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控制科学与工程范文1
【关键词】工程造价；科学确定；有效控制
建筑工程造价管理是工程建设的重要内容，是指以项目造价为管理对象，工程的造价确定与控制为主要内容，涉及项目管理、技术及经济活动等诸项因素的独特的工程管理领域。“十一五”期间我国固定资产建设投入总计922889亿元，实现年均25.5%的增长。但由于建设项目造价管理“三超”现象的频繁出现，社会投资现象浪费惊人，这对于建筑企业自身的长远发展也存在不利影响。消除定额工程计价模式的负面效应，实现工程设计与预算间的动态信息传输，实现工程造价的科学确定与有效控制，是当前造价管理人员需要考虑的重要问题。
1 工程造价的科学确定
工程造价是根据项目建设内容、规模及建设标准、功能直至项目验收交付所需的全部费用。科学确定工程造价，必须将技术先进与经济合理两方面内容有机统一起来，做到使项目投资理念渗透至工程建设的各细节中。工程造价的科学确定必须落实如下基础环节：
1.1 神经网络法快速估算工程造价
投资估算是项目设计任务确定的投资限额，涉及到初步设计概算、资金筹措等多项事务。工程经济人员必须从建设方案优选时就将造价管理的意识渗透至设计的全过程中去，对投资估算中各项动态因素的变化进行合理预测。
1.2 工程量清单计价的基本流程
工程量清单计价是当前国际建筑市场的通行做法，在结合工程清单计算规则、招标要求与施工图纸的基础上，将拟建招标工程细分为分部分项实物工程量，供投标单位逐项填单价。这种计价方式能更好地体现出企业对工程价格的自主性，促进市场竞争机制的形成。
就其操作过程而言，主要包括招标、投标、评标三个阶段。①招标阶段应委托标底编制单位依据计图纸、地质勘察报告、预算定额、质量评定标准等设计出详尽细致的分项工程工程量清单。②投标阶段则主要表现为投标单位根据招标文件形成工程量清单项目计价总和。③评标阶段，业主则必须把握好“合理低价”的控制标准，无标底招标并不代表真正意义的无标底，只是强调具体招标时需要淡化其作用。在以工程所有物的自我测算及控制作为判断报价合理性的基本依据的同时，需要考虑到预测价格即社会必要劳动价值与投标人“个别成本”间的合理差距，以便选择出最适当的投标单位。过分低于标底，应要求投标人说明降低成本的主要措施；出现特殊投标报价的，业主可依据国际惯例否决招标结果。
2 工程造价的控制过程及主要措施
项目决策正确与否直接关乎到工程造价的合理性的前提，确定和优选出最佳投资方案，能更好地实现资源的合理配置。首要的问题就是前文所指出的工程造价的科学确定，提高工程造价精度，有助于建设单位把握工程造价控制的动态目标与主体方向，获取最大效益。同时，工程造价的有效控制还应从设计、施工直至竣工结算等阶段加以展开。
2.1 建设项目设计阶段的控制
设计阶段的造价控制必须体现出事前控制的思想，要着重从4方面体现造价控制的管理思路：
2.1.1 推行设计招标制度，设计的经济性应成为评标的重要权衡因素。引入竞争机制，优选设计方案，应用价值工程理论对设计方案作技术经济分析，力求工程项目实现最优化的设计与最经济的造价。
2.1.2 限额设计，施行设计质量的奖罚制度。在施工图设计中要强调初步设计的总概算控制，把握好质量标准和价值标准，尤其是要提高设计人员的经济观念，将设计与概算、技术与经济指标相关联，在保证工程使用功能的同时尽量获取最佳的经济效果。
2.1.3 推广标准设计。选用国家、省级标准通用设计来缩短设计周期，加快施工速度，提高建设效率。
2.1.4 提高设计质量。设计费仅相当于工程全寿命费用的1%，但对于工程造价的影响度却高达75%以上。为避免施工阶段出现设计变更，导致设计洽商费用和工程造价的增加，设计要做细、做深入。施工图的审核工作除了包含专业图纸的交卷外，更需要核对设计图纸与决策内容的吻合度，技术部门评估图纸设计、结构水平等内容；造价管理部门负责协调各业务部门，着重调整设计概算与设计图纸、投资估算间的不一致之处，为施工阶段的投资控制夯实基础。
2.2 建设项目施工阶段的控制
项目的施工成本控制首要的问题就是落实项目的经济核算工作，从物化劳动（人、机、材)与活化劳动的消耗量中挖掘成本控制的内部潜力。
2.2.1 编制施工成本计划，落实施工成本控制与管理。依据工程特点、重点和难点进行测算调整，将项目成本计划细化分解至各分项工程，并通过定期的成本计划的执行效果来调整和修正成本指标。对于成本计划执行中出现的不利偏差，则需要着重从人、机、材等方面进行成本控制与管理。材料方面：按工程量清单、施工图预算确定材料需求计划；通过材料使用的科学管理来控制损耗量，作业班组要计划领料，发生工程变更的，需要及时将材料消耗量变更情况报送材料主管；强化进料、领料手续，易燃、易爆物品及贵重材料要做到分类堆放，防止出现不必要损失。机械方面：机械是现代化施工的基本物质条件，强化机械设备管理，关键是要合理安排好机械的进退场时间，组织机械设备的定期维护和保养，确保其利用率、完好率能满足建设需求。
2.2.2 严把施工管理关。确定工程设计后，工程造价控制的重心就转移到施工过程中来，具体包括3方面内容。一是工程质量管理。要落实施工现场管理责任制，对整修项目、分部工程和隐蔽工程尤其需要严格验收，防止因返修工程带来工期延误、造价费用增加等情况。二是工程进度控制。要协调好现场施工工序，通过大中小型机械、机械化半机械化的组织配备，确定出最佳的施工组合方式，节省人力、物耗。三是把好材料价格关。要疏通信息渠道，建立可动态反映材料市场供求变化的信息系统；推广材料报价制度，由建设单位与施工单位相互通报各施工阶段的主要材料用量、进货渠道等情况，制定材料进货计划，增强核算意识，杜绝流通环节可能出现的不规范交易。
2.3 竣工结算阶段的造价控制
要做好竣工阶段阶段的造价控制工作，关键在于审查竣工结算的真实性与合理性，筛选出应剔除成本的计划外费用；在核实工程结算编制依据时，还需要根据施工合同、协议、图纸会审记录及变更签证单等加以确定；为防止建设成本出现核算误差，必须要落实好三级核算制度，即审核人员自查、项目负责人审查和技术负责人总审。
3 结语
随着建设业的迅速发展，工程造价管理中存在的问题也不断涌现，这就需要我们在管理实践进一步探索和总结工程造价确定与控制的科学方法，以更好地保证企业最优经济效益的实现。
参考文献：
[1]尹贻林，严玲，孙春玲.世界工程造价学科教育发展报告[M].天津：天津大学出版社，2005.
[2]王树国.建筑工程全过程造价管理问题及对策[J].中国建设信息，2005（07）.
[3]吴开微等.建筑工程造价的模糊神经网络计算方法[J].东华大学学报，2001（03）.
控制科学与工程范文2
由于本课程的特点是实践性强。近年来为了提高学生素质，注重能力培养，在提高课堂教学质量的基础上，对原有的课程设置的内容及实践环节进行了多方面的改革，主要思路是：跟上信息时展的步伐，减少常规课堂教学内容，加强工业计算机应用及现代控制理论应用方面的知识；口强实验与实践环节的教学，并初步摸索出一套成功的教学方式。具体做法是：
一、课堂教学与体系的改革
缩减原《化工过程控制工程》的课堂教学学时，将原来的80学时减至48学时，将原课程内的“工业计算机控制”方面内容抽出，增加48学时的《计算机控制技术》必修课程，为适应新技术的发展，同时增加30学时的《先进控制技术》与48学时的《控制系统集成设计》课程作为选修课，以培养综合性的、开拓性的人才。
二、实验室建设与改造
“化工过程控制工程"是一门工程技术科学，一名优秀的控制工程师必须既具有坚实、广泛的基础理论知识，又具有工程技术实践水平。为此该学科应该在给学生提供一个连续良好的理论学习环境的同时，也必须给学生提供一个相对完整的工程实践环境。教师不但要将相关的理论和技术知识传授给学生，更要使学生在校期间通过工程和实践环节的锻炼，学会解决和处理本专业技术工程问题的方法。因此对于实验室建设与改造这方面工作，我们一直作为《化工过程控制工程》课程改革的重点，并坚持“工程化”第一位的原则。实验装置的设计、仪表的选型、控制柜的设计、包括控制系统的安装都与工业实际保持一致，并根据教学、科研需要，总结了已有实验室装置和市场上有关产品的特点，自行设计制造了五套多功能实验装置。该装置使用了目前工厂中常用的比较先进又极具有代表性的仪表设备，可以完成控制工程、系统辨识、自适应控制、计算机控制技术、模糊控制、预测控制等多方面的实验。实验装置控制柜设计时，充分考虑控制工程工业应用的特点，整个系统选用了三种控制器。计算机、PLC和数字调节器可以分别对系统进行控制，系统可以组成简单的仪表控制方案、PLC控制方案和DDC控制方案，也可以组成复杂的SPC控制方案和DCS控制方案；选用的控制器和检测仪表具有多样性、可靠性等特点，并可以方便的组成各种控制方案。
另外，去年学校又投资了100万元，订购了10套先进的教学实验装置，现也已投入教学应用中。
三、教学实践环节的改革
目前过程控制专业不仅成为通用的自动化专业，而且是与高新技术发展密切相关的，当前随着计算机技术和网络技术的飞速发展，集散控制系统（DCS）现已经发展成为工业生产过程自动控制装置的主流，为工业自动化开辟了广阔的发展空间。DCS是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、网络通信技术和人机接口技术相互发展和渗透而产生的。它既不同于分散型的常规仪表检测技术也不同于集中式的计算机控制系统，而是吸收两者的优点，在其基础上发展起来的一种先进的系统工程技术。由于它的投资较大，系统复杂，因此各高校在此方面的研究，往往落后于生产实际，但学生迫切需要掌握此方面的知识，为此我们増加了一周“控制工程综合实验”，利用现有的设备来模拟工业实际应用技术。
由于我们在实验装置控制系统设计时的现场控制级，采用了带有通讯功能的单回路数字调节器和可编程控制器（PLC），利用其通讯功能和个人PC机组成小型集散控制系统。开设出DCS集散控制系统综合实验，用装有“MCGS监控系统”组态软件的个人PC机作为操作、管理级与可编程控制器（PLC）组成的过程控制级，来模拟一套DCS系统控制实验室的“双溶液位水槽”物理实验设备作为具体示例，以使学生熟悉DCS系统的组成、操作、使用与开发。在这个实验环节中，指导教师提出建议并给学生制定实验目的和大体思路，让学生自己拿出控制方案，用组态软件完成DCS操作站在工业控制中的主要功能（如总貌显示、回路显示、趋势显示、流程显示、报警显示和操作指导等）同时在实验室设备上进行实际操作通过。这样在整个综合实验环节里，使学生得到了实现一个控制工程项目的全过程训练。学生通过对控制系统的监控组态软件的使用与现场控制信息的连接，制作本实验装置的画面及控制系统的组态工作，构成所需的软件进行实时监控操作，较好的掌握了DCS集散系统在工业上的应用方法。同时对新技术的应用与发展有了的深刻的理解为学生今后的工作奠定了基础。
工科院校自动化专业的学生最终的走向应该是工矿，企业和科研机构，《化工过程控制工程》课教学的目的就是将在此之前学习的自动化和与其相关的理论课程和技术课程同实际被控过程有机地结合起来，用已学过的理论完成对生产过程系统的有效的控制。从这个意义上讲应该重视与切实搞好学生的课程实践环节，在这个思路的基础上，对于《化工过程控制工程》的实践环节课程：自控工程设计（两周）与生产实习（三周）两部分，我们除了与对口企业联系，让学生到生产一线进行实践外，还利用学校建立供热中心的机会将此供热中心建成学生实习基地，为此学校额外投入100多万元，由教师自行设计、安装和调试完成了两套工业燃煤锅炉的仪表及计算机控制。这样为学生的实践环节提供了非常方便的实习场所。
四、努力改善教学条件和方法
（一）加强教材建设
多年以来《化工过程控制工程》课教科书主要选用浙江大学、华东理工大学主编的教材，近年来我们已着手编写“化工过程控制工程”的立体化教材其中包括：教科书、实验讲义、多媒体课件、试题库等。自编的“化工过程控制工程”课的配套教材有：《过程控制系统》、《自控工程设计》、《控制系统集成设计》、《过程控制工程学习指导》、《线性多变量控制》、《控制工程综合实验教程》、《计算机控制技术》。这些自编教材都配有相应的电子教案，现都在学校校园网上，以便学生下载学习。
（二）加强网络教学与交流
过去学生在学校里主要是依赖于教科书和教师的讲解以及少量的实验来获取工程课知识，其中往往存在内容简单、直观性差等问题，从而影响学生对工程课的深入了解。尤其是自动化专业的主干课“化工过程控制工程”，它包含大量的工程实践内容，因此迫切需要解决理论与实践、教学与实验的问题。利用计算机构造了《化工过程控制工程》多媒体计算机仿真教学系统，通过校园网可供学生进行高效率的学习，使想像变为形象，使不可见变为可见，教和学都显得容易，还可使学校和个人只花少量的钱能开出丰富、教学质量高的实验。“化工过程控制工程”多媒体教学课件，它的内容覆盖的知识全面，所选择的控制对象、控制系统都具有广泛的代表性。
教学系统部分主要组成单元有：1.概述，2.闭环控制，3.系统仿真，4.自控设计，5.课后练习，6.网络交流。这些多媒体教学软件的组织是我们将几十年的课程教学、实验、实践，总结出一些基本教学内容，组成计算机教学课件，所选择的控制对象、控制系统都具有广泛的代表性。闭环控制方式采用实用性很强的PID控制，并能进行参数整定，做出过渡过程曲线仿真显示。对现代控制理论的应用（如多变量解耦、模糊优化控制等）也进行了实际工业对象的仿真，对其的各种算法可灵活的进行参数整定，仿真结果由微机的CRT显示。
这些教学软件，既以可在多媒体教室，进行课堂教学，也可以在实验室与相应硬件设备相连开实验，克服理论与实践相脱节问题，使学生通过这些教学软件的操作，掌握PID控制系统的参数整定方法；计算机控制技术应用；现代控制理论算法研究与应用。这样在课堂上，教师先通过这套多媒体教学软件的演示，使学生对工程实际的控制与问题的计算机仿真处理，具有感性认识后，再进行物理模拟设备实验，从而很好的解决了对工程实际技能的培养。试用两年获得学生的好评，同时获得校首届“多媒体教学课件大赛”一等奖、第六届“全国多媒体教学课件大赛（高教组）”优秀奖。
以上这些自行开发，研制的教学软件，都可在青岛科技大学校园网自动化与电子信息工程学院网页下载学习。
五、结束语
在青岛科技大学各级领导的支持与帮助下，通过六年的课程改革工作，把课堂讲授、实验、课程设计、综合实验、生产实习密切结合为一个有机体将实践与理论相结合形成了立体交叉式的教改方案，并主要加强实践环节教学，使学生的各种能力得到训练，増强了新科学技术的掌握和处理实际工程的能力，在这些方面我们已取得了一些实际性的突破与成绩。
我们的主要做法是：（1）改革教学内容与课程体系，形成了一套教改方案；（2）采用现代教育技术，健全了教学文件和教学资料；（3）推动了学科的发展和专业教学的深入，改变了原有的人才培养模式；（4）推动了实验室的建设，建立实习基地，提高学生的实际工作能力。
控制科学与工程范文3
关键词：车辆工程；控制系统；仿真技术；教学改革
中图分类号：G642.4文献标志码：A文章编号：1002-2589（2015）23-0142-02
由于电子控制技术在车辆工程中的应用发展十分迅速[1]，车载控制系统已成为车辆工程学科里一个重要的研究方向。现代汽车的电控系统数量一般为几十个，而高档汽车已高达上百个，电控系统控制器的开发对控制系统理论在具体工程中的应用提出了很高的要求。在车辆工程专业教学中，“控制系统与仿真技术”课程作为本科生的培养内容极为必要[2]。通过本课程的学习，使学生掌握控制系统设计的基本思路和方法，培养学生成为具有分析问题和解决问题能力的创新性人才。本文以安徽工程大学车辆工程专业“控制系统与仿真技术”课程改革为例，介绍教学改革实践中的一些体会和有益经验，与同行分享。
一、课程分析
1.课程现状分析
“控制系统与仿真技术”作为车辆工程学科一门专业选修课，是学生走向科研院所或汽车企业应该掌握的一门课程，安排在第三学年的第二学期，总学时为32学时。本课程仅安排4个学时的实验，其中控制系统的MATLAB建模和SIMULINK仿真分别为2个学时。“控制系统与仿真技术”原属于自动化专业的一门专业基础课，教学以理论讲解为主，侧重于数理公式的推导。这种教学无法培养学生的动手能力，不利于学生理解控制系统的理论本质，对于MATLAB软件的一些函数和命令，学生只能依靠死记硬背，降低了学习的积极性，影响教学效果。
“理论力学”和“控制工程基础”等作为前续课程，学生在学习“控制系统与仿真技术”时已掌握了一定的理论知识，但这些知识点对学生来说是相互孤立的，缺乏对知识体系结构的系统性认识，对具体的理论应用不知所措。“控制系统与仿真技术”教学中对理论过多的讲解也会造成教授内容的重复，降低了讲课效率，不能充分发挥学生学习的主动性。教学方法采用单一的任务驱动教学法，在任务训练的后期，任务小组内部容易出现少数学生具有依赖思想，导致抄袭现象经常发生。具体任务主要为传统控制理论的数字仿真分析，对汽车各种电控系统的工程背景基本没有涉及，这不利于学生了解本领域的科技进展，任务训练难以实现应用MATLAB解决实际工程问题。
2.课程定位目标
安徽工程大学车辆工程专业为安徽省首批“卓越工程师教育培养计划”建设专业，“卓越工程师教育培养计划”旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才[3]。在“卓越工程师教育培养计划”引导下，车辆工程专业的培养目标定为：培养德智体全面发展、基础扎实、诚信实干、综合素质高、实践能力强、具有创新精神，从事车辆及其零部件设计、制造、实验研究以及车辆经营管理等领域的高级应用型专门人才。上述培养目标迫使我们必须改革传统的教学方法，积极探索富有活力、促进学生全面发展的新型课堂教学方法，激发学生的内在潜能，培养学生的创新能力和工程能力。
在广泛调研的基础上，制定了车辆工程专业的培养方案，对专业课程进行了调整，新开设了“控制系统与仿真技术”课程。由于车辆工程专业学科交叉明显，机械、电子、液压、控制等课程均有涉及，“控制系统与仿真设计”课程在整个培养体系中的定位如图1所示。由图1可知，在培养体系中，汽车的各种电子控制系统，如电控燃油喷射系统、稳定性控制系统、电控转向系统、车身控制系统、电控悬架系统、巡航控制系统、电控自动变速器和防抱死制动系统等为具体的工程应用。汽车系统动力学、汽车设计、汽车构造、汽车理论、汽车电子、传感器技术和控制工程基础等为基础理论课程。“控制系统与仿真技术”课程作为基础理论到工程应用的桥梁，在整个培养体系中具有重要意义。
二、课程教学改革措施
1.课程内容优化
根据“控制系统与仿真技术”课程的培养目标，对教学内容进行整合优化，将教学内容划分为理论教学与实践教学两部分。理论教学部分主要完成基本知识点的讲解，以汽车中涉及的动力学系统为分析对象，以汽车电子控制系统的设计方法为设计案例，突出课程特色。实践教学是课程学习的重要内容，在内容设置上力求做到理论联系实际，重视工程概念在实际问题中的应用，提高学生的工程意识和工程实践能力。
“控制系统与仿真技术”教材目前主要侧重于MATLAB介绍和控制理论的数字仿真等内容，系统地以车辆为研究对象讲解如何设计控制系统的教学案例非常少，适合于车辆工程专业学生及工程技术人员阅读的教材不多。在本次教学改革实践中，增加了汽车中相关控制系统的设计与应用，以车辆工程专业教师的科研成果为基础，编排了适合车辆工程专业学生阅读的教材，其中以汽车电控转向系统、电机调速控制以及自适应巡航控制系统为主要教学案例，在后续教学中继续增加相应的内容。在教材内容修订上，应尽量避免与其他相关课程知识点的重合。
设计工程项目时需遵循三个原则：融合相关教学内容涉及的知识点，并充分覆盖教学内容；紧跟汽车技术的发展方向，应具有较强的时效性；实施过程中所遇到的问题难度适中，易于激发学生学习的积极性。工程项目分解成实际案例需要与实践教学内容相结合，案例在功能上具有一定的完备性，且各案例之间保持一定的渐进性，逐步引导学生，避免产生抵触情绪。实际案例的筛选应以较为成熟的控制系统或具有代表性的控制方法为案例。实际案例讨论与分析完毕后，根据学生反馈的学习效果，指导学生将实际案例归纳综合成相应的具体任务，将具体任务进一步分解，让每个小组成员都承担一定的具体任务。2.教学方法设计
案例教学法是一种以案例为基础的教学方法，融合相关知识点于实际案例中。案例中设置的问题为一种两难问题，没有某一特定的解决方案[4]。教师在教学中作为设计者和激励者的角色，积极引导学生解决问题，培养学生主动分析和解决问题的能力。项目教学法是以项目为主线、学生为主体、教学为主导的教学方法。学生在教师的指导下负责信息的收集、方案的设计、项目的实施。项目需要小组成员的通力合作完成，这有利于增强学生的团队精神，提高学生的自主创新能力。而任务驱动教学法是以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学方法。学生结合自己的具体任务模块，构建知识体系，有利于激发学生的学习兴趣。
由上述三种教学方法的分析可知，三种方法在发挥学生主观能动性和培养学生创新能力等方面各有所侧重点[5]。在当前实践教学中，上述三种教学方法取得了良好的教学效果，但基本上以一种教学方法为主，过分依赖教学方法中所设计的单一项目、案例或任务，影响了教学效果。为此，建立了一种基于项目案例任务驱动的“控制系统与仿真技术”课程实践教学方法，其教学过程如图2所示。由图2可知，该教学方法结合“控制系统与仿真技术”课程，融合三种教学方法为一体，以工程项目为主导、实际案例为引导，用具体任务驱动学生构建车辆工程学科的知识体系结构。
三、课程教学改革实践
1.课程教学实施
“控制系统与仿真技术”课程具有明显的实践性和综合性的特点，特别注重应用能力的培养，因此课程安排理论教学20学时，实践教学12学时。整个课程安排在第8周至第15周，授课在每周的星期二和星期四进行，每次连续两个课时。实践教学安排3个工程项目，分别安排在第10周、12周和14周。理论教学安排在第8周、9周、11周、13周和15周，授课期间加入实际案例讨论，周四课后安排具体任务。
教师在工程项目的设计上，突出工程背景，结合自己的相关科研成果，加强实践环节的创新性和综合性。本课程的工程项目应用MATLAB软件开展训练，MATLAB是仿真软件中易学、功能强大的一款，成为“控制系统与仿真技术”课程项目训练的首选工具。为加深学生对控制系统、仿真技术的概念，本课程通过让学生参观相关的汽车电控系统，如电控转向系统平台、自适应巡航控制系统模拟器等。在教学手段上，合理使用多媒体课件讲课，为了加强学生对理论知识的理解，还可以穿插些图片、幻灯片等。在教学过程中，注重课外创新活动与课堂实践教学的结合，鼓励学生积极参加一些控制系统设计类的项目和竞赛[6]，如大学生创新创业计划项目和飞思卡尔智能汽车竞赛等。
2.课程教学效果
采用文献[7]中的教学效果综合评价模型对教改的教学效果进行实证研究。评价指标为个人兴趣K1、职业发展K2、能力培养K3、教学效率K4、学习方法K5、行业经验K6和适应能力K7。个人兴趣为教学方法对激发学生学习兴趣、求知欲，调动学生积极性的评价。职业发展为教学方法对增进学生团队合作与沟通，对学生职业发展的导向性及学生是否提出新观点的评价。能力培养为教学方法对培养学生分析问题、解决问题，以及创造能力的评价。教学效率为学生掌握相关专业知识和考核指标的科学性与合理性的评价。学习方法为学生在课堂上对“控制系统与仿真技术”课程学习方法的掌握程度的评价。行业经验为教学方法对学生获得实务与行业经验的评价。适应能力为教学方法培养学生满足社会人才需求适合程度的评价。教学效果综合评价模型中评价指标的权重表如表1所示。
传统教学和实施教改后的教学效果评价指标如图3所示。由图3可知，7个评价指标在实施教改后均有不同程度的提高，其中行业经验提高最快，增幅为21.7%。综合评价值由2.4662提高为2.8994，这说明教改的实施提高了学生学习的自觉性，提高了发现问题、分析问题、解决问题的能力，激发了创新意识，调动了学生获取知识的积极性和主动性，从而为学生撰写毕业论文以及毕业后走上工作岗位运用仿真技术打下了坚实的基础。
控制科学与工程范文4
关键词：课程建设；基于工作过程；职业能力
G712；TM921.51-4
《变频器控制技术》是自动化技术专业必修的核心课程，也是目前应用最广泛的应用技术型课程，具有极强的实践性、综合性和创造性。本课程的教学目标是：通过对《变频器控制技术》课程的学习，掌握变频器应用与的相关理论知识，能完成变频调速系统的设计、安装、调速与维修等。树立环保、节能、安全意识等，为发展职业能力奠定良好的基础。在教学中，笔者改变了传统的学科结构体系模式的教材和教学方法，进行了基于工作过程导向的理论与实践教学改革实践，取得了较好的效果。
一、学习目标设计
1.能力目标。能根据要求熟练设置变频器的参数并运行变频器，知道变频器的主要应用场合；能根据工程要求选用变频器，并用于实践工程设计；会按规范要求安装、调试维护变频器；能按功能模块分析变频器工作过程，对典型故障能进行分析；会使用变频器的常用维修仪表及工具，掌握变频器维修、维护的常见方法，具备一般故障的检测、分析、维修能力；
2.知识目标。 掌握变频调试的控制方式；掌握变频器主电路的基本组成及工作原理； 掌握变频器的常用功能； 掌握变频调速系统的设计及构成； 掌握变频器的运行及维护；掌握变频调速系统的设备选型原则与方法；
3.素质目标。具备识读变频器使用说明书和使用手册等技术资料的素质；培养学生具有用电安全意识、产品质量意识、节能环保意识、团队协作意识、相互沟通意识、自主学习意识；养成规范的操作习惯、科学的思维方法等职业素质，以适应职业生涯发展的需要。
二、内容选取
内容选取按照符合就业岗位行业发展、学生未来发展需要的原则选取。依据自动化技术专业相关的典型工作任务，实现其控制系统的安装与调试，以及完成工作所需的职业能力素质要求，结合行业技术发展要求，充分考虑学生未来职业发展需要等方面，对教学内容进行单元设计，形成本课程的具体学习型任务。设置基于工作过程为导向的工作任务内容。共设置了4个项目，每个项目包含不同的工作任务。
项目一音乐喷泉的变频控制系统包含四个工作任务：（1）认识变频器；（2）整流电路的检测；（3）中g直流环节的检测；（4）逆变电路的检测。主要完成的学习内容有：认识变频器、变频器的基本结构、电力电子器件、整流电路的原理、逆变电路的原理、制动电路的原理。
项目二化工厂泵与搅拌机的变频控制系统包含三个工作任务：（1）变频器的数字量输入控制；（2）变频器的V/F控制；（3）变频器的模拟量输入/输出控制。主要完成的学习内容有：变频器外部端子结构功能、变频器参数结构及功能、变频器的控制方法、变频器的基本控制功能、变频器的特殊功能。
项目三电机电机变频调速系统的安装与调试包含三个工作任务：1）变频器控制电机点动/连续运行；2）变频器控制电机正反转运行； 3）变频器控制电机多段速运行。主要完成的学习内容有：变频调速系统的结构、变频调速系统各元器件的选用原则、变频调速系统的设计、变频调速系统典型控制线路。
项目四单泵恒压供水变频控制系统的安装与调试包含两个工作任务：变频器的PID控制和变频和工频的切换控制。主要完成的学习内容有：变频器的PID 控制功能和变频与工频切换的注意事项。
三、教学内容安排
根据上述典型任务所涵盖的学习内容，对教学内容进行整合与重构，具体教学内容如下：
任务1.1认识变频器。学习目标为：
1.认识国内、外常见变频器的型号与外形并了解其性能；
2.能识别变频器铭牌、器件等；
4.能熟练进行变频器的面板操作。
5.理解变频器调速的原理及实现；
7.了解变频器的分类、应用背景。
任务1.2整流电路的检测。学习目标为：
1.能用万用表检测各种电力电子器件；
2.能用万用表简单检测变频的整流电路；
3.掌握变频器的主电路、接口电路；
4.理解三相桥式整流电路的原理；
任务1.3中间直流环节的检测。学习目标为：
1.能用万用表检测限流电阻、滤波电容等；
2.能检测旁路器件；
3.掌握中间电路的构成；
4.理解限流电阻、高压指示电路等的作用；
任务1.4逆变电路的检测。学习目标为
1.能用万用表检测逆变电路；
2.理解电压型逆变电路的原理；
3.理解SPWM控制；
4.掌握变频器的工作环境要求，输入侧高次谐波对外部设备的影响及其抗干扰措施；
任务2.1变频器的数字量输入控制 学习目标为：
1.能熟练的进行变频器功能码的设置；
2.能熟练操控变频器的运行；
3.掌握变频器数字量输入端功能；
4.掌握变频器数字输出端功能；
任务2.2变频器的V/F控制。学习目标为：
1.能熟练操控变频器的运行；
2.掌握变频器的V/F控制；
3.理解变频器的SF控制；
4.理解变频器的矢量控制；
5.掌握变频器V/F曲线的设置。
任务2.3变频器的模拟量输入/输出控制。学习目标为：
1. 能熟练操控变频器的运行；
2. 了解模拟量控制应用背景；
3. 掌握相关工作参数功能；
4. 掌握变频器模拟量输入/输出端功能；
任务3.1变频器控制电机点动/连续运行。学习目标为：
1.能设置变频器的功能参数；
2.会识读变频器的点动/连续运行控制线路的原理图；
3.能正确安装控制线路；
4.能调试控制线路，实现点动/连续运行控制；
5.了解点动/连续运行控制控制应用背景；
6.掌握变频调速系统的构成及元器件的作用及选择；
任务3.2变频器控制电机正反转运行。学习目标为：
1.能识读变频器的正反转控制线路的原理图；
2.能根据控制要求设置变频器参数；
3.能调试控制线路，实现正反转控制。
4.了解正反转控制应用背景；
任务3.3变频器控制电机多段速运行。学习目标为：
1.识读变频器的多段速控制线路的原理图；
2.能根据控制要求设置变频器参数；
3.能调试控制线路，实现多段速控制；
4.了解多段速控制应用背景；
任务4.1 变频器的PID控制。学习目标为：
1.识读变频器的PID控制线路的原理图；
2.能根据控制要求设置变频器参数，整定PID参数；
3. 掌握PID系统控制原理；
任务4.2 变频和工频的切换控制。学习目标为：
1.识读变频器的工频/变频切换控制线路的原理图；
2. 能调试控制线路，实现工频/变频切换控制。
3. 掌握工频/变频切换控制的设计方案；
控制科学与工程范文5
关键词：视频案例，矿物加工，本科生，课程教学，过程检测与控制
【中图分类号】G434
作者简介：高志勇，博士，讲师，
一、引言
课堂教学是高校教师的主要职责之一，高校教师理应在优化课堂教学上下功夫。优化课堂教学需要教师的多方面努力。首先，教师要提高各方面的素质，正所谓“要给学生一滴水，教师要有长流水”；其次，教师要认真备好课，收集相关的资料，写好教案和课件，做好课前准备；再次，教师要注重教学方法的改进和优化，注重培养学生的实践和创新能力，即常言所说的“授人以鱼，不如授人以渔”。
《矿物加工过程检测与控制》是中南大学矿物加工工程专业本科必选课程，主要研究矿物加工过程参数的自动检测技术与原理，及参数检测仪器仪表和设备等，是一门实践性很强的课程。在以往的课堂教学过程中，多采用文字、讲述等方式的文字案例教学[1]，即用生产与管理中实际案例，通过讨论来进行学习的一种教学方法，让学生通过自己的思考和与其他师生交换观点来拓宽自己的视野，从而促进学生对知识点的理解和掌握。
中南大学矿物加工工程专业是首批进入国家“卓越工程师教育培养计划”的专业，目标是培养一批创新能力、独立思考和自学能力强，适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才。这也对本门课的课堂教学提出了更高的要求。传统的文字案例教学已显得有些落伍，单纯的PPT课件也显不足。作为高校教师，应该努力思考和实践，创新和完善自己的教学方法，使用本科生所熟悉的多媒体方法如动画、视频[2-5]等，提高同学们的学习兴趣，提高课程教学的信息含量和教学效果。为此，笔者在《矿物加工过程检测与控制》课程教学过程中，尝试应用了视频案例的启发讨论式教学方法，取得了良好的效果。
二、《矿物加工过程检测与控制》课程在矿物加工工程学科中的重要性
矿物加工工程学科是根据自然界矿物原料性质的差异，综合运用物理、化学、物理化学和生物化学等原理和方法对矿物资源进行加工和综合利用的学科。矿物加工过程检测与控制技术是保证矿物加工工艺生产过程正常稳定进行的关键技术，对提高生产技术经济指标有着重要意义。在改革传统的矿物加工技术和改善工作条件方面，过程检测与控制技术的重要性越来越受到重视。特别是，现今处于互联网+及工业4.0的时代，在矿物加工的生产实践中，通过传感器在线检测并实时了解企业生产数据，分析企业生产中的各种主要参数变化，并相应地优化生产过程，可大幅提高企业的生产效率和资源的综合利用效率，增加企业利润，提升企业核心竞争力。
因此，《V物加工过程检测与控制》这门课的开设显得尤为重要，对于培养能够从事矿物加工新工艺、新装备和新技术开发、工程项目设计，也可从事企业管理、生产技术管理及企业市场经营等工作的本科生培养目标具有重要的支撑作用。根据矿物加工工程学科方向的特点，拟定课程教学学时为32学时，教学大纲内容参见表1。
《矿物加工过程检测与控制》课程开出后，由于教学内容能充实丰富本科生的知识体系，契合学生将来工作的需要，故一直广受欢迎。如何教授好课程，让学生在学习过程中能始终保持兴趣和最终受益，则是笔者时时思考和在备课中细致考虑的问题。
三、《矿物加工过程检测与控制》课程的视频案例教学
笔者在《矿物加工过程检测与控制》课程教学过程中，尝试应用了视频案例的启发讨论式教学方法，取得了良好的效果。
首先，根据教学大纲和教学进度安排，规划设置教学视频案例类型，设计其对应知识讨论点，评估预期效果。其次，有针对性地收集整理剪辑教学视频案例。对于教学视频案例，要求其具备典型性、生动性和时效性，能够对照、印证和拓宽课程教学知识点，引发学生的思考和共鸣。笔者的教学视频案例资源，主要收集下载自近期的电视专题讨论片、文献纪录片、新闻报道、企业网站宣传视频等，也有自拍自制的专业资料。教学视频案例资源需要教师本人在自己的科研和生活过程中有心收集与长期积累、并与其他教师及同行加强交流，才能不断丰富更新。
原始教学视频案例资源往往内容庞杂，节奏较慢，不适合直接用于教学，需要进行契合教学知识点和突出重点的剪辑组合。“会声会影”视频编辑软件是一款比较好的应用软件，功能强，适用于剪辑多种格式的视频文件，并可附加解说声音和字幕。某些特殊格式的视频文件可先采用“格式工厂”之类的软件进行通用格式转换处理。笔者的处理制作方法是将相关的视频资源，按照教学要求，采用视频编辑软件剪辑拼接成特定的教学视频案例，一般时间长度在5分钟左右，以不超过10分钟为宜。
教学视频案例应与PPT教学课件放置在同一电子文件夹内，须绑定在一起方可使用。在制作PPT教学课件时，可在相应的知识点页面上，采用超链接的方式插入教学视频案例，播放时点超链接符号。也可以在PPT教学课件以窗口图片方式直接插入视频，窗口大小可调，播放时点窗口即可。教学电脑中应预先安装视频播放器软件，常用的如“暴风影音”播放器软件。上课之前应预先测试投影和音响是否正常，视频文件能否正常播放。准备妥当后，教师即可挥洒自如的进行教学发挥了。
笔者在《矿物加工过程检测与控制》课程教学中，相应章节内容对应准备设置的教学视频案例，见表1。
结合授课进度播放教学视频案例后，应即时提问几名学生，让其谈及看法或观感，教师适当引导归纳总结，并布置相关课外作业或思考题，以获得更佳的教学效果。在课程后期，采用专题研讨会seminar的方式进行课程考核，每个学生结合自己感兴趣的课程内容和教学案例，收集资料制作专题发言，可促使学生进一步学习。
《矿物加工过程检测与控制》课程教学实践表明，应用视频案例的启发讨论式教学方法后，学生的学习兴趣度和思维活跃度均很高，学习效果得到显著提高，取得了良好的教学效果。
四、结语
（1）卓越工程师培养计划主要培养高层次工程技术人才，对学生的独立思考和自学能力要求较高。对应的课程教学应重点考虑采用分析式、启发式和拓展式的教学方法。
（2）《矿物加工过程检测与控制》课程教学实践表明，应用视频案例的启发讨论式教学方法后，学生的学习兴趣和思维活跃度均很高，学习及教学效果得到显著提高。
参考文献
[1] 王根顺， 李立明. 从案例教学看研究生教学改革方向[J]. 中国电力教育， 2011（4）： 44-45
[2] 霍宏. 三维动画课件在案例教学中的应用[J]. 厦门大学学报（自然科学版）， 2003， 42（增刊）： 148-150
[3] 李巍， 席小涛. 视频案例教学及其应用策略分析[J]. 兰州教育学院学报， 2013， 29（9）： 63-64
控制科学与工程范文6
【关键词】《机械工程控制基础》；课程分析；教学方法
0 前言
《机械工程控制基础》课程是机械工程类专业人才培养方案中“具有较强的工程设计和产品开发能力”要求的一门专业必修课，是以设计技术、制造技术和机电控制技术为人才培养模式的重要一环。而工程控制理论是介于许多学科之间的一门学科，反过来又渗透到各个工程领域，如电气、机械、液压、气动、航空、核反应、化工等。这门学科既是一门广义的系统动力学，又是一门合乎唯物辩证法的方法论，对于启迪与发展学生的思维与智力有很大的作用，但由于本课程内容难、知识点多、学时相对较少，学生难以在短时间内完成对理论知识与实践过程的掌握，为了提高课堂教学质量，改善教学模式，许多课程组都对机械工程控制基础课程教学模式进行改革，如张智焕等[1]采用机械工程控制基础虚拟仿真实验平台提高机械工程控制基础教学能力，拓展实践领域，李国栋[2]对机械工程控制基础网络实验室进行了设计，于晓琳等[3]基于CDIO对机械工程控制基础课程进行了教学改革、李蕊等实现了MATLAB在《机械工程控制基础》教学中的应用、雷文平等[4]以大量实验验证方式改进机械工程控制基础课程的教学方法等，本课题组也采用MATLAB仿真技术，设计了基于MATLAB/GUI的《控制工程基础》课程数字仿真实验平台[5]，都获得了丰富的教改经验及良好的教学效果。本文以济南大学机械工程学院的《机械工程控制基础》与卓越工程师班的《机电工程一》课程为依托，借鉴其他机械工程控制基础课程改革经验，对《机械工程控制基础》和《机电工程一》课程教学内容、方法和实验手段进行改革探索。
1 课程内容优化
《机械工程控制基础》课程的教学目标是使学生学习运用工程控制论的基本理论和基本方法，分析研究控制工程领域中有关信息的传递与反馈和系统的控制性能，培养学生判别系统稳定性和变更系统参数以改善系统性能的分析与综合能力。因此，《机械工程控制基础》课程内容以机械与电气系统为研究对象，围绕控制系统的数学模型、基本要求及系统校正等方面展开，完成对控制系统认识、评价与改造过程。以微分方程、传递函数、方框图、状态方程等建模方法构建被控对象的数学模型，完成对控制系统认识；而控制系统的评价采用超调量、上升时间、调整时间、峰值时间、稳态误差、幅值与相位裕度等时域和频域分析法，对系统的稳定性、准确性和快速性进行分析；而对控制系统的改造则用滞后校正、超前校正、滞后―超前校正、PID校正等方式，改善控制系统的稳定性、快速性和准确性。因此，《机械工程控制基础》课程从理论上可分为控制系统的数学模型、时域与频域性能分析、控制系统综合校正三个部分，将对控制系统的认识、评价及改造过程融为一体，从而有利于形成课程的整体脉络，促进教学内容的选择。
2 学情分析
《机械工程控制基础》课程的教学对象为机械工程、机械设计制造及其自动化、车辆工程专业大学三年级学生，已经学习了《高等数学》《大学物理》、《电工电子学》、《材料力学》、《机械原理》等部分理论课和专业课基础课，具备机械系统、机械转动系统、电气系统的基础知识如牛顿定律、胡克定律、基尔霍夫定律等，同时，《高等数学》和《工程数学》为控制系统建模打下了良好的基础，具有较强的逻辑思维能力，有利于该课程的开展。但《机械工程控制基础》课程中数学公式众多，计算推导难度大，同时课程内容庞大并且偏理论，需要同学们具有扎实的理论基础。针对在学习《机械工程控制基础》中出现的问题，充分利用现有教学资源，加强物理实验和仿真环节的教学，提高学生参与的兴趣，鼓励学生采用MATLAB编程环境对控制系统进行仿真，提高主动创新性。
3 等效法建模教学
控制系统的数学建模是《机械工程控制基础》中难度最大的部分，涉及机械系统、电气系统、机械转动系统等相关元件，需要用到各种物理定律、微积分运算，对学生的知识结构和知识储备提出了更高的要求。为简化同学们数学推导过程，方便对控制系统建模，将控制系统划分为机械系统（包括机械转动系统）和电气系统，分别由三个基本元素相互串联、并联构建复杂的物理系统。一般地，机械系统由弹簧K、阻尼D和质量M三个基本要素组成，根据牛顿定律，弹簧K的传递函数为k，阻尼的传递函数为Ds，而质量的传递函数为Ms2，如果将阻尼D、质量M都等效为弹簧系统，则可以将机械系统的三个基本要素转化为弹簧，都满足胡克定律，同时，与理论力学和材料力学知识相结合，等效弹簧刚度具有如下的性质：串联弹性刚度的倒数等于各弹性刚度的倒数之和，并联的弹簧刚度等于各弹簧刚度之和，可以有效化简机械系统建模过程。同样地，电气系统也包含电阻、电感和电容三个基本要素组成，根据基尔霍夫定律，电阻的传递函数为R，电感的传递函数为Ls，而电容的传递函数为1/Cs，因此，也可以将电气系统的三个基本要素等效为电阻，都满足欧姆定律的基本性质，从而可以有效改善授课效果，提高学生知识应用能力，激发学习兴趣。
4 虚拟仿真与案例教学
由于《机械工程控制基础》课程理论性强，数学基础及相关专业知识涉及广泛，对学习方法和教学方法都提出了较高的要求，因此，在教学过程中，以实际的机电系统设计过程为背景，将机械、液压、电气控制相关案例与MATLAB/GUI仿真实验与物理实验相结合，按照机械控制系统基本理论、控制系统的数学描述、测控系统性能分析、测控系统设计循序渐进式组织教学，同时引入实例化《机械工程控制基础》课程综合实验平台，采用电气、液压及模块化机器人等实验平台形成课程案例，将理论知识与物理器件联系起来，以典型环节模拟电路及液压回路的组建方法，学会使用基本实验设备，以仿真实验分析参数对系统瞬态性能及稳定性的影响，以模块化机器人等实验验证系统串联校正方法及控制系统的性能指标，通过基于MATLAB/GUI的《控制工程基础》课程数字仿真系统[5]实现时域与频域的分析，实现教学案例从建模、分析与校正过程，强调控制系统的基本理论与实际的机、电、液、气控制系统的联系，提高学生对控制系统性能评价的整体观，有利于进一步理解《机械工程控制基础》理论知识与工程应用之间的联系，促进理论知识的学习和理解。
5 结论
通过对《机械工程控制基础》课程内容优化、分析学生的学习特点，以等效方法构建系统的数学模型完成对系统的认识，化简了繁杂的数学推导过程，与案例教学与仿真实验相结合，有利于激发学生的学习兴趣，促进学生理论联系实际能力的提高。
【参考文献】
[1]张智焕，张惠娣.机械工程控制的虚拟仿真实验教学实践[J].实验技术与管理，2014，07：102-103+111.
[2]李国栋.机械工程控制基础网络实验室研究与实验设计[D].青岛大学，2011.
[3]于晓琳.基于CDIO的“机械工程控制基础”课程教学改革探索[J].教育教学论坛，2016，35：75-77.
