说课(自动控制原理)

- 1 -自动控制原理自动控制原理教师： 教研室：电子信息工程教研室自动控制原理是电子信息工程专业的一门学科基础课，它既需要扎实的电路分析、高等数学等学科的基础知识做铺垫，又作为日后学习计算机控制技术等学科的前提，起到承上启下的作用，所以学好这门课程对该专业的学生来说比较重要。下面我从以下几个方面谈谈如何讲授自动控制原理这门课程。一、教材1、教学用教材： 自动控制原理： 高等工科院校控制类课程系列化教材主编：孙亮、杨鹏北京工业大学出版社这本教材从工程实际应用的角度出发，注重基础性、系统性和实用性，较深入地介绍了自动控制系统的数学描述方法、时域分析、频域分析方法等。全书共八章（具体内容在教学设计过程中进行详细介绍） ，每一章后面都给出了相应的习题，并在书中提供了部分习题参考答案供学生参考、对照。另外，这门自动控制原理课程是计算机控制技术课程的先修前导课程，只有把这门课程学好，才能更好的学习计算机控制技术（计算机控制这门课程在本届学生下学期学习） 。2、辅助教材： 自动控制原理 科学出版社现代控制理论 清华大学出版社3、先修后续课：先修：电路分析 、 复变函数后续：现代控制理论 、 计算机控制技术 、 嵌入式技术二、教学方法与教学设计过程（一） 课程的简要介绍1、自动控制原理课程本身要大量用到 Laplace 变换、复变函数理论，所以要想学好自动控制原理，首先得看看自己的大学数学基础有没有打扎实了（尤其是复变函数与积分变换）。 - 2 -2、除了应该具备的数学基础外，还需有处理相关专业知识的能力。比如建立实际系统的物理模型，这里就需要有良好的电路（主要是模拟电路）、大学物理、机械原理的知识。同时还需要有一定的数学建模能力。 （说到这里，对于那些基础好的学生心里暗喜，但是对那些基础较差的同学来说可能是一个打击，这部分同学可能就存在不想学的心理了，所以还得把话拉回来，基础好固然好，但是基础差的同学也不要灰心，咱们在上课的过程中，遇到和以前的学科有关的地方，如果大家忘记了或不懂，会详细讲解）3、正是因为课程中充满了数学，所以千万不要把自动控制原理当成数学来学，那样会越学越迷糊，甚至会最终怀疑控制理论的科学性。因为若当作一门数学课，你掌握的只是一些方程的操作和图形的画法，你无法理解为什么实际的系统会遵循控制理论所描述的规律（比如水位能够被精确的控制），这会让你觉得是完全是数学的作用，而忽略了自动控制的基本思想以及这些数学方程背后所受到物理规律支配这一事实。很多原本数学还可以的同学也学不好控制理论，都是犯了把自控理论课作为数学课来学的思想错误。 4、学自动控制原理，掌握基本的控制思想是最重要的（它有别于数学思想、物理思想）。大学阶段所学的自动控制原理主要涉及经典控制理论，所以它最根本的控制思想是【负反馈思想】，很多稳定性理论都是立足于这一思想上建立的，所以数学虽然很重要，但数学对于自动控制理论来说只是一个强有力的工具。 5、要珍惜每次做练习题的机会。题目不在多、在精，一般把书本上每章后面的习题全部掌握（第一次做不来不要紧，关键是要弄懂），你就算达到基本掌握的程度了。 6、讲仿真软件要认真听。每次程序都要开动自己的脑筋，不要机械的按照老师的步骤输入到计算机中，要有自己的程序方法。比如由多极运算放大器构成的电路控制系统，要思考为什么通过对一些参数的改变（例如改变电容）会导致被控量（例如电压）的不稳定或者控制精度下降等等。7、要树立学好自动控制原理的信心。要知道，能够接触到人类历史上尤其是19、20 世纪的革命性的著名理论与思想，应该感到自豪。19、20 世纪的革命性的著名理论：进化论、资本论、相对论、量子论、信息论、控制论、系统论。- 3 -学文科专业学过马克思的经典资本论。那么理工科的同学就要骄傲地说你学过最先进的科学思想、现代技术科学的三大支柱之一控制论（现代技术科学的三大支柱就是信息论、控制论、系统论）。（二）教学内容的组织1、对控制系统的定性描述上升到对控制系统的定量描述。讲好这一点很重要，它能让学生学习工程技术学科的一般的方法，学会如何从大量的、实际的、具体的物理或化学系统，通过系统中的机理关系，建立起统一的数学模型，将个性问题共性化，将具体问题抽象化，从而利用教学的方法进行定量研究，再回到实际的系统中。2、稳定、稳态、动态-“三态”去描述系统的性能，“三态”的思想要贯穿在课程讲授的始终，围绕系统的三态进行分析和设计。3、讲好代数描述和几何描述的关系和变换，使学生学会利用数学工具，从多个角度描述问题和看问题，在“自动控制原理”课程中要用到：微分方程模型、传递函数模型、方框图模型、根轨迹模型、脉冲响应模型、Bode 图、Nyquist图等多种模型的表示形式，这些模型中有着十分有意义的关系。比如：控制系统的根轨迹图它既能定量地将控制系统的模型描述出来，还能直接地表示出控制系统的性能；在控制系统的 Bode 图上，既表现了系统中的数量关系又表现了系统的性能优劣；等等。这些方法的讲解，可以引导学生学习和思考如何利用工具，将实际问题与抽象描述相结合，对于学生分析问题的能力有很大的帮助。4、时域分析方法应该比以前更受关注。以前，由于计算工具简单，复杂的计算不方便，传统的讲法是精讲一、二阶系统的时域分析，高阶系统动态分析这一届主要是简介。随着计算手段的提高，尤其是 Matlab 工具平台，使得复杂的计算不成为困难，课堂教学中完全可以考虑利用 Matlab 工具平台，一般系统的动态分析与计算，不再受系统阶次的局限。5、联系实际要密切。参考一些网上资源和国外好的教材，给学生一个控制原理应用背景的介绍，是学生在学习过程中深入体会理论与实际的结合。（三）教学方法与教学形式1、板书讲授。- 4 -本门课程理论知识较复杂，用到高等数学及复变函数的知识较多，若用多媒体课件来进行讲授，学生仅仅是知道了这个公式是什么，而不能深入理解该公式或该方法的得出、推导以及具体应用是什么。而用板书的方法与学生在课堂上一起讨论，印象更加深刻，记忆也就更加牢固。同时，对于那些有考研意向的同学，用这种方法讲授也可以提高他们的逻辑思维及推导能力，因为咱们院校的学生有一个很不好的习惯：吃等食。老师喂一口就吃一口，不能自己思考，自己深入思考，这样在考研数学的时候是很吃亏的，通过这门课程也在某种程度上锻炼学生的独立思考能力，这点在已经毕业的 05 级学生初见成效。2、讨论式教学在有些公式或方法的讲授时，可以留给学生来做，或者用他们自己的方法来验证，这样能大大提高学生学习的热情和积极性。3、习题课教学方法改革尽量少留作业，拿出一道或几道典型的题目，或一题多解，让学生独立完成，尽量减少互相抄袭的事件发生。4、课程结束考试加大平时测验的强度，比如说，设计了一个系统，第一章学完之后对这个系统进行定性分析，第二章学完后建立该系统的数学模型，第三章学完对它进行时域分析，第四章结束后利用根轨迹分析其性能，第五章用频域方法进行系统的分析。这样不仅使学生操练了具体的方法，同时也学习了将所学的知识与实际系统相互结合，还可以在一个系统上比较不同的方法。期末考试则以开卷考试的形式以掌握基本方法为主，学生也无须死记硬背公式。三、整本书的体系结构本书共八章，由于学时的限制，只能讲到第五章，共五章理论知识，由于咱们学校没有自控原理的实验箱，所以该门课程只能进行仿真实验，会在下学期的计算机控制技术这门课程中进行实验。第一章 自动控制系统概述（4 学时）1.1 引言1.2 开环控制与闭环控制1.3 自动控制与自动控制系统- 5 -1.4 自动控制理论的发展第二章 控制系统的数学描述方法（共 12 学时）2.1 控制系统的微分方程2.2 非线性微分方程的线性化2.3 拉氏变换及其应用（重点）2.4 传递函数2.5 动态结构图2.6 一般反馈控制系统习题第三章 控制系统的时域分析（共 14 学时）3.1 时域分析一般方法3.2 一阶系统分析3.3 二阶系统分析3.4 高阶系统分析3.5 控制系统的稳定性分析3.6 控制系统的稳态误差分析习题第四章 根轨迹法（共 14 学时）4.1 根轨迹的基本概念4.2 绘制根轨迹的基本法则（重点）4.3 控制系统根轨迹的绘制4.4 控制系统的根轨迹法分析习题第五章 频域分析法（共 14 学时）5.1 频率特性5.2 典型环节的频率特性（重点）5.3 控制系统开环频率特性作图5.4 频域稳定性判据5.5 闭环频率特性分析- 6 -5.6 开环频率特性分析习题