Application of Experimental Approach in Automatic Control Theory "Correct Principles"
Chen Qian
（华南农业大学珠江学院，广州 510900）
（Zhujiang College of South China Agricultural University，Guangzhou 510900，China）
摘要：实验教学是自动控制原理课程的重要教学方法，是一个复杂的系统工程，教师需要在课前准备、课堂组织、课后总结等多个环节精心准备和设计。本文根据作者从事自动控制原理核心课程教学工作的实践，以自动控制原理这门课程中的校正原理为例，从实验的组织与实施、实验教学的总结与提升三个阶段出发，探讨了实验教学法在自动控制原理课程中的应用。
Abstract: The experimental approach is an important teaching method of the automatic control theory courses teaching, is a complicated systematic project, and it needs the meticulous preparation and design of pre-class preparation, classroom organization, school summary and other aspects for the teachers. Based on author"s teaching practice in automatic control principle, taking the correction theory in automatic control theory as the example, the paper starts from the organization and implementation of the experiment, the summary and upgrade of experimental teaching three stages to discuss the application of experimental teaching in automatic control theory courses.
关键词：实验教学 校正原理 自动控制原理教育
Key words: experimental teaching；correction principle；automatic control theory education
中图分类号：G64文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）32-0175-02
0引言
自动控制原理教育为理工科院校电气与自动化专业重要的必修专业基础课，是自动控制系统、自适应控制、智能控制等专业课程的先修课程。通过本课程的学习，培养学生分析、设计控制系统的能力，熟练掌握MatLab软件在控制系统的应用。通过实践性教学环节的训练，培养学生工程实践能力，是一门知识覆盖面广、课程内容多、更新发展快且应用性很强的课程，该课程对学生建立系统和工程的概念具有十分重要的意义。而实验教学是实现这一目标的主要方法和途径。
1本课程教学总结
1.1 理论紧密联系实际虽说这是一门理论专业课，但与实际生活紧密相连。其本质是用理论去指导实践，并从实践中去理解理论，使学生真正理解控制理论。授课时，引用实例来说明理论知识，使学生学有所用，提高他们学习本课程的兴趣。
1.2 突出重点，了解难点《自动控制原理》是一门理论性很强的专业课，我们要掌握重点，了解难点。本课程重点是：时域分析法、频率分析法、校正原理和采样控制系统分析。该课程的理论都是建立在图形的基础上进行的分析，而手工画图是一件非常不容易的事情，且人工求取参数值，很多地方都需要借助软件求取，或者通过查表获取数据，对实际教学造成很大的不方便，而实验教学刚好弥补了这种不足。由于我们授课对象是应用型的2B类的大学生，过深的理论和难点可以一概而过，而对有兴趣的学生可以进行个别辅导。对于重点内容要完全把握，这是学习本科程的意义所在。不仅使学生掌握这些分析方法，还要让学生运用这些方法分析工程问题。为以后学习《电力拖动自动控制系统》打下良好基础。
1.3 采用多种授课方式本课程使用现代化教育手段，包含多媒体教学和计算机仿真软件，来帮助学生理解自动控制。为提高学生的学习兴趣与效果，改变原有的纯板书式教学，采用“多媒体黑板”教学方式。对不同的教学内容选用不同的教学方法;在设计多媒体教程时，把握好多媒体的使用时机，正确处理多媒体和粉笔、黑板及语言表达之间的关系;考虑学生承受能力，避免因课堂教学信息量过大导致学生跟不上，多媒体优势得不到体现。利用计算机仿真软件，穿插演示响应曲线、Bode图、Nyquist图，使学生加深理解。
1.4 加强实验、实训实验配合授课教学循序渐进地进行，有利于学生及时快速理解内容。而实训安排在课程授课结束后，实训期为一周。便于学生消化、总结、提升、完善理论知识。是本课程教学过程中的重要环节。为了调动学生学习积极性，激发学习兴趣，增加开放式实验教学，实验内容灵活多样，让学生有更大的自由，更多的选择机会，学生在自行设计中应用所学综合知识进行独立分析、解决实际问题，使理论与实践有机结合，使所设计的内容经过实践调试加以实现，增强学生的自信心、实践能力及创新能力。实验、实训为学生提供了发挥潜质的平台。
1.5 精选例题、习题对于例题、习题的选取不能像高中时期采用“题海战术”，要以具有代表性、典型性为宜，“不求量，但求精”。学生从每个例题及习题中领略自动控制的性质。
以下以校正原理为例，探讨作者对该门课程的实验教学方法：
频率法校正是自动控制原理课程中，非常重要的一个章节，对实践分析具有非常重要的理论依据，下面以期望串联校正为例。
期望串联校正（图1）。
G0（s）：未校正前的传函数，性能不能满足要求；G（s）：是满足性能指标的期望传递函数；设引入一校正网络Gc（s）后，能使系统满足期望传递函数G（s）；问如何求校正网络Gc（s）？
分析：因为Gk（s）=G0（s）Gc（s）
考虑对数频率特性： L（w）=Lc（w）+L0（w）
所以：Lc（w）=L（w）-L0（w）
2期望对数频率特性
四阶期望特性（图2）。
其截止频率和中频宽度可用以下公式确定
?棕c?叟（6~8）■ （1）
h?叟■（2）
?棕2=■?棕c ?棕3=■?棕c
确定期望串联校正装置的一般步骤是：①绘制满足系统稳态性能要求的未校正系统的对数频率特性。②确定开环系统的期望对数频率特性。③从期望对数频率特性减去未校正系统的频率特性，从而得到校正装置特性。④设计校正装置。
例题 已知未校正系统的开环传递函数为：
G0（s）=■
对系统提出的性能指标为：无差度阶数为v=1，速度误差系数Kv=200，最大超调量δ%?燮32%，调节时间ts?燮0.6s，试用期望法确定系统串联校正装置的特性。
解：①先绘制出未校正系统的对数频率特性（通过实验画出图3所示的图形）。
②求出开环系统的期望对数频率特性的参数。通过实验画出期望校正图形（图4）。wc?叟■=■=12~16s-1，取w=20s-1
h?叟■=■=10，取h=10
w2=■wc≈■wc=4，w3=■wc≈2wc=40
期望对数幅频特性的低中频与中高频段的频率特性，这两段的斜率均为-40dB\dec，中低频段交未校正特性的低频段于B点，B点的频率为0.4，中低频段与中频段的交点为C点，C点的频率为4，中频与中高频段的交点为D点，D点的频率为40，将中高频段延长，交校正前的系统的高频段于E点。E点频率为100，高频段与低频段与校正前的系统重合。
③由期望特性对数幅频特性可知，校正后的系统的开环传递函数为：Gk（s）=■
则校正系统为：
Gc（s）=■=■=■
④由于题目已知的是时域指标，需通过实验画出校正后的阶跃响应曲线，图形如图5。由图形获取时域指标（上升时间为0.55，超调量31.6），满足设计要求。
参考文献:
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[3]张继永.优化课程体系，促进教学改革[J].中国现代教育装备，2007，（02）.
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[5]余洁.自动控制原理课程实验的教学改革与实践，2005，（01）.
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作者简介：陈茜（1980-），女，湖南邵阳人，讲师，研究方向为信号处理、文本分类以及人工智能。