自动控制理论课程实验设计分析

摘要：基于自动控制理论的实验教学过程，探讨改变原有的实验模式。在课堂中学习的知识，通过实验进行综合运用，使学生加深对课堂理论知识的理解，提高对理论课程的学习兴趣。

关键词：自动控制理论，ACES-Ⅱ，实验教学

引言

高等教育的主旨是培养富有创新精神和实践能力的人才，方法的创新才能够激发出学生的创新精神和能力。实验帮助学生理解科学概念、观察科学规律、掌握和运用科学方法等方面起着举足轻重的地位；也是一种重要的教学方法。《自动控制理论》课程是能源工程学院电气工程及其自动化、新能源科学与工程专业的一门重要的专业基础课程[1-10]，在教学中占有重要的地位。课程内容涵盖的知识面广，理论性强，数学推导多，学生往往只是掌握了数学的计算和一些概念，没有对控制系统的概念理解透，会觉得这门课程难以理解，几次课听不懂就会对这门课失去兴趣。因此，《自动控制理论》课程实验对学生理解课堂中讲授的基本概念、原理以及知识的综合运用，尤其是加深对课程的理解，提高学习兴趣方面显得尤为重要。

1课程试验

以我院电气工程及其自动化专业为例，《自动控制理论》课程共安排理论课（48学时）+实验课（8学时），共安排四个实验如表1所示。实验使用西北工业大学生产的ACES-Ⅱ自动控制综合实验系统完成，实验系统主要由自动控制实验台和ACES软件两部分组成。实验台采用开放式和模块化结构设计，注重安全、可靠和易操作，功能模块丰富，电路搭接方便，易于扩展；接口合理，线路安全，具有保护措施。ACES软件系统资源丰富、结构清晰、简单易学，具有虚拟示波器、控制对象接口、实验数据分析、实验项目仿真等特色功能，使用方便灵活。通过实验初步掌握分析调试、设计系统技能，学会运用MATLAB进行控制系统辅助分析设计的方法，为专业课的学习和进一步深造打下必要的理论基础，掌握必要的基本技能。

2设计案例

实验三中典型系统的模拟研究，通过实验了解掌握典型二阶系统的过阻尼、临界阻尼、欠阻尼状态；研究系统参数变化对系统动态性能和稳定性的影响。通过在实验台搭建典型二阶系统，观测各个参数下的阶跃响应曲线，并记录阶跃响应曲线的超调量σ%、峰值时间tp以及调节时间ts，研究其参数变化对典型二阶系统动态性能和稳定性的影响。传统的实验教学方法是老师讲授实验原理，学生按步骤接线验证结果。这样进行实验达不到预期的效果，进行实验设计让学生首先自己分析典型二阶环节的模拟电路，了解典型二阶环节的三种状态，通过分析改变系统参数得到以上三种状态的单位阶跃响应曲线，然后对数据进行分析。

2.1原理分析

实验中所用到的功能区域：阶跃信号、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A2、实验电路A3。典型二阶系统模拟电路如图1所示2.2结果考察通过ACES-Ⅱ自动控制综合实验系统，搭建典型二阶系统，得到各个参数下的阶跃响应曲线。如图2、图3、图4所示。结合《自动控制理论》第三章所学知识，通过曲线计算系统的超调量σ%、峰值时间tp以及调节时间ts，填写表2中的实验数据。

3结语

《自动控制理论》实验教学研究针对当代的大学生，紧扣学生的整个学习过程，改变原有的实验模式，在原有基础上加入自主设计实验元素，充分发挥学生的积极性、主动性，培养他们的创新精神和团队协作精神，提高学生发现、分析、解决问题的能力，有效提高教学质量和教学效果。

参考文献

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作者：兰鸽 任甜甜 朱婷婷 单位：新疆工程学院