析法(第三章)；其次是在系统参数发生变化的时候，系统的性能如何变化，可采用根轨迹法进行分析(第四章)；除此之外，如果系统的输入是正弦波，对系统的分析可采用频域法进行(第五章)；如果系统的性能不符合要求，则必须对系统进行校正(第六章)。
当然，对于每一种分析方法，其分析特点和目的也不一样。时域分析可提供时域指标的全部信息；根轨迹法分析具有时域分析的特点，但它可以提供系统参数发生变化时的闭环系统的根的分布情况，从而可以分析系统的时域指标；而频域分析由于方法的特点，可以分析系统的稳定性和稳定裕度，但不能提供直观的时域指标。
1.4 线性叠加的思想
自动控制理论讲授的主要是经典控制理论，研究对象是线性定常系统，其主要特性是叠加性和均匀性。在系统分析过程中，经常采用的策略是叠加。从一般的多输入产生的输出是采用叠加原理，到开环对数幅相特性曲线的绘制也是将幅频特性相乘变成对数幅频特性的相加从而简化运算。对系统进行校正的时候，串联校正采用的是线性叠加，而反馈校正不具有叠加性，但通过进行一定的简化，最后进行反馈校正进行设计时，也是通过近似的线性叠加的办法。因此，叠加的思想在课程中运用得相当普遍。
2 教学实践体会与教学效果
2.1 多从工程的角度进行教学
自动控制的基础是微分方程的求解，但精确求解微分方程却不是本门课程的重点。自动控制理论是从工程实践中发展并提炼出来的。因此，虽然求解微分方程具有逻辑严密性和精确性，但数学特性却不是该课程的主要特性，在教学过程中应该强调的是其工程性。它的工程性主要体现在几个方面。一是近似、简化的方法，例如对非线性系统的小偏差线性化法近似成线性系统，这种近似在工程上是应用得非常多的，也是非常有效的，在一定程度上能够满足工程的需要；再例如在一定条件下将高阶系统简化为一阶或二阶系统。二是大量公式的推导过程应该注重工程背景，而不能从纯数学的角度出发进行推导教学，严密的数学推导并不是本课程的主要目的，即不能将本课程讲成一门纯数学的课程，而应该从工程的角度出发，充分利用简化、近似、适用范围等工程使用条件，对相关知识点进行讲授。
2.2 适当强调控制系统的设计
自动控制理论课程的目标有两个：一是控制系统的分析；二是控制系统的设计。我校所选用的教材是以控制系统的分析方法为主线，在控制系统的分析方面内容比较详尽，各种分析方法都有介绍，知识点成体系，但对控制系统的设计则讲得较少，也就是注重基础知识的讲授，而忽略如何利用分析方法进行控制系统设计。学员学完该课程之后，掌握了许多控制系统分析的方法，但对实际控制系统的设计基本没有思路，总感觉无从下手。
为此，在教学过程中，笔者强调基础分析方法的同时，引入另外一条控制系统设计的主线，以一个导弹控制系统仪器为例，从其控制原理、数学模型、时域响应分析、根轨迹分析、频域分析以及频率域校正方法出发，对该仪器系统进行分析与设计，既增加了学员学习相关知识的积极性，又提高了教学效果和学习效果。
此外，原教材的知识内容在控制系统的设计方面虽然篇幅较少，但是涉及相关设计的内容都已经融合在相关知识点中。比如对一阶、二阶系统的参数分析与调节，对系统开环增益的调节作用等，实际上对被控对象或系统增益的调节已经是系统设计的内容了。事实上，自动控制理论的发展在相当长的一段时间内都是对系统的参数进行调节。如果参数调节不起作用，则需要采用校正方法来改善系统的性能。
值得注意的是，过多地强调系统设计的内容会牺牲对基本理论与方法的教学。引入以实际控制系统的设计这条主线，应当处理好基本理论方法与应用之间的关系，注意把握基本理论方法与应用之间的“度”，这个“度”就是在不牺牲课程内容体系、知识体系完整性的前提下，适当增加设计方面的内容。
除此之外，对教学内容进行整合和精选，引入Matlab编制的辅助教学软件等措施，也在教学过程中得到了有益的尝试。
3 结束语
近三年来，在自动控制理论课程的教学过程中，采用基于方法论和认识论的有效教学方法的探索和实践，与以往的教学情况相比取得了明显的教学效果。有学员说，通过这样的教学方法，我们很容易理解课程的内容体系，知道该掌握哪些知识，哪些是重点，哪些是难点，能够从总体上把握经典控制理论的全貌。对于青年教员来说，通过这样的实践，能够让他们尽快地理解掌握课程体系和内容，尽快帮助他们成长为一名合格的自动控制理论课程教员。当然，随着自动化技术的飞速发展，为了能够适应新时期对人才培养的需要，必须加强自动控制理论课程的教学改革和探索，不断地更新和完善教学内容，改进教学方法，将自动控制理论课程的教学推向一个新的高度。
参考文献
控制理论的基本概念范文3
内部控制基本概念
内部控制是指一个单位为了实现其经营目标，保护资产的安全完整，保证会计信息资料的正确可靠，确保经营方针的贯彻执行，保证经营活动的经济性、效率性和效果性而在单位内部采取的自我调整、约束、规划、评价和控制的一系列方法、手续与措施的总称。
内部控制包括控制环境、风险评估、控制活动、信息与沟通、监控等五个相互联系的要素。控制环境是基础，包括治理结构、组织机构设置与权责分配、企业文化、人力资源政策、内部审计机制、反舞弊机制等；风险评估是重要环节和内容，包括目标设定、风险识别、风险分析和风险应对；控制活动是具体方式和载体，包括职责分工控制、授权控制、审核批准控制、预算控制、财产保护控制、会计系统控制、内部报告控制等；信息与沟通是重要条件，包括信息的收集机制及在企业内部和与企业外部有关方面的沟通机制等；监测是重要保证，要进行持续性监督检查，提交检查报告并提出改进措施。
内部控制理论文献综述
吴水澎、邵贤弟、陈汉文等人探讨了企业内部控制理论的发展与启示。作者在研究了内部控制理论当时的最新进展，即coso报告之后，提出该报告对构建我国企业内部控制综合框架的启发和借鉴意义体现在五个方面，即完善企业的控制环境、进行全面的风险评估、设立良好的控制活动、加强信息流动与沟通、加强企业的内部监督；同时建议有关部门和团体制定企业内部控制准则或指南，为企业内部控制建设提供一个框架和参考依据。
陈关亭讨论了企业内部控制的假说，并着重分析了如下几个问题：第一，风险管理与管理的关系。作者认为管理包括机会管理和风险管理两个方面。机会管理主要是增加价值，而风险管理主要防止价值减少。第二，风险管理与内部控制的关系。作者认为风险管理与内部控制并不是包含关系，而是完全等价的。第三，内部控制与财务报告的关系。作者认为，既然企业可以作假帐，那么就同样可以超越内部控制，内部控制很难防止虚假财务报告。第四，企业层面控制与业务层面控制的关系。认为企业层面控制应贯通业务层面控制。第五，coso框架与我国内部控制现状。在coso框架评价下我国企业的内部控制远未取得预期的效果。
杨雄胜则指出传统的内部控制理论已面临来自研究对象、控制立足点及前提条件三方面的挑战。控制对象已不再是权力制衡、结构稳定的组织，内部控制成为组织全力制衡的机制，应使组织具有学习型特征。必须把基于权力控制的内部控制转变为基于信息观的内部控制。
潘琰与郑仙萍则注重对内部控制理论构建的基本假设进行了探讨。他们在界定内部控制基本假设的内涵和厘清内部控制基本假设的特征之后，提出内部控制的四个基本假设：控制实体假设、可控性假设、复杂人性假设和不串通假设。
谢志华则探讨了内部控制的本质和结构。作者指出企业组织关系包括设立关系和运行关系，这两种关系决定了企业内部控制的本质和结构。在企业组织关系中，在发起设立时会形成平等的契约关系，以此为基础所形成的企业内部控制的本质是制衡。而在运行时会形成科层的等级关系，以此为基础所形成的企业内部控制的本质是监督。制衡和监督既相互区别又相互联系。
控制理论的基本概念范文4
[关键词]实验教学 自控原理 Multisim
[中图分类号]G642.4 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2013）03-0234-01
引言
《自动控制原理》是自动化专业、电子信息科学与技术专业及相关的电类专业的一门重要的专业基础课程。它侧重于理论角度，系统地阐述了自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，介绍了自动控制技术从建模分析到应用设计的各种思想和方法，内容十分丰富。通过自动控制理论的教学，应使学生全面系统地掌握自动控制技术领域的基本概念、基本规律和基本分析与设计方法，以便将来胜任实际工作，具有从事相关工程和技术工作的基本素质，同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力。
近几年来，本课程开始使用现代化教育手段，普遍采用多媒体教学，同时对实验手段进行了改革，在使用传统的模拟实验装置的同时，结合现代计算机仿真软件Multisim，利用计算机实现对控制系统的设计和分析，帮助学生理解自动控制理论。
本文介绍的Multisim是专用于电路仿真与设计的软件，其仿真设计结果更精确、更可靠。现以Multisim10在自动控制原理实验教学中的应用进行探索。
一、Multisim10概述
Multisim10界面直观，操作方便，元器件和仪器的图形与实物外形十分接近，且仪器的操作开关、按键也与实物极为相似。作为Multisim仿真软件的新版本，Multisim10不仅完善了以前版本的基本功能，更增加了许多新的功能，包括：更完备的元器件库；灵活方便的电路图输入工具；虚拟仪器和测试功能等。
二、二阶电路仿真举例
（一）建立二阶电路的仿真模型
启动 Multisim10应用软件，从其元件库中选择所需的电路元件，连接电路，如图1所示。它是一个以运算放大器为核心的二阶电路，利用Multisim示波器来观测控制系统稳态误差电路的输出变化情况。
（二）仿真分析
该二阶系统的传递函数是：
调节电位器R的大小以及开关的开合，可以观察到二级系统的延迟时间、上升时间、峰值时间、调节时间及超调量的变化等性能指标。当R变小时，系数的阻尼系数变大；反之系统的阻尼系数变小。
1.当SPST开关断开时的输出波形如图2所示（=0，即无阻尼）。
2.R为250K 时的输出波形如图3所示（=0.2，即欠阻尼）。
3.R为50K 时的输出波形如图4所示（=1，即临界阻尼）。
4.R为25K 时的输出波形如图5所示（=2，即过阻尼）。
三、结束语
利用Multisim10作为理论教学辅助工具实现实验教学，不但可以将一些内容较难、图形较多、用语言和文字难以表达或不易理解的抽象、复杂变化过程，通过仿真以波形活曲线的形式生动直观的演示出来，可以激发学生的学习兴趣和积极性，切实提高了学生分析问题和解决问题的能力，使同学们真正做到通过实验加深对理论课的理解，提高教学效果。
【参考文献】
控制理论的基本概念范文5
关键词：《自动控制原理》；Matlab；Simulink；教学改革
中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）25-0061-01
一、引言
《自动控制原理》是“仪器科学与技术”学科领域的重要基础课程，该课程比较全面地向学生介绍自动控制的基本理论，基本概念及其系统的分析与设计方法。通过该课程的学习，可以使学生建立起自动控制系统的基本原理和基本概念，并让学生初步学会利用控制理论的基本方法分析和设计用于实际的控制系统[1]。
《自动控制原理》课程的特点是：理论性很强，要求学生具有较好的数学知识功底，同时要求学生有较强的系统分析与设计能力。面对这样一门重要的工科基础课程，学生普遍反映是抽象、难学，所以如果仍然采用常规的“课堂讲授+验证性实验”的方法是无法适应现代专业技术的发展要求。因此，需要改进目前的教学方法，调动老师和学生的参与性及学习效果。在《自动控制原理》的常规授课中，一般是采用学校自有设备如实验箱及示波器等。但是在上述实验环节中存在的问题是：实物实验台套数较少，难以实现每人一台，实验以验证性实验居多，内容形式老化，难以激发学生实验积极性。所以我们将Matlab软件及Simulink仿真平台引入课堂教学，设计了基于Matlab软件及Simulink仿真的自动控制原理教学平台[2，3]。
二、基于Matlab软件及Simulink仿真的自动控制原理教学平台
《自控控制原理》是一门理论和实践都很强的课程。我们在授课时采用先介绍输入信号基本形式，自动控制原理基本概念，基本分析方法及系统模型建立的顺序，给出数学推导证明。同时将授课重点放在基本概念的建立和如何引出这个概念上，弱化推导公式，同时采用基于Matlab软件及Simulink仿真的自动控制原理教学平台进行演示[4，5]。MATLAB是美国MathWorks公司推出的一款数学计算软件。在自动控制系统的教学中，因为涉及到一些问题的计算和画出相对应的响应曲线，所以完全可以利用MATLAB的强大计算功能和丰富的绘图功能来解决以上问题[2]。Simulink（Dynamic System Simulation Software），即系统仿真工具箱。利用Simulink 进行系统的模拟建模仿真，它的最大的优点是易于掌握，更清晰直观的反映系统运行整个过程及信号传输方式。因此该软件非常适合引导学生动手操作，搭建系统并对系统进行分析[5]。图1是不同输入信号对于同一个传递函数产生的输出信号仿真平台。同学可以调节输入信号的不同类型及输入幅度参数改变输入信号，同时通过观察输出信号的特点进而掌握传递函数的特性。同时同学们苛刻根据应用背景自己设计传递函数形式，从而达到掌握线性时不变系统传递函数性能特性的掌握与深刻理解。
图2反映的是控制系统零、极点对系统稳定性及动态性能的影响关系。在此平台上，同学们可以首先对信号的积分、微分、惯性等环节的特性加以理解，同时对控制系统稳定性及动态性能的调节进行充分的实践分析，从而达到深刻掌握自动控制系统时域分析的方法与设计理念。
三、结语
《自动控制原理》是一门重要的工科基本理论课程。将Matlab软件及Simulink仿真引入实验和课堂教学中，开发基于Matlab软件及Simulink仿真的自动控制原理教学平台，改变传统的演示验证性实验模式。
参考文献：
[1]臧强.MATLAB在《自动控制原理》课程教学中的应用[J].中国科技创新导刊，2011，（35）：65-66.
[2]吕广红.MATLAB在自动控制原理实验教学中的应用[J].轻工科技，2012，（1）：67-83.
[3]乔永凤，王凯.MATLAB在自动控制原理教学中的辅助应用[J].电脑开发与应用，2011，（25）：30-31.
[4]黎莉，张华敏.基于MATLAB语言的《自动控制原理》专题研究式教学探索[J].职业时空，2011，（7）：87-88.
控制理论的基本概念范文6
关键词：自动控制理论；教学方法；教学手段
作者简介：曹敏（1976-），女，贵州习水人，贵州大学电气工程学院，副教授；徐凌桦（1976-），男，贵州贵阳人，贵州大学电气工程学院，副教授。（贵州 贵阳 550025）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）14-0085-02
“自动控制理论”是自动化专业的一门重要专业基础课，由于其理论性强，涉及知识面广，与先修课程联系紧密，容易让学生产生畏难情绪。然而，该门课程又是自动化专业的一块敲门砖，能否扎实掌握该门课程所学内容，直接影响到对后续专业课程的学习和理解，而且，该课程同时也是自动化类硕士研究生的必考科目之一。为此，结合近几年的教学实践经历，笔者对自动控制理论课程的教学方法和教学手段进行了探讨。
一、讲在所有授课内容之前
由于“自动控制理论”这门课程在整个自动化专业本科知识体系中占据了重要的一席之地，因此，在讲授该门课程之前，对课程在本专业的地位、教学目的、考核方式等等做一个简要的介绍极其必要。在讲授所有具体内容前，事先告知该门课程有什么用，并用通俗易懂的话简要概括课程所要讲授的内容，让学生了解该课程在整个专业学习中所占据的地位，需要用到哪些已经所学的知识以及将对之后要学习的专业课程的贡献等等。另外，还可对课程的学习方法及考核方式等问题一一简要介绍。这样做，一方面避免了学生学习的盲目性，解决了学生“为何要学这门课程”的问题，减轻同学的畏难心理，另一方面也强调了课程的重要性，有助于学生树立学习这门课程应具有的正确学习态度，增强对课程的重视程度。
二、“自动控制理论”在自动化专业的课程地位
“自动控制理论”是本科自动化专业的一门重要专业基础课，其在整个自动化专业课程体系中所占据的地位，简单说来就是“承前启后”。
由于课程主要讲授分析和构建自动控制系统的理论和方法，需要用数学手段抽象出由实际物理器件或由各种电子元器件搭建而成的系统的数学模型，从而要用到高数、工数、电路、电机、模电、数电等知识。因此在学习该门课程之前，学生应已先修“高数”、“工数”、“电路原理”、“电机与拖动”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”等课程。
此外，作为自动化专业的专业基础课，“自动控制理论”又为后继课程所用。如以电机为主要研究对象的运动控制系统、以各种具体生产过程为研究的过程控制系统，以及以单片机、工控机、PLC为核心控制器的计算机控制系统等常会使用传递函数来描述系统的数学模型，并使用时域或频域法来分析系统的性能，衡量系统的稳定性，又或是对具体的各种控制系统使用“自动控制理论”的方法来对系统进行设计。由此可见，“自动控制理论”是自动化专业的一块敲门砖，是一门不可或缺的专业基础课。
三、“自动控制理论”的课程内容
尽管“自动控制理论”理论性强，内容多，涉及面广，概念抽象，且知识环环相扣，其以线性系统为主要研究对象，囊括了自动控制系统的基本概念、系统数学模型的建立及简化、线性系统的时域分析、系统的根轨迹、系统的频域分析、系统的校正及离散系统等内容。看起来内容纷繁复杂，且与先修的多门课程联系紧密，但总的说来，该课程讲述了两个内容：一是自动控制系统的分析，而另一个内容就是自动控制系统的综合（设计）。要讲述第一个内容，那就先要了解什么是自动控制系统，它是由什么组成的，对于组成它的各个环节有哪些专有称谓等等；接着在了解了自动控制系统的构成后，要分析系统，则需要建立系统的数学模型；之后便是用时域法、根轨迹及频域法等来分析系统。而对于第二个内容，控制系统的综合，则是设计出满足相关性能指标的自动控制系统。当系统不满足性能时，则考虑通过增加校正环节来对系统进行调整，以使设计出的系统满足要求。由此，“自动控制理论”的内容可简要概括如下：
系统分析：系统的概念；系统数学模型；系统的时域分析；系统的根轨迹分析；系统的频域分析。系统综合：系统的校正方法；系统的校正。
以上这些内容，可深可浅，具体的章节内容安排还应与采用的教学手段、教学方法以及课程的学时数安排等相结合，制作出既不偏离“自动控制理论”主体内容，又符合培养学生掌握学习方法激发学习兴趣要求的课程内容。
四、“自动控制理论”课程教学中所采用的教学手段
1.张弛有度的多媒体教学
随着现代化教学模式的引进，各种多媒体教学课件涌入课堂，授课教师从繁重的传统板书教学中解脱出来，节省了课堂时间。然而，过分依赖于多媒体课件，常常会导致课堂节奏快，学生对所学知识印象流于表面。并且由于节省了板书时间，课堂的知识量无形中会加大，学生常来不及对各个知识点进行深入思考并理解掌握。尤其对于“自动控制理论”课程来说，需要推导大量的定理、公式及法则等，若这些工作都只靠课件来完成，学生则处于被动接受知识的状态，其学习效果可见一斑。众所周知，人接受理解并掌握新事物、新知识需要一个过程，且在此过程中通过积极思考、主动参与才会留下深刻印象，深入认知后方可举一反三灵活应用。授课经验表明，将传统的板书模式与现代化多媒体教学方法相结合，对于诸如系统数学模型的建立，系统分析及校正装置的设计等重点内容通过板书、应用启发引导进行推导演算的互动式教学更有助于学生对知识的掌握理解，提高学习效果培养其计算分析能力和解决问题的能力。现代化多媒体教学手段在“自动控制理论”课程中的使用要张弛有度并与其他教学手段相结合方能起到最佳教学效果。
2.主干清晰的宏观教学
“自动控制理论”具有理论性强，内容丰富，涉及面广，概念抽象，环环相扣，与数学联系紧密且需要较强的计算能力等特点，容易让学生产生厌学、弃学情绪。因此，在讲授具体知识之前，用通俗易懂的一两句话从宏观角度高度概括课程内容，事先让学生对“自动控制理论”有一个整体的认知，解决“这门课有什么用”，“需要用到哪些已经学过的知识”，“主要讲什么内容”，“为后继哪些课程服务”等问题，有助于学生树立对课程的整体观念，避免知识片面、孤立。而每堂课开始使用几分钟的时间对所讲内容进行概括性简介，指出所授知识点难点及重点，既有助于学生抓住主干，理清思路，又可让他们在学习的过程中有目的地去构建相关知识，提高其课堂注意力。
事实上，从宏观上说控制理论主要围绕着系统的稳定性、动态性能和稳态性能三方面叙述了以线性反馈控制系统的系统分析及设计两大内容。有了这个整体概念，在宏观教学思想的指导下，可将课程内容自上而下地划分为几大模块，在讲授过程中，从模块用途开始，逐步细化模块知识，层层分解，直至各个末枝细节，最后确定各个模块在主干中所处的位置，与其他模块之间的关联状况等。即由主干梳理到具体知识的精分，又由知识浓缩到课程主干的提取。教学经验表明，这种主干――枝叶――主干的教学方式，有助于加深学生用整体统一的思想将控制原理的知识体系融会贯通，把彼此相互联系的概念、观点源源不断地纳入一个统一的结构中并进行合理的分门别类。通过主干，构造了“自动控制理论”课程的框架，学生学习的过程则是对这个框架不断充实的过程，最终，学完课程后，学生则能思路清晰地总结出课程主要内容，梳理出课程的主干，避免只学到零碎的知识片段。
3.提问+回答式的互动教学
在教学活动中，学生是永远的主体。如何调动学生的学习积极性，把他们由被动学习转变成主动探究，是授课教师义不容辞的责任。为此，在教学过程中，笔者常根据所要讲授的内容，提出一些紧密相关的问题，让学生进行讨论分析，引导他们解决问题，总结出问题的答案并进行回答。最后教师会就问题再次进行归纳和总结。此外，在每次课讲解新的内容前，对于已经学习过的知识，花5～8分钟的时间，让一名学生对上次所学知识进行简要的回顾，并由其余同学对其进行提问，对于回答不完善或不正确的，可由提问者进行补充回答或纠正。教学经验表明，采用这种方式进行授课更有助于学生对所学知识的理解及掌握，且印象深刻，加强了师生间以及同学间的相互交流，有利于各种创新思维的迸发，同时也调动了学生的学习积极性，增加了他们的学习信心，培养了他们分析并解决问题的能力以及归纳总结和语言表达的能力。
4.学生自主式学习的课堂教学
“自动控制理论”涵盖内容多，如果在教学中一味采用以教师为主体的填鸭式教学，则在无形中助长了学生弃学、厌学的思想，压制了其主观能动性及思维的创新性发展，不利于其学习能力的培养。为了激发学生的学习主动性，笔者在教学中采用了以学生为主的课堂教学方式。即把学生分成几组，分别选取“自动控制理论”中易于读懂的章节知识在课下进行学习并制作相应的课件，然后在课堂上选取一名小组成员配以自制的课件来向全体同学传授知识。其余小组成员可以进行补充，而其他同学则可以就不清楚不明白的地方向该小组同学进行提问。教师根据每组同学的情况会给出相应分数，并将其计入“自动控制理论”课程的总成绩中。教学效果表明，学生们在课堂上更为活跃，这种授课方式大大增加了学生的学习主动性，使学生在自主学习的过程中去真正体会学习――理解――掌握知识的过程。通过教师对学生的鼓励、支持及肯定，则进一步增强了他们的学习情绪和自信心，同时还培养了他们的团队合作精神。反过来，从这种以学生为主的课堂教学中，学生在课堂中所展示出的各种创造性思维则为思维几乎已经模式化的教师开辟了新的天地，更有助于教师自身教学水平的提高。这种良性互动，正是教学过程中喜闻乐见的。
五、结束语
教学方法的探索和教学模式的改革是教学过程中永恒的话题，“自动控制理论”是自动化专业的一门重要专业基础课，笔者经过多年的教学实践，总结出以上一些教学方法并进行了实施，获得了一定的效果。为提高教学质量，在今后的教学实践中，只有不断扩充新的方法，不断总结，不断改进，才能更好地引导学生掌握相关知识，为后继课程夯实基础。
参考文献：
[1]吴涛.自动控制理论课程教学探析[J].赤峰学院学报,2011,(4).
