說課(自動控制原理).doc

自動控制原理教師： 教研室：電子信息工程教研室 自動控制原理是電子信息工程專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課，它既需要扎實(shí)的電路分析、高等數(shù)學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)知識做鋪墊，又作為日后學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等學(xué)科的前提，起到承上啟下的作用，所以學(xué)好這門課程對該專業(yè)的學(xué)生來說比較重要。下面我從以下幾個方面談?wù)勅绾沃v授自動控制原理這門課程。一、 教材1、 教學(xué)用教材： 自動控制原理： 高等工科院校控制類課程系列化教材 主編：孫亮、楊鵬北京工業(yè)大學(xué)出版社這本教材從工程實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，注重基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性和實(shí)用性，較深入地介紹了自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述方法、時(shí)域分析、頻域分析方法等。全書共八章（具體內(nèi)容在教學(xué)設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行詳細(xì)介紹），每一章后面都給出了相應(yīng)的習(xí)題，并在書中提供了部分習(xí)題參考答案供學(xué)生參考、對照。另外，這門自動控制原理課程是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程的先修前導(dǎo)課程，只有把這門課程學(xué)好，才能更好的學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（計(jì)算機(jī)控制這門課程在本屆學(xué)生下學(xué)期學(xué)習(xí)）。2、輔助教材： 自動控制原理 科學(xué)出版社現(xiàn)代控制理論 清華大學(xué)出版社3、先修后續(xù)課：先修：電路分析、復(fù)變函數(shù)后續(xù)：現(xiàn)代控制理論、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、嵌入式技術(shù)二、教學(xué)方法與教學(xué)設(shè)計(jì)過程（一） 課程的簡要介紹1、自動控制原理課程本身要大量用到Laplace變換、復(fù)變函數(shù)理論，所以要想學(xué)好自動控制原理，首先得看看自己的大學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)有沒有打扎實(shí)了（尤其是復(fù)變函數(shù)與積分變換）。 2、除了應(yīng)該具備的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)外，還需有處理相關(guān)專業(yè)知識的能力。比如建立實(shí)際系統(tǒng)的物理模型，這里就需要有良好的電路（主要是模擬電路）、大學(xué)物理、機(jī)械原理的知識。同時(shí)還需要有一定的數(shù)學(xué)建模能力。 （說到這里，對于那些基礎(chǔ)好的學(xué)生心里暗喜，但是對那些基礎(chǔ)較差的同學(xué)來說可能是一個打擊，這部分同學(xué)可能就存在不想學(xué)的心理了，所以還得把話拉回來，基礎(chǔ)好固然好，但是基礎(chǔ)差的同學(xué)也不要灰心，咱們在上課的過程中，遇到和以前的學(xué)科有關(guān)的地方，如果大家忘記了或不懂，會詳細(xì)講解）3、正是因?yàn)檎n程中充滿了數(shù)學(xué)，所以千萬不要把自動控制原理當(dāng)成數(shù)學(xué)來學(xué)，那樣會越學(xué)越迷糊，甚至?xí)罱K懷疑控制理論的科學(xué)性。因?yàn)槿舢?dāng)作一門數(shù)學(xué)課，你掌握的只是一些方程的操作和圖形的畫法，你無法理解為什么實(shí)際的系統(tǒng)會遵循控制理論所描述的規(guī)律（比如水位能夠被精確的控制），這會讓你覺得是完全是數(shù)學(xué)的作用，而忽略了自動控制的基本思想以及這些數(shù)學(xué)方程背后所受到物理規(guī)律支配這一事實(shí)。很多原本數(shù)學(xué)還可以的同學(xué)也學(xué)不好控制理論，都是犯了把自控理論課作為數(shù)學(xué)課來學(xué)的思想錯誤。 4、學(xué)自動控制原理，掌握基本的控制思想是最重要的（它有別于數(shù)學(xué)思想、物理思想）。大學(xué)階段所學(xué)的自動控制原理主要涉及經(jīng)典控制理論，所以它最根本的控制思想是【負(fù)反饋思想】，很多穩(wěn)定性理論都是立足于這一思想上建立的，所以數(shù)學(xué)雖然很重要，但數(shù)學(xué)對于自動控制理論來說只是一個強(qiáng)有力的工具。 5、要珍惜每次做練習(xí)題的機(jī)會。題目不在多、在精，一般把書本上每章后面的習(xí)題全部掌握（第一次做不來不要緊，關(guān)鍵是要弄懂），你就算達(dá)到基本掌握的程度了。 6、講仿真軟件要認(rèn)真聽。每次程序都要開動自己的腦筋，不要機(jī)械的按照老師的步驟輸入到計(jì)算機(jī)中，要有自己的程序方法。比如由多極運(yùn)算放大器構(gòu)成的電路控制系統(tǒng)，要思考為什么通過對一些參數(shù)的改變（例如改變電容）會導(dǎo)致被控量（例如電壓）的不穩(wěn)定或者控制精度下降等等。7、要樹立學(xué)好自動控制原理的信心。要知道，能夠接觸到人類歷史上尤其是19、20世紀(jì)的革命性的著名理論與思想，應(yīng)該感到自豪。19、20世紀(jì)的革命性的著名理論：進(jìn)化論、資本論、相對論、量子論、信息論、控制論、系統(tǒng)論。學(xué)文科專業(yè)學(xué)過馬克思的經(jīng)典資本論。那么理工科的同學(xué)就要驕傲地說你學(xué)過最先進(jìn)的科學(xué)思想、現(xiàn)代技術(shù)科學(xué)的三大支柱之一控制論（現(xiàn)代技術(shù)科學(xué)的三大支柱就是信息論、控制論、系統(tǒng)論）。（二）教學(xué)內(nèi)容的組織1、對控制系統(tǒng)的定性描述上升到對控制系統(tǒng)的定量描述。講好這一點(diǎn)很重要，它能讓學(xué)生學(xué)習(xí)工程技術(shù)學(xué)科的一般的方法，學(xué)會如何從大量的、實(shí)際的、具體的物理或化學(xué)系統(tǒng)，通過系統(tǒng)中的機(jī)理關(guān)系，建立起統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型，將個性問題共性化，將具體問題抽象化，從而利用教學(xué)的方法進(jìn)行定量研究，再回到實(shí)際的系統(tǒng)中。2、穩(wěn)定、穩(wěn)態(tài)、動態(tài)-“三態(tài)”去描述系統(tǒng)的性能，“三態(tài)”的思想要貫穿在課程講授的始終，圍繞系統(tǒng)的三態(tài)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。3、講好代數(shù)描述和幾何描述的關(guān)系和變換，使學(xué)生學(xué)會利用數(shù)學(xué)工具，從多個角度描述問題和看問題，在“自動控制原理”課程中要用到：微分方程模型、傳遞函數(shù)模型、方框圖模型、根軌跡模型、脈沖響應(yīng)模型、Bode圖、Nyquist圖等多種模型的表示形式，這些模型中有著十分有意義的關(guān)系。比如：控制系統(tǒng)的根軌跡圖它既能定量地將控制系統(tǒng)的模型描述出來，還能直接地表示出控制系統(tǒng)的性能；在控制系統(tǒng)的Bode圖上，既表現(xiàn)了系統(tǒng)中的數(shù)量關(guān)系又表現(xiàn)了系統(tǒng)的性能優(yōu)劣；等等。這些方法的講解，可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和思考如何利用工具，將實(shí)際問題與抽象描述相結(jié)合，對于學(xué)生分析問題的能力有很大的幫助。4、時(shí)域分析方法應(yīng)該比以前更受關(guān)注。以前，由于計(jì)算工具簡單，復(fù)雜的計(jì)算不方便，傳統(tǒng)的講法是精講一、二階系統(tǒng)的時(shí)域分析，高階系統(tǒng)動態(tài)分析這一屆主要是簡介。隨著計(jì)算手段的提高，尤其是Matlab工具平臺，使得復(fù)雜的計(jì)算不成為困難，課堂教學(xué)中完全可以考慮利用Matlab工具平臺，一般系統(tǒng)的動態(tài)分析與計(jì)算，不再受系統(tǒng)階次的局限。5、聯(lián)系實(shí)際要密切。參考一些網(wǎng)上資源和國外好的教材，給學(xué)生一個控制原理應(yīng)用背景的介紹，是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中深入體會理論與實(shí)際的結(jié)合。（三）教學(xué)方法與教學(xué)形式1、板書講授。本門課程理論知識較復(fù)雜，用到高等數(shù)學(xué)及復(fù)變函數(shù)的知識較多，若用多媒體課件來進(jìn)行講授，學(xué)生僅僅是知道了這個公式是什么，而不能深入理解該公式或該方法的得出、推導(dǎo)以及具體應(yīng)用是什么。而用板書的方法與學(xué)生在課堂上一起討論，印象更加深刻，記憶也就更加牢固。同時(shí)，對于那些有考研意向的同學(xué)，用這種方法講授也可以提高他們的邏輯思維及推導(dǎo)能力，因?yàn)樵蹅冊盒５膶W(xué)生有一個很不好的習(xí)慣：吃等食。老師喂一口就吃一口，不能自己思考，自己深入思考，這樣在考研數(shù)學(xué)的時(shí)候是很吃虧的，通過這門課程也在某種程度上鍛煉學(xué)生的獨(dú)立思考能力，這點(diǎn)在已經(jīng)畢業(yè)的05級學(xué)生初見成效。2、討論式教學(xué)在有些公式或方法的講授時(shí)，可以留給學(xué)生來做，或者用他們自己的方法來驗(yàn)證，這樣能大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和積極性。3、習(xí)題課教學(xué)方法改革盡量少留作業(yè)，拿出一道或幾道典型的題目，或一題多解，讓學(xué)生獨(dú)立完成，盡量減少互相抄襲的事件發(fā)生。4、課程結(jié)束考試 加大平時(shí)測驗(yàn)的強(qiáng)度，比如說，設(shè)計(jì)了一個系統(tǒng)，第一章學(xué)完之后對這個系統(tǒng)進(jìn)行定性分析，第二章學(xué)完后建立該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，第三章學(xué)完對它進(jìn)行時(shí)域分析，第四章結(jié)束后利用根軌跡分析其性能，第五章用頻域方法進(jìn)行系統(tǒng)的分析。這樣不僅使學(xué)生操練了具體的方法，同時(shí)也學(xué)習(xí)了將所學(xué)的知識與實(shí)際系統(tǒng)相互結(jié)合，還可以在一個系統(tǒng)上比較不同的方法。期末考試則以開卷考試的形式以掌握基本方法為主，學(xué)生也無須死記硬背公式。三、整本書的體系結(jié)構(gòu)本書共八章，由于學(xué)時(shí)的限制，只能講到第五章，共五章理論知識，由于咱們學(xué)校沒有自控原理的實(shí)驗(yàn)箱，所以該門課程只能進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，會在下學(xué)期的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)這門課程中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。第一章 自動控制系統(tǒng)概述（4學(xué)時(shí)）1.1引言1.2開環(huán)控制與閉環(huán)控制1.3自動控制與自動控制系統(tǒng)1.4自動控制理論的發(fā)展第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述方法（共12學(xué)時(shí)） 2.1控制系統(tǒng)的微分方程 2.2非線性微分方程的線性化 2.3拉氏變換及其應(yīng)用（重點(diǎn)） 2.4傳遞函數(shù) 2.5動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 2.6一般反饋控制系統(tǒng) 習(xí)題第三章 控制系統(tǒng)的時(shí)域分析（共14學(xué)時(shí)）3.1時(shí)域分析一般方法3.2一階系統(tǒng)分析3.3二階系統(tǒng)分析3.4高階系統(tǒng)分析 3.5 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 3.6 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)