自动控制原理论文范文
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第1篇
1．1授课理论性较强授课理论性强不利于培养理论联系实际的科学观点，不利于提升学生对专业的学习兴趣。为保证控制理论的完整性和透彻性，若教师在授课过程中把过多时间和精力集中于原理讲解和公式推导上，就很难有充分的时间将理论知识与系统应用实例相结合，造成很多学生误认为该课程是一门应用数学课程，容易产生畏难心理。另外，定单班的学生面临毕业即就业，没有升学再深造的压力，他们所关心的是所学知识是否会用到将来的工作岗位中。因此，课堂上讲授过多或过深的理论知识不利于提升学生对专业的学习兴趣。
1．2缺少煤矿电气背景的相关实例通过与工作后的毕业生交流，发现有一条信息非常突出:大部分毕业生很难将自动控制原理中所学的分析与设计方法应用到工程实践中。这主要是因为所学课程大部分实例与学生所学专业相关性不强，多数学生对案例中涉及的专业背景不熟悉，导致学生对学习课程的必要性、重要性和实用性认识模糊，学习兴趣不高，学习“自动控制原理”死搬硬套，应付考试的现象严重，缺少灵活运用和开拓创新的思路。上述这些问题直接弱化了“自动控制原理”作为专业基础课程的作用。
2“自动控制原理”授课内容调整
为顺应煤炭电气化发展需求和人才培养定位，突出煤矿电气特色教学目标，从课程教学内容、教学实例等方面进行研究和探索，对课程的基础理论与实践教学进行优化。
2．1优化授课的内容体系、深度和广度研究各章节基本内容的联系，调整课程授课体系，以系统建模、分析和综合设计为主，突出煤炭行业背景，注重基础知识的灵活运用。“自动控制原理”在传统教学上一直沿用自动化专业的授课体系，造成“自动化类”和“非自动化类”的界限模糊。对于定单班该课程学时数少的情况，若按“自动化类”体系授课，只能加大课时信息量，造成学生对教学内容难以及时有效消化，影响教学效果。研究如何在有限学时内让学生熟练掌握控制原理的基本理论，并突出煤炭电气工程实践能力培养，成为构建定单班授课体系的关键。参照培养定位，结合后续的相关控制理论的专业课程，从课程体系出发，以系统建模、系统分析和综合设计为主线，调整授课知识点深度和广度。如在讲述建立数学模型基本内容时，应选取有一定煤矿工程背景的系统，给模型赋予形象的物理意义，使学生正确理解实际模型与抽象模型的区别与联系，并从不同的角度对系统进行建模，加深对实际系统建模的理解。系统分析方法是控制系统综合设计的基础，这部分内容主要包括时域分析法、根轨迹法、频域响应法，这些是控制理论教学的重点，应保留原有知识点的深度。抓住采用时域分析法、根轨迹法和频域响应法分析系统的稳定性、快速性和准确性的特点，加深学生对不同方法的理解，这是系统分析的关键。对于离散系统、非线性系统和现代控制理论，由于培养计划中后续课程相关性较小，可以降低这部分知识的深度和广度。
2．2增加煤炭电气控制系统实例系统设计对培养学生的分析、综合能力及创新能力十分重要，也是教学的难点。在授课过程中，要注意研究与选取煤矿电气工程中的典型范例，如矿井提升机控制系统、掘进机控制系统、通风机控制系统以及排水设备控制系统等，突出煤炭行业背景，从实例分析中去了解系统的结构特征、工作原理和设计要求。生动的工程实例可大大激发学生的学习兴趣，引导学生感受控制理论的魅力，深刻理解“学以致用”的意义，使学生对课程的学习达到知识和能力的双重提升。
3实施案例
矿井提升机调速系统要求平滑调速且调速精度较高。提升机电气传动系统的加、减速过程要平稳(无超调)。控制系统应保证在额定速度时有±1%的精度。
3.1准确性分析假设提升系统采用恒速控制，选单位阶跃函数作为典型的外作用。由一阶系统分析方法可知，一阶系统完全可以跟随阶跃信号，且稳态误差为零，所以提升系统±1%的控制精度是可以保证的。
4结语
第2篇
基于自动控制原理课程特点，一般意义上的Sem-inar教学并不适用。可在课程教学过程中穿插Seminar教学模式，一个学期内进行2~3次即可。归结起来，这种Seminar教学模式可分三部分：任务布置，课堂交流，成绩评定。
1.任务布置。在课程进行到某一阶段，将任务分配给学生。任课教师向学生提供一份详细的Seminar课程计划，内容包括Seminar教学目标、Seminar选题范围、成绩考评标准以及关于各个选题的相关参考。根据班级人数具体情况和选题范围，将学生分成若干小组，此环节教师要干预，保证每个小组既有成绩好的学生也有成绩较差的学生，这样既避免了小组间的优劣悬殊，又可以达到好学生带动差学生的目的。然后学生自由选题，每个小组领到一个题目，经过1~2周的课下准备，进行具体的课堂交流。
2.课堂交流。不同于一般的Seminar教学，每次只进行一个主题。在自动控制原理课程的Seminar中，要进行多个题目的讨论，每个题目为时20~30分钟，共计100分钟。首先每个小组选择代表宣讲或演示所选题目的分析研究结果，然后其他组员给予补充，时间约为8~10分钟。其后，教师和学生们在此基础上展开积极提问和热烈讨论，发表自己的不同意见，时间约为10~15分钟。随着讨论的不断深入，新的问题和观点会不断涌现，教师在Seminar上除了倾听、参与和评价学生们的讨论之外，还要注意控制讨论节奏，引导学生发言，保证课堂上每一个学生都有机会充分表达自己观点。最后，再由教师对整堂课的内容做出简明的梳理、总结、扩展和引申，时间约为3~5分钟。Seminar的目的在于使学生处于一个相对轻松、平等的环境，对课堂上学习过的一些知识，勇于发表自己的见解，进行观点交流、碰撞、融合和分享，使存在于学生内心深处的问题浮出表面。
3.成绩评定。教师对学生在Seminar的成绩评定，将作为期末成绩的组成部分。学生Seminar成绩的评定由课堂宣讲、个人发言对集体讨论的贡献情况、书面报告、出勤率四部分组成。课堂宣讲以小组为单位，或以多媒体辅助进行，它是学生口头展示分析结果，引发Seminar讨论的基础，教师根据学生准备情况评分，口头表达的学生代表酌情加分。Seminar上的集体讨论有助于学生在现有的分析总结基础上深化对于自己题目的认识，开展进一步的探索和分析，以形成完整的书面报告。书面报告所涉及分值将占Seminar成绩评定的较大分值，教师对书面报告要严格把关，同一小组的学生的书面报告不能雷同，应给予学生充裕的时间去完成。个人发言和出勤率，是用于衡量学生在参与Seminar讨论时的表现。一般情况下，个人发言和参与讨论情况所占分值比例较出勤率要高，因为讨论部分是Seminar最核心内容，是用于激励学生不再仅仅满足于“身在课堂上”，从而脱离他人讨论时的“旁观者”的身份，改被动为主动，积极参与发言。教师根据发言情况和发言的质量评定成绩。
二、实施Seminar教学的关键问题
1.构建具有自动控制原理课程特色的Seminar模式。自动控制原理课程是本科专业的专业基础课，其内容繁多，理论性和基础性较强，课程的特点并不适合一般意义上的Seminar教学模式。需根据自动控制原理课程的实际情况构建适合它的Seminar模式。不适合整个学期采用Seminar教学，最好在学期中，课程进行到某一阶段，适当地组织Seminar教学。任课教师根据实际情况制定选题范围，并给出成绩评定，作为学期成绩的重要组成部分。这样，教师应用两种不同的教学模式———传统的课堂讲授的教学模式和Seminar教学模式，引导学生进行探究式的教学活动。Seminar的引入，不是原有的课堂教学的对立或重复，而是对整个教学过程的一种有益补充、深化和应用。在这期间，采用一种任务驱动模式，引导学生探索主动学习。因此，适时引入Seminar教学模式进行教学改革，不失为自动控制原理教学过程的一种有益的尝试和探索。
2.制定合适的选题范围。Seminar的主题内容要兼顾课程的整体性、层次性，且具有一定的系统性、可讨论性和拓展性。任课教师需拟定详细的、条理清晰的整体筹划纲要，形成一以贯之的学术脉络，并将课程内容分割形成具体的、可操作性的相关主题，能够使讨论有序进行。
3.设立严格规范的课堂交流制度。Seminar教学活动不能简单化地等同一般的课堂讨论，否则将失去Seminar教学的意义，因此必须制定严格规范的交流制度。在制度的运作上，必须严格、公正、一视同仁，奖惩分明，评分严格。若有的同学出现抄袭报告的情况，雷同报告一起作废。表现优秀的同学要适当加分。交流过程中，及时控制讨论节奏，避免使活动流于一般的泛泛而谈，甚至出现游离于主题之外的闲聊和不负责任的空发议论，从而走向歧途。
4.任课教师应具备良好的素养和较强的控场能力。Seminar教学模式对任课教师的综合素质提出了更高的要求，要求任课教师具有较高的专业水平和奉献精神。能够即时把握学科发展动向，收集相关素材，提炼升华课程内容，以战略性的眼光制定选题范围，既能适合目前学生特点，又能体现专业课程内容的特点。Seminar教学模式的引入，无形中增加了教师的工作量，备课难度增大，课外指导学生的时间增加，批阅书面报告的时间和精力增加。这都要求教师具有敬业奉献精神，孜孜不倦，无怨无悔。在学生的讨论交流过程中，教师要善于及时地捕捉有价值的信息，例如新观点、建议和学生的困惑，以便有效进行下一步的教学。
三、Seminar教学模式在本科生培养中的积极意义
1.全面调动学生的积极性，变被动为主动。Semi-nar模式最大的特点是改变传统的学生只听不讲这一垂直的单向教学模式。要求学生根据指定任务主动去探索，寻找答案，然后在相对开放的平等空间里，亮出自己的答案，也亮出自己。这种模式也为参与者提供了相互激励的空间背景。
2.培养学生的查阅资料能力、表达能力。Seminar教学模式的引入，要求学生课前准备阶段必须广泛查阅资料，自主分析总结，这样他们将提前接触各类数据库的文献检索，并熟练操作技能。在语言表达能力方面，Seminar的讨论需要学生逻辑清晰地表达观点，重点明确地回答疑问，有理有据地进行辩论，积极理性地说服他人；在书面写作能力方面，学生对于选题的最终研究成果都要以报告的形式出现。
3.培养学生的团队合作精神。自动控制原理是专业基础课，面向学生90人左右，必须分成若干小组进行Seminar教学，设一组长负责联络本组同学，同一小组的同学面向同一任务，这时候需要小组成员分工合作，共同查阅资料，分析整理研究，课堂交流进程中，作为一个团体，回答其他小组的发问质疑，并提出问题。在整个准备过程中，相互学习，相互促进，相互激励，增进同学之间的学习情谊和集体荣誉感，培养他们的团队合作精神。
4.平等互动的独特模式，达到教学相长、共同提高的目的。Seminar教学模式的独特性体现在师生之间的平等关系，大家可以任意提出问题，发出质疑，双方平等互动。这个平等、公正、亲和的结构空间，“师不必贤于弟子，弟子不必不如师”，为“教学相长”的现实化提供了真正的可能。教师在整个讨论过程中，根据学生的提问、回答，不断地总结自己的教学经验和处理问题的经验。教与学有机地、动态地融合在一起。
四、结论
第3篇
传统课堂授课通常一次讲授2个学时，针对课程中的重点难点可以充分讲解。为适应网络学习者的认知习惯，MOOC课程将授课视频分为了一些10分钟至20分钟长度的小模块。怎样在这些小模块中传授较为完整的知识点，需要授课教师转变思路、精心设计[3]。在设计时要注意知识间的联系，形成课程的逻辑结构，扩展知识的深度广度，使之形成一个有机的整体，从而有利于学生从整体结构上掌握知识的共同本质和内在联系。
（一）提炼课程内容的总体逻辑关系
自动控制原理课程系统地讲述了自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，涵盖了自动控制技术从系统建模到系统设计的各种思想和方法，内容十分丰富。作为授课教师，首先应该沥青这些内容间的逻辑关系。经典控制理论的基本理论包含反馈控制系统的分析和设计方法两方面的内容，具体的包含关系如图1所示。为了让学生更好地理解各部分知识的有机联系，对上述经典控制理论体系建立“三纵”和“三横”两条知识主线。控制系统分析与设计的主要内容是研究系统的特性，即稳定性、动态特性、静态特性。又称控制系统“三要素”。从性能指标是看，就是俗称的“稳，快，准”。把这三方面的性能指标称为“三横”。所谓“三纵”是指在不同的域内进行系统的分析与设计，即时域、复域、频域。掌握系统在不同域中的数学模型表达，即可进行系统的特性分析与设计，因为所有问题的分析和求解都是建立在数学模型基础上进行的。加强对这两条线的理解，可以使学生统观全局，把握研究方向。
（二）采用提纲挈领的碎片化原则
要将自动控制原理的授课内容碎片化为一些短的相对完整的知识单元，需要采用提纲挈领的组织方法。首先介绍每个知识模块的内容要点，然后交代每个知识点的关联性，精炼举例推导过程。贯彻“少而精”的原则。对于所讲的内容要分清主次，突出重点，精讲内容，同时要注意有较高的系统性、逻辑性，保证知识的质量，难点精心组织，一定要讲懂。精讲内容不是少讲内容，有些内容反而要加强。例如，在讲解经典控制理论中的数学模型时就可以按照如下思路处理。首先将数学模型分为三个内容要点：微分方程模型、传递函数模型和图形方式的数学模型。其中微分方程是时间域的模型，传递函数是复数域的模型，图形方式的模型是数学模型的图形化语言描述。当推导系统的微分方程描述时，精选两个相似系统作为例子来说明系统的建模过程。这样，由于有目的地选择有启发性、可延伸性与典型性的问题，使每一节、每一章的内容都具有明确概念、传授方法、启发思维、培养能力的作用。这种提纲挈领的组织方法，层次清楚关联性强，容易将碎片化内容联系起来。
（三）结合学科发展，适时更新
基于MOOC模式的教学过程由于安排了较多的课程讨论环节，教师单独的讲授环节要比传统课堂压缩。这样在教学内容就需要有所取舍。根据学科发展趋势，新的发展方向和应用工具应该增加介绍；已经被其他方法取代的方法可以忽略介绍。无论是理论家还是工程师，人们总是把最先进最有效的理念和技术用于控制工程。如：控制与管理的结合、信息流与物质能量流的互动、复杂系统研究与应用等均表现出很强的时代特征。在当今这个信息时代诞生了网络控制、基于数据的驱动控制等新的控制概念。而传统的手工绘图方法已经可以由计算机辅助软件完成。经典控制理论在上个世纪四、五十年代已经形成了比较完整的理论体系，频率特性法、根轨迹法等直到现在仍然是系统分析和设计的主要方法。经典控制理论的一个重要特色就是采用简便直观的图解方法，因此也得到工程技术人员广泛欢迎。在讲授这些内容的时候，几乎有一半的学时是在学习这些图形的画法。例如，频率特性图就有伯德图、乃奎斯特图和尼柯尔斯图等几种，学生需要记住每种图形的坐标要求及计算方法。随着计算机辅助分析技术的发展，目前已有像MATLAB这样的成熟的软件可以帮助画图。所以在授课时就减少介绍手工做图的内容，而将分析和设计的方法作为重点内容，从而训练学生作为控制工程师的高级思维能力。当然，在这种碎片式的教学过程中也要注意逻辑的连续性。学生在分析思维之前，往往需要直观思维，在演绎之前要有归纳，在联想之前要有类比，在获得正确的认识之前要有辨析。在进行单元章节复习时，一定要求学生自己去发现知识的内在联系，然后再重新组合材料，进行知识归类、延伸与扩展。在整个教学过程中，教师要引导学生经常反复复习，循环螺旋上升，从整体上掌握知识的脉络，保证学习者长期的学习积极性。
二、课程教研组的建设
MOOC课程作为一种新的网络教学模式，应该在学生对知识的获取、思维能力和创造力的开发等方面有自己的特色。尤其是面向专业基础课教学时，需要研究与制定结合专业发展需求的教学大纲与教学设计，体现现代网络教育的开放性、交互性和便捷性。一门教学效果好的MOOC课程可以提供丰富的数字资源，可以采用在线或离线的方式与学生互动，还可以方便地进行一些教学信息统计工作。针对目前高校的现状，建议以课程教研组的形式承担MOOC课程的教学。因为课程教研组能够具备单个教师无法做到的整体协调优势。专业教师队伍水平的提高是MOOC课程更新发展的源动力。首先，教研组是课程建设的组织保障。教研组由老中青三代教师组成，定期学习新的教学理念与方法，研讨课程中的重点与难点，有计划地安排教师进修提高。我单位自控原理课程教研组由7人组成，包括1名教学带头人，2名副教授，3名讲师和1名实验员。教研组定期学习控制理论的前沿发展方向，组织观摩教学，有计划地派出青年教师到国内外进修。这些活动从制度上保证了教师的个人成长和课程内容的不断更新。教研组通过教育理论和专业知识的不断学习和丰富，大家发现自己的差距，逐渐形成课程意识、学生意识、开放意识、问题意识等，发现存在哪些与新课程理念不相符甚至相违背的问题，然后寻求解决问题的新理论、新理念、新途径，以提高教学效果。这种以教研组形式承担MOOC课程的模式可以避免教师个体缺乏持续提高教学质量的动力的问题。其次，教研组是课程建设的知识园地。MOOC课程是一种网络课程，由于不受年龄、文化和地域等限制，学习对象可以是在校学生，也可以是在职的继续教育学生。学生的职业背景和基础知识差别较大。在MOOC教学中为了保证网络教学效果，设计了较受欢迎的短授课多讨论的教学模式。这些都是MOOC课程开放性和交互性的体现。但这同时要求教师有多方面的知识储备。每位教师都有自己的能力和兴趣特长，很难独立解决网络交流中的所有问题。对于自动控制原理课程来说，教师既需要有深厚的控制理论基础又需要有一定的控制系统设计经验。课程教研组由老中青三代教师组成，保证知识结构全面。青年教师学历高熟悉新的理论方向，老教师实践经验丰富。同时，也要充分利用网络平台的知识聚集作用，及时总结学生的反馈信息[4]。
