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摘要:基于自動(dòng)控制理論的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程,探討改變?cè)械膶?shí)驗(yàn)?zāi)J?。在課堂中學(xué)習(xí)的知識(shí),通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綜合運(yùn)用,使學(xué)生加深對(duì)課堂理論知識(shí)的理解,提高對(duì)理論課程的學(xué)習(xí)興趣。
關(guān)鍵詞:自動(dòng)控制理論,ACES-Ⅱ,實(shí)驗(yàn)教學(xué)
引言
高等教育的主旨是培養(yǎng)富有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人才,方法的創(chuàng)新才能夠激發(fā)出學(xué)生的創(chuàng)新精神和能力。實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生理解科學(xué)概念、觀察科學(xué)規(guī)律、掌握和運(yùn)用科學(xué)方法等方面起著舉足輕重的地位;也是一種重要的教學(xué)方法?!蹲詣?dòng)控制理論》課程是能源工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化、新能源科學(xué)與工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程[1-10],在教學(xué)中占有重要的地位。課程內(nèi)容涵蓋的知識(shí)面廣,理論性強(qiáng),數(shù)學(xué)推導(dǎo)多,學(xué)生往往只是掌握了數(shù)學(xué)的計(jì)算和一些概念,沒有對(duì)控制系統(tǒng)的概念理解透,會(huì)覺得這門課程難以理解,幾次課聽不懂就會(huì)對(duì)這門課失去興趣。因此,《自動(dòng)控制理論》課程實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生理解課堂中講授的基本概念、原理以及知識(shí)的綜合運(yùn)用,尤其是加深對(duì)課程的理解,提高學(xué)習(xí)興趣方面顯得尤為重要。
1課程試驗(yàn)
以我院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)為例,《自動(dòng)控制理論》課程共安排理論課(48學(xué)時(shí))+實(shí)驗(yàn)課(8學(xué)時(shí)),共安排四個(gè)實(shí)驗(yàn)如表1所示。實(shí)驗(yàn)使用西北工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)的ACES-Ⅱ自動(dòng)控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)完成,實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)和ACES軟件兩部分組成。實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用開放式和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),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(kuò)展;接口合理,線路安全,具有保護(hù)措施。ACES軟件系統(tǒng)資源豐富、結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)單易學(xué),具有虛擬示波器、控制對(duì)象接口、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目仿真等特色功能,使用方便靈活。通過實(shí)驗(yàn)初步掌握分析調(diào)試、設(shè)計(jì)系統(tǒng)技能,學(xué)會(huì)運(yùn)用MATLAB進(jìn)行控制系統(tǒng)輔助分析設(shè)計(jì)的方法,為專業(yè)課的學(xué)習(xí)和進(jìn)一步深造打下必要的理論基礎(chǔ),掌握必要的基本技能。
2設(shè)計(jì)案例
實(shí)驗(yàn)三中典型系統(tǒng)的模擬研究,通過實(shí)驗(yàn)了解掌握典型二階系統(tǒng)的過阻尼、臨界阻尼、欠阻尼狀態(tài);研究系統(tǒng)參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。通過在實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建典型二階系統(tǒng),觀測(cè)各個(gè)參數(shù)下的階躍響應(yīng)曲線,并記錄階躍響應(yīng)曲線的超調(diào)量σ%、峰值時(shí)間tp以及調(diào)節(jié)時(shí)間ts,研究其參數(shù)變化對(duì)典型二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法是老師講授實(shí)驗(yàn)原理,學(xué)生按步驟接線驗(yàn)證結(jié)果。這樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)達(dá)不到預(yù)期的效果,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)讓學(xué)生首先自己分析典型二階環(huán)節(jié)的模擬電路,了解典型二階環(huán)節(jié)的三種狀態(tài),通過分析改變系統(tǒng)參數(shù)得到以上三種狀態(tài)的單位階躍響應(yīng)曲線,然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
2.1原理分析
實(shí)驗(yàn)中所用到的功能區(qū)域:階躍信號(hào)、虛擬示波器、實(shí)驗(yàn)電路A1、實(shí)驗(yàn)電路A2、實(shí)驗(yàn)電路A3。典型二階系統(tǒng)模擬電路如圖1所示2.2結(jié)果考察通過ACES-Ⅱ自動(dòng)控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),搭建典型二階系統(tǒng),得到各個(gè)參數(shù)下的階躍響應(yīng)曲線。如圖2、圖3、圖4所示。結(jié)合《自動(dòng)控制理論》第三章所學(xué)知識(shí),通過曲線計(jì)算系統(tǒng)的超調(diào)量σ%、峰值時(shí)間tp以及調(diào)節(jié)時(shí)間ts,填寫表2中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
3結(jié)語
《自動(dòng)控制理論》實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究針對(duì)當(dāng)代的大學(xué)生,緊扣學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過程,改變?cè)械膶?shí)驗(yàn)?zāi)J剑谠谢A(chǔ)上加入自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)元素,充分發(fā)揮學(xué)生的積極性、主動(dòng)性,培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神,提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力,有效提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。
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作者:蘭鴿 任甜甜 朱婷婷 單位:新疆工程學(xué)院