自動控制理論課程實驗設計分析

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摘要：基于自動控制理論的實驗教學過程，探討改變原有的實驗模式。在課堂中學習的知識，通過實驗進行綜合運用，使學生加深對課堂理論知識的理解，提高對理論課程的學習興趣。

關鍵詞：自動控制理論，ACES-Ⅱ，實驗教學

引言

高等教育的主旨是培養富有創新精神和實踐能力的人才，方法的創新才能夠激發出學生的創新精神和能力。實驗幫助學生理解科學概念、觀察科學規律、掌握和運用科學方法等方面起著舉足輕重的地位；也是一種重要的教學方法。《自動控制理論》課程是能源工程學院電氣工程及其自動化、新能源科學與工程專業的一門重要的專業基礎課程[1-10]，在教學中占有重要的地位。課程內容涵蓋的知識面廣，理論性強，數學推導多，學生往往只是掌握了數學的計算和一些概念，沒有對控制系統的概念理解透，會覺得這門課程難以理解，幾次課聽不懂就會對這門課失去興趣。因此，《自動控制理論》課程實驗對學生理解課堂中講授的基本概念、原理以及知識的綜合運用，尤其是加深對課程的理解，提高學習興趣方面顯得尤為重要。

1課程試驗

以我院電氣工程及其自動化專業為例，《自動控制理論》課程共安排理論課（48學時）+實驗課（8學時），共安排四個實驗如表1所示。實驗使用西北工業大學生產的ACES-Ⅱ自動控制綜合實驗系統完成，實驗系統主要由自動控制實驗臺和ACES軟件兩部分組成。實驗臺采用開放式和模塊化結構設計，注重安全、可靠和易操作，功能模塊豐富，電路搭接方便，易于擴展；接口合理，線路安全，具有保護措施。ACES軟件系統資源豐富、結構清晰、簡單易學，具有虛擬示波器、控制對象接口、實驗數據分析、實驗項目仿真等特色功能，使用方便靈活。通過實驗初步掌握分析調試、設計系統技能，學會運用MATLAB進行控制系統輔助分析設計的方法，為專業課的學習和進一步深造打下必要的理論基礎，掌握必要的基本技能。

2設計案例

實驗三中典型系統的模擬研究，通過實驗了解掌握典型二階系統的過阻尼、臨界阻尼、欠阻尼狀態；研究系統參數變化對系統動態性能和穩定性的影響。通過在實驗臺搭建典型二階系統，觀測各個參數下的階躍響應曲線，并記錄階躍響應曲線的超調量σ%、峰值時間tp以及調節時間ts，研究其參數變化對典型二階系統動態性能和穩定性的影響。傳統的實驗教學方法是老師講授實驗原理，學生按步驟接線驗證結果。這樣進行實驗達不到預期的效果，進行實驗設計讓學生首先自己分析典型二階環節的模擬電路，了解典型二階環節的三種狀態，通過分析改變系統參數得到以上三種狀態的單位階躍響應曲線，然后對數據進行分析。

2.1原理分析

實驗中所用到的功能區域：階躍信號、虛擬示波器、實驗電路A1、實驗電路A2、實驗電路A3。典型二階系統模擬電路如圖1所示2.2結果考察通過ACES-Ⅱ自動控制綜合實驗系統，搭建典型二階系統，得到各個參數下的階躍響應曲線。如圖2、圖3、圖4所示。結合《自動控制理論》第三章所學知識，通過曲線計算系統的超調量σ%、峰值時間tp以及調節時間ts，填寫表2中的實驗數據。

3結語

《自動控制理論》實驗教學研究針對當代的大學生，緊扣學生的整個學習過程，改變原有的實驗模式，在原有基礎上加入自主設計實驗元素，充分發揮學生的積極性、主動性，培養他們的創新精神和團隊協作精神，提高學生發現、分析、解決問題的能力，有效提高教學質量和教學效果。

參考文獻

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作者：蘭鴿 任甜甜 朱婷婷 單位：新疆工程學院