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第1篇：控制理論的基本概念范文

[關鍵詞]自動控制理論 課程改革 綜合實踐

《自動控制理論》課程是我院重要的專業(yè)基礎課，近幾年，我們通過課程建設，建立了新的自動控制課程體系，確立以系統(tǒng)分析、系統(tǒng)建模、系統(tǒng)綜合為自動控制理論課程的主線，構建由時域分析、復域分析、頻域分析、離散系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)5個模塊構成的知識體系。在教學過程中，把自動控制、計算機技術和電子技術有機地融為一體，使學生對控制系統(tǒng)的組成、分析、設計、綜合等各個環(huán)節(jié)有全面的理解，并通過一系列的實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生的綜合實踐能力。

一、課程體系科學化

《自動控制理論》是一門知識覆蓋面廣、內容多、更新發(fā)展快、理論性和抽象性都很強，具有一定深度和復雜性的課程，教師難教，學生難學。隨著本科生教育的繼續(xù)鞏固和研究生教育的不斷發(fā)展我們對課程體系進行了改革，制定了新的自動控制理論教學大綱，對課程的教學內容進行了調整優(yōu)化，建立了一套適應性強的包括理論講授、計算機輔助設計、實踐教學和強化訓練等方面在內的全方位教學新體系。

1.開發(fā)研制了計算機輔助教學課件

自動控制理論CAI課件的設計是一種根據(jù)教學大綱的要求，經(jīng)過教學目標確定教學內容和任務分析的教學媒體，是利用計算機進行教學活動的交互方式。《自動控制理論》課是專業(yè)基礎課，所以，在教學中應加強“三基礎”教學，即基本理論、基本知識和基本技能，既要保證本學科的系統(tǒng)性、完整性，又要考慮專業(yè)培養(yǎng)目標對課程的要求。在進行CAI課件的設計時，我們依據(jù)以下三點：（一）以教學大綱為依據(jù)，充實和更新教學內容；（二）在教學中要做到保證基礎教學，加強近代教學，聯(lián)系實際教學，涉及前沿教學；（三）完善CAI模式，使課程結構體系更趨合理。教學課件以教材為藍本，含簡明、清晰的授課講義、例題演示、控制系統(tǒng)計算機仿真和控制系統(tǒng)分析計算等內容，既有課本內容的直接再現(xiàn)，又增加了很多有助于講解理論和計算方法的表現(xiàn)手段。課件以計算機為載體，既可用于課堂教學，又可通過上網(wǎng)及安裝于學院計算機中心的方式，供學生進行自學和課后復習使用。

2.根據(jù)教學目標確定教學方法

在教學中采用啟發(fā)式教學，注意培養(yǎng)學生的思維方法。如在對自動控制理論的講授過程中我們始終圍繞著系統(tǒng)的建模、分析、綜合這條主線展開課程內容，花大氣力以一個典型的系統(tǒng)為例進行系統(tǒng)模型的建立，通過采用不同的控制器引出常用的一階、二階系統(tǒng)進行典型系統(tǒng)的分析和系統(tǒng)的綜合，然后對相關的內容講思路、講方法、做比較，這樣以點帶面舉一反三，同時布置適當?shù)牧曨}去強化對主線的認識從而形成科學的思維方法。在課堂教學中注重教與學的互動。教師少講、精講，鼓勵學生自學。對課程的重點內容進行課堂提問，對帶有普遍意義或難點的問題事先布置，積極展開課堂討論。

二、更新教學理念

1.抓住重點掌握基本概念

《自動控制理論》引入了一系列互相關聯(lián)的基本概念，如穩(wěn)定性、準確性、快速性，輸入與輸出，動態(tài)與穩(wěn)態(tài)，反饋與前饋等，這些基本概念形成了本課程的知識要點，是學習理解的重點。要掌握好基本概念，首先應該從這些抽象概念的建立過程中加深對其理解，建立概念與其反映事物間的聯(lián)系,搞清概念與相關概念之間的聯(lián)系和區(qū)別，然后在實際應用中加深對其的認識。

2.抓住主線建立不同方法間的聯(lián)系

穩(wěn)定性、準確性、快速性是對控制系統(tǒng)的基本要求，也是系統(tǒng)性能的重要指標。穩(wěn)、準、快貫穿了時域分析、根軌跡分析和頻域分析方法的始終，也是系統(tǒng)綜合設計要滿足的性能要求。在本課程的學習中，以穩(wěn)、準、快為主線，建立各種系統(tǒng)分析與設計方法之間的聯(lián)系，有助于對課程內容的理解和掌握。

3.提高綜合分析能力

《自動控制理論》既是專業(yè)基礎理論課程，又是一門科學方法論。研究的內容既有一定的復雜性，又有一定的普遍性。因此，在學習中不僅要掌握教材中的結論，更要掌握其中體現(xiàn)出來的研究方法，培養(yǎng)系統(tǒng)的觀念，提高綜合分析問題的能力。

4.學會自學

要善于在學習中提出問題，解決問題，學會探究式學習，廣閱參考書，拓寬視野，從更多控制系統(tǒng)的實例分析中，提高分析問題和解決問題的能力。利用提供的網(wǎng)上教學資源深入學習。

5.注重理論和實踐相結合

反饋的現(xiàn)象比比皆是，反饋也是控制的精髓。在本課程的學習中，結合生產(chǎn)、生活實際，觀察反饋系統(tǒng)的構成，將有利于對反饋的深入理解和認識，并自覺地將反饋應用到各種實際系統(tǒng)中去，學以致用。

6.主動參與教學

對學習中的收獲、體會及心得、對教學的意見或建議、在學習中遇到的問題，通過網(wǎng)上的在線區(qū)或通過任課教師向課程組反映，課程組教師將隨時給予答復。

三、 實驗教學多樣化

自動控制理論的實驗教學既要培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力還要重視培養(yǎng)學生的思維能力和創(chuàng)新能力。為此我們制訂了新的實驗教學大綱，重新編制了實驗指導書，自動控制理論實驗指導書增加了每個實驗內容的涵蓋量，增加了綜合性實驗。在實驗教學過程中，注意充分發(fā)揮學生的主觀能動性，注重教與學的互動，盡量只講基本的操作方法，然后讓學生自己發(fā)現(xiàn)問題。實驗操作課上，每個學生必須獨立完成每次實驗內容，獨立完成實驗結果的分析，并且回答老師針對實驗細節(jié)中的問題的提問，得到自己的結論。保證實驗課的質量，全面檢查實驗操作。這樣督促學生認真完成每次的實驗操作，起到了很好的效果。

四、科學、有效的教學效果評價

教學評價是教學活動的一個重要組成部分，恰當?shù)慕虒W評價對學生的學習具有引導、激勵和改進的作用。我們不是“一卷定乾坤”的評價方式，而是建立了從學習過程、作業(yè)練習到期末考試，定性評價與定量評價相結合，多視角、多元化的過程性評價體系?？茖W有效的教學評價幫助學生克服了應試心理，從重“結果”走向重“過程”，從重“知識”走向重“能力”。注重對學生平時學習狀況與效果的考查，增加了實驗考核，并將其按比例計入期末總成績，對考試從內容、形式和管理上改革，使其更加科學、規(guī)范、公平。

五、結束語

多年來我們不斷對控制理論課程進行探索和改革，做了大量細致而有效的工作，從而保證了教學質量和教學效果。在總結本科教學成果的基礎上，我們跟蹤國內外控制理論的發(fā)展，借鑒兄弟院校在該課程的先進教學經(jīng)驗，對課程體系、知識結構、教學方法和實驗手段進行了一系列改革與創(chuàng)新，使“自動控制理論”課程從課程的準確定位、課程體系和教學內容的優(yōu)化、教學過程的組織實施到教學效果的評價，形成了一套新的、更為有效的教學規(guī)范。它不僅提高了本課程的教學質量，同時為后續(xù)課程奠定了良好基礎、起到了促進作用。

[參考文獻]

[1]郭平等.多媒體教學的理論與實踐.上海電力學院高教研究2002（1）

第2篇：控制理論的基本概念范文

關鍵詞：自動控制原理；教學改革；實踐

作者簡介：范為福（1955-），女，天津人，中原工學院電子信息學院，教授；王雙紅（1978-），女，河南長垣人，中原工學院電子信息學院，講師。（河南鄭州450007）

中圖分類號：G642.0     文獻標識碼：A     文章編號：1007-0079（2012）06-0088-01

“自動控制原理”課程是電類、控制類、機械類等專業(yè)必修的技術（專業(yè)）基礎課程，是本科生學習后續(xù)專業(yè)課程和研究生課程的重要理論基礎，在整個課程體系中有承上啟下的作用，同時也是通向自動控制這一高科技殿堂的第一個臺階。該課程的主要任務是通過對控制理論知識的學習，使學生樹立“系統(tǒng)”的概念和全局的觀點，培養(yǎng)學生對控制系統(tǒng)的設計能力、工程實踐能力和創(chuàng)新意識。隨著科學技術的迅猛發(fā)展和信息時代的到來，自動控制理論的內容越來越豐富、信息量大、更新發(fā)展很快，在這種形勢下，教學內容應及時地吸收自動控制領域的新成果、新技術，摒棄陳舊內容，“自動控制原理”課程的教學改革勢在必行。

一、從控制理論的核心體系出發(fā)，精選授課內容的主線

“自動控制原理”是一門理論性、實踐性和綜合性都比較強的課程，其內容豐富、概念抽象、理論性強、涉及知識面廣、信息量大，是具有一定深度和學習難度的課程，內容多、學時少的矛盾非常突出，學生普遍感到有一定的難度。如何在有限的課時內讓學生熟練掌握控制理論的基礎原理，精選教學內容，提高教學質量，加強學生的能力培養(yǎng)，成為本課程改革的關鍵。教學改革思路是從控制理論的核心體系出發(fā)，以系統(tǒng)建模系統(tǒng)分析綜合設計作為課程主線，突出控制系統(tǒng)分析與設計的共性規(guī)律和基本方法，強調工程背景，注重理論聯(lián)系實際，突出分析與解決能力的培養(yǎng)。

為了解決“自動控制原理”課程內容多、學時少的矛盾，必須精選教學內容。所謂精選教學內容，就是以“自動控制原理”課程教學大綱為依托，根據(jù)各專業(yè)的實際需要，精選出教學大綱中的重點內容。在課程中，突出重點和難點，將基本概念、基本原理和基本方法講深講透，使教學內容有深度?？刂葡到y(tǒng)分析與設計的主要內容和重點是研究系統(tǒng)的特性，即穩(wěn)定性、動態(tài)特性、穩(wěn)態(tài)特性。穩(wěn)定性、快速性、準確性是對控制系統(tǒng)的基本要求，也是系統(tǒng)性能的重要指標?！胺€(wěn)、快、準”貫穿了時域分析、根軌跡分析和頻域分析方法的始終，也是系統(tǒng)綜合設計要滿足的性能要求。在課程的學習中，要抓住穩(wěn)、準、快這條線，建立各種系統(tǒng)分析與設計方法之間的聯(lián)系，可以使學生統(tǒng)觀全局，把握研究方向。另外，隨著新技術新方法的不斷涌現(xiàn)，已很少應用或不再使用的傳統(tǒng)的經(jīng)典控制理論的一些方法則要完全刪除。對于教學大綱中規(guī)定的了解內容和一般性了解內容，則略講，或作為學生的自學內容，讓學生課余自學，這樣，不但培養(yǎng)了學生自學能力和獨立思考解決問題的能力，而且還節(jié)省了課內的學時。例如目前廣泛使用的MATLAB軟件，由于它的控制工具箱（control toolbox）與集成圖形界面環(huán)境SIMULINK為控制系統(tǒng)的計算與仿真提供了一個強有力的工具，因此可以改變在以往的教學過程中占用了大量的課時介紹如何繪制系統(tǒng)的根軌跡、頻率特性等曲線的現(xiàn)象，現(xiàn)在只需要在講清楚繪制這些曲線原理的基礎上，讓學生掌握簡單的系統(tǒng)根軌跡、頻率特性等曲線繪制，對于復雜的情況，可以讓學生使用MATLAB軟件提供的相應函數(shù)命令實現(xiàn)這些曲線的繪制，這樣一來課程的重點就可以放在如何應用根軌跡法和頻域分析法進行工程分析與設計上。

二、改進教學方法，提高課堂教學效率

目前，學生獲取知識的能力較過去相比有明顯的提高，特別是在信息處理能力、人際交往溝通能力和對社會的適應能力提高等諸方面較為顯著。尚顯不足的是，自學能力不強，應用知識的能力相對較弱，因此，如何提高課堂教學和實驗教學效果，激發(fā)學生學習知識的興趣和熱情，提高學生用所學過的知識去分析問題、解決問題的能力，要求我們要去大膽實踐和逐步完善。

課堂教學是理論教學的主體，直接關系到教學質量的高低。以基本概念、基本方法為主線，由淺入深地引出要點；因材施教，根據(jù)不同層次的學生適當調整講課內容和深度；采用雙語教學；將控制理論的最新研究成果和動態(tài)介紹給學生等等，都是我們在課堂教學中一直堅持的。為提高教學效果和水平，在課程內容設計上做了大量工作。課程組成員對各章的基本內容都進行了深入剖析，找出其關鍵內容、重點和難點。課后要求學生閱讀參考書和做一些概念性強的習題，這樣可以使學生鞏固對課堂上所學知識的理解和掌握，激發(fā)學習興趣，引導自主學習，同時對學生也有一定的約束力和督促作用。而教師則可通過課堂練習和課后作業(yè)的信息反饋，了解學生對已學內容的理解和掌握情況，并依此及時糾正學生在基本概念和方法理解上的偏差，調整課堂教學的進度。另外，我們開發(fā)了“自動控制原理”課程的網(wǎng)絡課堂，充分利用校園網(wǎng)絡和網(wǎng)絡教學多媒體課件進行網(wǎng)上輔助教學。在網(wǎng)絡中，學生可以利用網(wǎng)絡的交互性、檢索性等特點來選擇自己需要的內容進行獨立學習?；诖?，我們將教學大綱、教案、習題等教學內容制成網(wǎng)絡版，從而建立一套自主的、有選擇的學習機制，讓學生在課余時間，在網(wǎng)上進行學習，激發(fā)其學習的主動性、創(chuàng)造性。

三、改革實驗教學內容，培養(yǎng)學生實際動手能力

“自動控制原理”課程理論性強，不易理解，加強本課程的實驗環(huán)節(jié)有助于加深對理論知識的理解，使學生在學習控制理論知識的前提下，建立和掌握控制系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計等基本理論和方法。通過實驗環(huán)節(jié)，既要幫助學生增強感性認識，加深理解，強化系統(tǒng)概念，又要培養(yǎng)學生自己動手操作，獨立思考的習慣，使之進一步提高分析問題與解決問題的能力。由于在原有的控制原理實驗教學中，驗證性實驗占有比較大的比重，不利于培養(yǎng)學生的綜合設計能力，因此我們開發(fā)了一些設計性的實驗，其目的就是要讓學生加強學習控制系統(tǒng)的工程設計方法，通過直流電機的位置控制系統(tǒng)和速度控制系統(tǒng)來掌握系統(tǒng)的建模、分析和設計的方法。通過這樣的設計性實驗，使學生了解到實際控制系統(tǒng)的設計過程，培養(yǎng)了綜合應用能力和創(chuàng)新意識。學生的綜合應用能力和創(chuàng)新意識的增強，在電子科技制作大賽和畢業(yè)設計中都有體現(xiàn)。有些學生在畢業(yè)找工作期間備受用人單位的青睞，他們在新的崗位上能夠很快適應工作，表現(xiàn)出良好的科研能力。

四、改革考試方式，促進教學質量的提高

考試方式一直是教育模式和教學方法的指揮棒，有什么樣的考試方式必然會有什么樣的教學方法，而長期以來一直憑借期末考試一張卷的模式評價學生學習情況是導致應試教育愈演愈烈的根源，在面向素質教育、培養(yǎng)高素質創(chuàng)新型人才的今天，必須從應試教育的模式中解脫出來，強調和加強學生的綜合能力的培養(yǎng)。在考試方式上進行了必要的改革，將考試成績分為平時成績、考試成績和實踐成績。平時成績主要包括學習態(tài)度、課堂參與情況、出勤情況、學習主動性、完成作業(yè)及運用所學專業(yè)知識解決問題的能力等?？荚嚦煽儾捎米跃幵囶}庫AB卷同時統(tǒng)一命題，不僅AB卷的試題不出現(xiàn)重復，而且3年內，試題不重復率達到70%。在命題中，分為基本要求部分和提高部分，前者占三分之二，主要考核學生掌握基本知識的情況；后者占三分之一，重在考核學生的綜合分析能力。在考試后，采用流水評卷的方式，按照評分標準嚴格閱卷，真實客觀地打分。實踐成績主要是通過學生參加課程的實驗環(huán)節(jié)情況打分。在試卷評閱后，科學地對考卷情況進行分析研究，分析學生對課程內容的理解和掌握程度，為調整下一學年度的課堂教學內容和進度提供必要的參考信息。

五、加強師資隊伍建設，不斷提高教學水平

“自動控制原理”課程組經(jīng)常開展教研活動，近年來，開展的教研活動所涉及的內容有：“自動控制原理”課程教學體系和教學內容與方法的改革、雙語教學、教材建設、實驗室建設、多媒體教學研究與建設等，并經(jīng)常派出多年來一直從事自動化學科建設、自動化專業(yè)教學改革和“自動控制原理”課程教學的教師參加全國自動控制原理課程教學研討會，收獲非常大，使我們更加明確了努力的方向。

課程組統(tǒng)一安排課程的教學、科研以及相關的學生實驗、答疑、批改作業(yè)等任務。青年教師均通過崗前培訓并有專人指導，傳、幫、帶效果顯著。教師們治學嚴謹，教學效果良好，普遍受到學生們的好評，其中有4名教師在院級講課比賽中獲獎。

在多年的教學改革實踐中，“自動控制原理”課程的教學取得了一定的成績，由于改進了教學方法，優(yōu)化了知識結構，對學生嚴格要求，使學生增長了知識，開闊了眼界，培養(yǎng)了學生運用基本理論分析和解決實際問題的能力，因此在歷屆、各層次的教學過程中均受到學生的好評，取得了良好的教學效果。歷屆考研的學生在這門課程上都取得了很好的成績。

六、結束語

隨著控制理論研究的發(fā)展，“自動控制理論”課程的內容將不斷地發(fā)展和更新，因此，提高“自動控制原理”教學水平的關鍵是不斷深化教學改革，今后以培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和工程實踐能力的人才為核心，將改革進行到底，建設更多更好的課程以服務于學生。

參考文獻：

[1]汪蕙,唐文花,劉華珍,等.電子與電氣信息類專業(yè)人才培養(yǎng)改革的思考與實踐[J].中國大學教學,2004,(10).

第3篇：控制理論的基本概念范文

關鍵詞：現(xiàn)代控制理論；實驗教學；研究型學習

作者簡介：程啟明（1965-），男，江蘇鹽城人，上海電力學院自動化工程學院，教授；薛陽（1976-），男，江蘇無錫人，上海電力學院自動化工程學院，副教授。（上海 200090）

基金項目：本文系上海高等教育“085”工程建設項目、上海市教委重點課程建設項目、上海市教委重點學科建設項目（項目編號：J51301）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）10-0059-02

“現(xiàn)代控制理論”為電類專業(yè)碩士研究生的學位課程，也是“自動控制原理”的后續(xù)課程。該課程包括系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的建立與求解、系統(tǒng)的能控性/能觀性/穩(wěn)定性的分析、狀態(tài)反饋和狀態(tài)觀測器的設計、最優(yōu)控制器的設計等內容。本課程具有跨學科、概念抽象、公式多、數(shù)學推導煩瑣、難以理解等特點。[1]為了促進學生對課程內容的學習，培養(yǎng)學生掌握知識和運用理論指導實踐的能力，提高學生綜合素質和創(chuàng)新能力，本文探索了新的教學模式，對本課程的教學大綱、教學內容和上機實驗等進行了一系列改革，[2-6]取得了良好的教學效果。

一、“現(xiàn)代控制理論”教學中存在的問題

1.重理論輕工程

“現(xiàn)代控制理論”的主要特點是概念抽象、內容豐富、理論性強，涉及的數(shù)學知識較多，學生要正確理解課程中大量公式的內涵比較困難。大量的數(shù)學推理及矩陣運算，使學生一定程度上學習了空泛理論而忽略了該課程的工程性，但不清楚這門課到底是數(shù)學課，還是一門工程學科。

2.課程作用不明確

學生難以區(qū)分本課程與“自控原理”的區(qū)別，認為很多控制的問題可以通過經(jīng)典的自動控制理論解決，弄不清楚這門課程的作用以及為何要開設該門課程，更不知學習本課程的意義與日后研究方向的聯(lián)系。

3.內容抽象難懂

由于本課程概念抽象，是將實際問題抽象為數(shù)學模型，根據(jù)數(shù)學公式的推導去研究實際系統(tǒng)，所運用數(shù)學知識較深，學生在學習過程中常常感到深奧晦澀，抽象難懂，不易掌握。

4.內容多，學時少

本課程所涉及的內容比較廣泛，且概念抽象難掌握，而課程的學時數(shù)34～60學時，學時數(shù)較少。在有限的教學課時內，若教學內容安排不合理，很難達到有效的教學效果。

5.實驗教學與實際脫節(jié)

“現(xiàn)代控制理論”課程目前的實驗大多是基于Matlab的仿真。通過Matlab軟件仿真加深學生對本課程的理解，但是它對利用本課程的原理去解決工程實際問題的用途并不大。目前的實驗條件和實驗內容比較缺乏，使得實驗僅僅成為課堂內容的鞏固延續(xù)仍然局限在數(shù)學理論階段，很難跟實際問題結合起來，從而限制了實驗作用的發(fā)揮。

6.學習興趣不高

過多的數(shù)學內容、較少的實際問題使得這門課程顯得過于沉悶，學習內容枯燥無味、難懂、學不進去，學生難以感興趣。

為了解決上述問題，提高教學質量，必須對本課程進行改革，探索新的教學模式。

二、教學內容的改革

1.選擇教材

教材內容應該由淺到深，通俗易懂，同時思路清晰，概念清楚。教材還應具備適應性、新穎性、實踐性等特征，便于教師講述和學生自學，在教師講述和學生學習理解間架設橋梁，并在處理實際工程問題時也能成為參考用書。為此，本文選擇了華中科技大學出版社出版的《現(xiàn)代控制理論》作為教學的主要教材。該教材在內容編排上突出了現(xiàn)代控制理論的物理概念及工程背景，并且每章最后一節(jié)均有Matlab仿真內容。

2.優(yōu)化教學內容

在內容的選擇上不需要包羅萬象、面面俱到，而是要抓住最核心、最基本的概念、原理及其相互聯(lián)系，把重點放在分析線性定常系統(tǒng)以及穩(wěn)定性分析上，而對線性時變系統(tǒng)以及非線性系統(tǒng)的分析只需略講或讓學生自學。教學過程中，在保證內容系統(tǒng)性的和嚴謹性的前提下，著重于解釋證明過程和思路，增加實際物理系統(tǒng)的實例，不必過分追求數(shù)學證明定理的嚴密性。要求學生準確理解基本概念、基本原理的本質，避免學生死記硬背和生搬硬套。

3.注重教學內容的工程背景及實際應用

在教學過程中，在講完理論之后，還要理論聯(lián)系實際，利用理論去解決工程實際問題。倒立擺是自動控制學科的教學實驗設備，常被用來檢驗各種控制策略的有效性，許多抽象的控制概念都可通過對倒立擺的控制直觀地表現(xiàn)出來。將倒立擺作為本課程學習中理想的實驗平臺，將這個復雜的多變量、非線性、不穩(wěn)定系統(tǒng)的控制手段作為例子，在各章中深化，貫串于整個教學過程中。

4.增強實驗與實際工程的聯(lián)系

針對目前本課程的實驗內容偏向軟件仿真而與實際工程問題的結合較弱的特點，在實驗的選取上，應選擇能與實際工程問題相關的內容，從而更好地鍛煉學生運用所學習理論知識來指導實際的能力。例如，在教學過程中要求學生設計一個鍋爐溫度控制系統(tǒng)，由學生自己建立數(shù)學模型，分析其運動特性，判斷其可控性、可觀性及穩(wěn)定性，繼而設計合適的控制器，最后通過軟件仿真及單片機系統(tǒng)來設計整個系統(tǒng)，并驗證、分析系統(tǒng)的控制效果。這類實驗能給學生一個理論聯(lián)系實際的學習過程，讓學生在解決實際工程問題過程中領悟學習方法。

5.介紹新知識并跟蹤新技術

在教授書本知識之外，增加少量現(xiàn)代控制理論學科發(fā)展的前沿動態(tài)，使學生更加深入地了解該學科的思想體系和研究現(xiàn)狀，從而開闊視野和拓展思路，為進一步的學習、研究打下良好的基礎。

6.重視緒論內容教學

在緒論中簡要介紹現(xiàn)代控制理論的研究內容和方法、學科發(fā)展歷程以及其在工業(yè)生產(chǎn)領域的應用。課堂教學中增加一些影音視頻資料，比如月球車軟著陸、導彈攔截、機器人大賽、載人航天飛行等，并簡要說明現(xiàn)代控制理論在這些系統(tǒng)中的應用之處，使學生認識到該課程應用價值，激發(fā)學生對該課程的興趣。

7.補充必要的數(shù)學基礎

教師應適當?shù)亟o學生補習相關的線性代數(shù)、復變函數(shù)、差分方程和微分方程等方面的數(shù)學知識，幫助學生跨過“數(shù)學關”，特別是前期沒有學過但本課程又用到的數(shù)學知識。比如課程中用到的約當標準型矩陣，矩陣指數(shù)函數(shù)以及最優(yōu)控制部分所需的變分法等。

三、教學方法的改革

1.采用啟發(fā)式、比較式教學方法

將抽象概念從物理系統(tǒng)或常見工程實際中引出，通過向學生提出問題的方式來鼓勵學生積極思考，提出各自的看法和設想，最后由教師加以總結提高。這樣可以很好地激發(fā)學生的學習興趣，加深對知識的理解，有利于培養(yǎng)學生思維和創(chuàng)新能力。另外，本課程各知識點是相互聯(lián)系的，教師應引導學生對不同的知識模塊進行比較和分析，找出異同。例如，經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論的對比、能控性與能觀性的對比、狀態(tài)反饋與輸出反饋的對比。通過對比教學，幫助學生把孤立的、零散的知識串聯(lián)起來，掌握知識的內在規(guī)律性。

2.加強師生交流

教師可以通過師生之間交流了解學生對課程內容的疑問和教學方式的意見，從而了解學生喜歡什么的教學方式，掌握了哪些知識，在哪些地方還有疑問。然后以學生的反饋信息為抓手，重新調整教學內容和方式，從而改善教學效果。而交流的手段可分為課堂上的提問和課下交流。部分學生在課堂上比較拘束，他們往往更愿意在課下發(fā)表自己的看法，教師可利用課下時間與學生在輕松的氛圍下進行交流，了解他們的意見，解答學生的疑惑；可以創(chuàng)建QQ群或者討論組，通過這些方式來增進師生之間的了解，改善教學效果。

3.采用多媒體課件

在課堂教學中，采用多媒體CAI教學、電子教案，借助生動、形象的圖像和動畫，教師邊操作邊講解，進行交互式教學，將虛擬的教學概念變成易于實現(xiàn)的形式，增加教學的信息量，有助于教學內容的理解和掌握，調動學生學習的積極性。

4.開發(fā)課程教學網(wǎng)站

為了方便學生的學習，可構筑了課程網(wǎng)站，提供一個學習并應用現(xiàn)代控制理論的思想、概念和方法的平臺。該網(wǎng)絡平臺應包括新聞中心、課程資源、教師隊伍、學習園地、在線交流、課程建設、實驗平臺、學生作品等欄目。網(wǎng)上教學具有不受空間與時間的限制的特點，因此極大地豐富了學生的學習方式，還可實現(xiàn)師生在線討論和交流，進一步鞏固學過的內容。

5.融入Matlab語言仿真教學內容

為了解決運算多、運算難的問題，Matlab語言進行現(xiàn)代控制理論的計算與仿真方便直觀，在授課中可融入Matlab仿真教學內容，并在每章都專列一節(jié)Matlab仿真內容，將現(xiàn)代控制理論和Matlab語言的教學有機地結合起來，這樣能夠便于學生理解，將抽象的理論直觀化。適當給學生布置一些跟現(xiàn)代控制理論相關的Matlab習題作業(yè)，通過這種方式提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生設計實際控制系統(tǒng)和應用計算機輔助分析的能力。

6.提高學生的學習興趣

本課程的公式多、理論性強，學生不易感興趣，因此，教師需要提高自身的理論水平、拓寬自身的知識面，教學過程中注重現(xiàn)代控制理論的工程背景，注意把握課堂節(jié)奏，簡化理論公式推導，在理論講解的同時聯(lián)系工程實際，突出基本概念、性質的工程含義，提高學生的學習興趣。

7.開展研究型學習

開展研究型學習旨在引導學生掌握基本的科學研究方法，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和綜合應用能力。選定一些典型的現(xiàn)代控制理論系統(tǒng)（如雙容水箱系統(tǒng)、倒立擺系統(tǒng)、自平衡小車、球桿系統(tǒng)等）作為讓學生研究型學習的課題，讓學生組成研究小組，在規(guī)定的時間內，完成被控對象的建模、性能分析和控制器設計，并進行Matlab仿真分析。最后，學生撰寫研究報告，并進行口頭匯報，師生共同打分評價。

四、實驗教學的改革

1.采用倒立擺硬件平臺實驗

目前本課程的實驗一般在直線或旋轉倒立擺硬件實驗平臺上進行。雖然在倒立擺實驗平臺可做一些復雜的設計和實驗，但倒立擺實驗平臺數(shù)量有限，不能滿足大批量學生開展實驗需求，一般都采用分組或預約方式進行實驗，學生在實驗臺上實現(xiàn)自行設計的控制算法。

2.采用Matlab軟件仿真實驗

為解決本課程實驗課面廣量大的困難，可引進Matlab軟件仿真實驗。Matlab能方便有效地通過軟件仿真來驗證系統(tǒng)分析和設計的效果，加深學生對概念、性質、算法的理解。另外，可根據(jù)學生的編制軟件通用性、界面友好性等來評比軟件，激發(fā)學生學習積極性。

3.開發(fā)虛擬的網(wǎng)上實驗室

為了解決實驗設備運行、維護、管理費用高等問題，并提高實驗教學的質量，可利用計算機資源，使用虛擬現(xiàn)實技術、仿真技術等手段來開發(fā)本課程的網(wǎng)上虛擬實驗室。學生可通過網(wǎng)絡實驗室利用虛擬環(huán)境接受教師的網(wǎng)上輔導、進行相關資料的查詢、完成實驗系統(tǒng)的設計，獲取實驗結果以及參與實驗相關專題的討論等。網(wǎng)絡實驗不受地點和時間的限制，也不受實驗設（下轉第64頁）

備等方面的限制，可在任何終端上進行，學生可利用它充分發(fā)揮想象力來實現(xiàn)自己的設計方案。此外，虛擬網(wǎng)上實驗也可避免實驗過程中因意外疏忽而對相關設備造成損壞。

五、結束語

根據(jù)“現(xiàn)代控制理論”課程的特點和目前在教學方面存在的問題，本文探討了教學內容、教學方法和實驗教學上的一些改革措施，提高了教學質量，培養(yǎng)了學生掌握知識和運用理論指導實踐的能力，增強了學生創(chuàng)新能力和綜合素質。課程改革是一個循序漸進、永無止境的過程，應該不斷地改進教學方法，更新和完善教學內容，讓現(xiàn)代控制理論課程的教學改革走上新的臺階。

參考文獻：

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[4]李艷杰，于艷秋.“現(xiàn)代控制理論”課程研究型教學實踐與探討[J].中國電力教育，2010，26（15）：53-54.

第4篇：控制理論的基本概念范文

“機械控制工程基礎”課程是機械工程類學生一門重要的專業(yè)技術基礎課，是控制論與機械工程技術理論之間的邊緣學科，研究以機械工程技術為對象的控制論問題[1-2]。由于該課程所研究的問題具有普遍性、概括性，而使該課程涉及的知識面非常廣，理論性極強，且非常抽象，造成學生在學習該課程時感到“對所學內容不易消化吸收―― 比較難學、且針對性不強―― 乏味”等不良現(xiàn)象出現(xiàn)。這無疑最終使得相當一部分學生學習的主動性變差，產(chǎn)生厭學情緒，影響該課程的整體教學質量，也導致這部分學生知識體系鏈出現(xiàn)斷鏈，制約其整體知識結構的全面建立。為了使學生樹立起對這門課程的學習興趣，為后續(xù)課程提供理論基礎和設計分析方法，并為運用機械工程控制理分析和解決該領域實際問題奠定基礎，本人根據(jù)這門課的教學經(jīng)驗有以下幾點注記。

1 教學幾點注記

1.1 教學方法應理論―實踐―再理論

本課程所討論的基本問題是在工程實踐的基礎上提升和抽象出來的內容，是分析和設計控制系統(tǒng)的共性問題，而具有高度的概括性、理論性。為了使學生較好的掌握和領會該課程的本質特性和其在研發(fā)前沿機械工程技術的重要性，首要的任務就是必須加強基本理論教學，這是這門課程的根。例如，對于“拉普拉斯變換的定義、性質和定理”這部分內容應該詳細、重點的介紹，而不應該一筆帶過?？v觀現(xiàn)在的教材，有相當一部分把這部分內容并入“數(shù)學模型”這一章節(jié)，顯然降低了該部分內容在這門課程中基礎性和重要性。

在掌握一些基本理論的基礎上，也一定要與實際結合起來，才能顯示這門課的工程應用價值。在教學中多舉一些機械工程應用實例，并詳細地講解如何用“機械工程控制理論”指導機械工程領域設計問題，諸如由“機床―夾具―刀具”工藝系統(tǒng)設計時的控制論問題、由“輪胎―車架―車體”組成車輛懸掛系統(tǒng)設計時的控制論問題等。

在教學中，既注重課程的理論性，又加強與工程實際的聯(lián)系。這樣，既克服機械工程控制理論的抽象性，又堅定了該理論來源于實踐并再次指導實踐。使學生的學習目的明確，能調動學習，從而很好地促進理論教學效果。

1.2 教學內容應提煉、重點應突出

“機械工程控制基礎”的理論體系非常龐雜，在大綱要求有限的學時內不可能講授完全部內容；況且對高等教育本身的培養(yǎng)性質來說，也不必把教材中的全部內容都進行介紹。因此，在教學中，應根據(jù)機械工程領域的應用實際，仔細分析研究教學內容，深刻理解教材的知識結構體系，對教學面進行精心提煉。既要保證學生對該課程的發(fā)展現(xiàn)狀有全面的了解，又要保證教學中重點突出機械工程控制論特點。如：在教學中對于分析控制系統(tǒng)的性能特性時，應詳細講述機械工程領域應用廣泛的時域分析法和頻域分析法，而對于根軌跡法就不予詳細講解。

該課程理論的普遍性、通用性等特性，造成該課程的一些基本概念、定義及定理等具有深刻的內涵，如拉普拉斯變換的定義、傳遞函數(shù)的概念、頻率響應的定義、系統(tǒng)的穩(wěn)定性概念等。因而，在教學中，應注重強調對這些基本概念、定義、定理等的理解和應用；對于他們的推演過程，應適當?shù)暮喕ㄖ灰蒲葸^程精確即可、不必追求推演的嚴密性[3]），其目的是幫助學生的理解、記憶及靈活應用。

在教學中要分清主次，對于重點內容要突出講、深入講，如：典型環(huán)節(jié)、二階振蕩環(huán)節(jié)、頻率特性、Bode圖、穩(wěn)定程度判斷等。只有這樣，才能使學生領會該課程的本質，進而應用該課程理論解決機械工程領域實際問題。

1.3 教學方式應多樣化

對于教學方式應當多樣化，如：板書教學與多媒體結合、實踐實驗教學與仿真教學結合等。這樣可使抽象的概念具體化、形象化，激發(fā)和調動學生學習的主觀能動性，提高教學質量。

1.4 加強學生應用能力培養(yǎng)

學習的最終目的是為了應用，用理論去解決工程問題。在教學應加強培養(yǎng)學生用機械工程控制理論解決實際工程問題的能力。

首先，在理論教學環(huán)節(jié)，加強控制理論與工程應用的結合。在教學過程中，結合機械工程實例，使學生的學習目標明確，提高學生理論應用實際意識。

其次，注重實驗實踐教學環(huán)節(jié)建設。課程應設置一些諸如典型環(huán)節(jié)的模擬分析、時域和頻域的相應實驗以及穩(wěn)態(tài)誤差的研究等驗證性實驗，也應設置相應的設計性、創(chuàng)新性實驗，讓學生應用控制工程理論解決機械工程領域的結構設計問題。

最后，著力培養(yǎng)學生應用仿真軟件進行模擬分析應用能力。通過應用仿真軟件模擬分析真實的機械工程控制系統(tǒng)的性能特性，可以提高了學生綜合分析解決問題的能力，培養(yǎng)學生科研能力，為他們后期的專業(yè)學習以及將來工作和深造打下堅實的基礎。

第5篇：控制理論的基本概念范文

摘 要：自動控制原理是測控技術與儀器專業(yè)的重要主干課，該門課程的實驗教學是提高基礎理論教學效果，增強學生對控制系統(tǒng)深入認識的重要手段。由于各高校的實際校情不同，實驗條件相差很大，很多學校無法進行有成效的在實驗臺上的實驗，而進行控制系統(tǒng)的仿真是解決這一問題的有效途徑。針對上述問題，建立了自動控制原理的計算機仿真實驗體系，只需借助于MATLAB/SIMULINK軟件，即可完成各種控制系統(tǒng)的分析、研究和實驗。

關鍵詞：測控技術與儀器 自動控制原理 MATLAB/SIMULINK 計算機仿真

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（a）-0119-02

1 自動控制原理的實驗教學

自動控制原理這門課理論性強，比較抽象，學生學習有一定的難度，因此實驗環(huán)節(jié)教學效果的好壞對學生牢固掌握課堂理論知識、提高教學效果起著非常重要的作用。在目前普遍課時壓縮，教學要求提高的前提下，實驗教學要解決以下幾個方面的問題：如何加深學生對課程中基本概念基本理論的理解；如何提高學生理論聯(lián)系實際的能力；如何培養(yǎng)學生實踐動手能力、分析解決控制過程中實際問題的能力；如何在實驗教學中融入新的科技發(fā)展成果，培養(yǎng)利用現(xiàn)代化的實驗和仿真手段快速檢驗和實現(xiàn)新的控制理論和算法的能力。

2 自動控制原理的計算機仿真實驗體系

采用MATLAB/SIMULINK軟件進行仿真，可以避免對專用實驗場地的依賴，可以進行各種控制試驗，完成實驗效果，達到實驗目的。自動控制原理的教學內容比較豐富，包括經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論，既涉及線性時不變系統(tǒng)，又涉及非線性系統(tǒng)，既涉及連續(xù)系統(tǒng)，又涉及離散系統(tǒng)。仿真實驗采用兩種模式，一種是運用MATLAB語言進行編程，完成相應的控制系統(tǒng)的構建和性能分析，一種是采用MATLAB中集成的仿真環(huán)境SIMULINK進行模塊化設計。該文僅以少學時的自動控制原理中講到的經(jīng)典控制理論中的線性時不變連續(xù)系統(tǒng)為例加以說明。仿真實驗內容主要包括：控制系統(tǒng)建模；各類模型之間的轉化；復雜控制系統(tǒng)的化簡；典型輸入信號分析；典型環(huán)節(jié)的響應分析；二階系統(tǒng)的性能指標分析；采用多種方法進行系統(tǒng)穩(wěn)定性分析；線性系統(tǒng)的根軌跡分析；控制系統(tǒng)的頻域特性及頻域性能指標分析；系統(tǒng)校正效果分析等。

下面以典型二階系統(tǒng)的階躍響應為例，介紹一下MATLAB腳本語言編程與SIMULINK模塊仿真。該實驗的目的是通過改變系統(tǒng)動態(tài)模型的參數(shù)，研究二階系統(tǒng)的重要參數(shù)阻尼比對系統(tǒng)動態(tài)響應的影響。二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：，比較當=10，=0，0.25，0.5，0.7，1.2時系統(tǒng)的響應特性。

采用MATLAB語言編寫的腳本文件：

Wn=10；

Kosi=[0，0.25，0.5，0.7，1.2]；

Num=Wn^2；

figure（1）

hold on

for i=1：5

Den=[1，2*Kosi（i）*Wn，Wn^2]；

t=[0：0.01：4]；

Step（Num，Den，t）

end

hold off

title（'Step Response'）

響應曲線如下：

從圖中可以清楚地看到二階系統(tǒng)的響應規(guī)律，當一定時，隨著的增加，振蕩減弱，超調減少，調節(jié)時間減小。

同樣，可以采用SIMULINK建立二階系統(tǒng)的控制模型，通過雙擊示波器Scope，可以看到SIMULINK的仿真曲線。

通過仿真實驗可以體會到，二者均可以有效地進行控制系統(tǒng)的仿真，可以有效地達到實驗目的。采用SIMULINK構建系統(tǒng)模型更加方便快捷，而采用MATLAB腳本語言則更能鍛煉同學的邏輯思維能力。

3 結語

通過仿真實驗，不僅能幫助同學們深入熟悉和掌握自動控制原理的基本知識，而且能鍛煉同學們的邏輯思維和編程能力，為其以后在測控系統(tǒng)設計和計算機控制算法的實現(xiàn)方面打下堅實基礎，對自動控制原理的教學起到畫龍點睛的作用。

參考文獻

第6篇：控制理論的基本概念范文

關鍵詞：控制系列專業(yè)實驗；教學改革；綜合性設計性實驗；開放性教學

作者簡介：黃艷巖（1979-），女，江蘇漣水人，中國計量學院機電工程學院，講師；富雅瓊（1983-），男，河北張家口人，中國計量學院機電工程學院，實驗師。（浙江 杭州 310018）

基金項目：本文系中國計量學院2010年高教年度研究課題（課題編號：HEX201005）的研究成果。

中圖分類號：G642.0     文獻標識碼：A     文章編號：1007-0079（2012）05-0076-02

中國計量學院（以下簡稱“我校”）控制系列專業(yè)實驗課程主要包括控制理論實驗、自動化專業(yè)基礎實驗、過程控制專業(yè)實驗，分別在第五、六、七學期開設。以上實驗課程主要依托于控制理論實驗室、溫度檢測實驗室、自動化儀表與裝置實驗室、過程控制實驗室。課程涉及控制理論及控制工程的學科領域有：自動控制理論、過程控制、過程基礎、檢測技術、自動化儀表與裝置等，覆蓋面比較廣，實驗涉及該學科領域的許多先進技術。

一、控制系列專業(yè)實驗教學存在的問題

控制系列專業(yè)實驗是教學中的實踐環(huán)節(jié)，是對相關控制專業(yè)課堂教學的補充和延續(xù)。學生通過實驗可以加深對相關理論知識的理解，提高動手能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。目前，控制系列專業(yè)實驗課程教學主要存在以下問題：

（1）教學理念相對陳舊，未能改變依附于理論教學的從屬地位，實驗的模式比較單一，多采用傳統(tǒng)的驗證性實驗，缺乏綜合性和設計性實驗內容。

（2）各門課程實驗裝置及內容相對獨立，交叉關聯(lián)少，缺少相關課程和相近學科知識之間的聯(lián)系與映證，學生學到的知識不夠連貫，缺乏系統(tǒng)的概念。

（3）實驗指導書過于詳細，學生過分依賴教師，缺乏獨立分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)。為此，有必要對控制系列專業(yè)實驗課進行教學改革，不斷更新教學內容，強化實踐教學，在方法上有新的拓展。本文主要對控制系列專業(yè)實驗課程教學模式進行改革，在此基礎上調整相關實驗內容，改編實驗指導書。

二、教學改革內容

1.改革實驗教學模式

將實驗項目分為必做實驗和選做實驗。必做實驗幫助學生掌握基本的理論知識，訓練基本的實踐能力。選做實驗則可充分發(fā)揮學生自主性和創(chuàng)造性。根據(jù)實驗的難度和對學生的要求，將實驗項目分為三個層次。[1]

（1）驗證性實驗項目：為必做實驗，固定時間、固定班級。這些實驗往往只涉及一門課程的一個章節(jié)或一個知識點的內容，學生通過驗證性實驗可以使所學理論知識具體化和形象化，加深對所學知識的理解與掌握，同時也培養(yǎng)學生的基本動手能力。

（2）綜合性實驗項目：是指在學生具有一定基礎知識和基本操作技能的基礎上運用某一課程或多門課程的綜合知識，對學生實驗技能和實驗方法進行綜合訓練的一種復合性實驗。[2]其目的在于鍛煉學生對知識綜合應用的能力，培養(yǎng)學生分析和解決復雜問題的能力，培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)處理以及查閱中外文資料的能力。

（3）設計性實驗項目：教師給定實驗目的、要求和實驗條件，由學生自行設計實驗方案，并加以實現(xiàn)。[3]此項目可設置成開放式教學模式，通過改變實驗任務指標，對實驗的實現(xiàn)方法提出不同的要求，讓具有自主創(chuàng)造性的學生有充分發(fā)揮的時間和空間。

2.調整課程內容

控制理論實驗、自動化專業(yè)基礎實驗和過程控制專業(yè)實驗3門實驗構成了我?？刂葡盗袑I(yè)實驗課程群。按照對實驗教學模式的改革，實驗從原有的驗證性實驗過渡到以設計性綜合性實驗為主，極大地調動了學生的主觀能動性。以下是對三門實驗課程內容的調整：

（1）控制理論實驗。控制理論實驗開設的目的是使學生加深理解自動控制理論課程的基本知識，給學生正確的感性認識，使學生用直觀、簡便的方式來驗證所學的控制理論，培養(yǎng)動手能力和工程實踐素質，并達到能自主開發(fā)、實際應用的目的。[4]其依托的控制理論實驗室主要利用自控原理實驗箱，對控制理論中的一些基本理論進行仿真研究，如典型環(huán)節(jié)的模擬研究、系統(tǒng)的瞬態(tài)響應及其穩(wěn)定性研究、PID校正、非線性系統(tǒng)性能分析等。另外還配有倒立擺控制系統(tǒng)實驗裝置，利用該設備使現(xiàn)代控制理論中的若干理論得到驗證。如：利用狀態(tài)空間方法對系統(tǒng)建模，進行系統(tǒng)可控性、可觀性及穩(wěn)定性研究；利用觀測器對未知狀態(tài)進行觀測，利用狀態(tài)反饋理論進行極點配置，并設計控制器等。

該實驗課時8個學時，隸屬于自動控制理論課內實驗，原有實驗均為驗證性實驗，調整后的實驗項目見表1。對于學有余力的同學，在完成8個學時的課內實驗后可選做難度更高的其他實驗項目。

（2）自動化專業(yè)基礎實驗。自動化專業(yè)基礎實驗主要依托于自動化儀表與裝置實驗室及溫度檢測實驗室。本課程是與自動化專業(yè)的學科基礎課程相關的實驗性教學環(huán)節(jié)。課程任務是鞏固和加強專業(yè)基礎課程的基本概念、理論和應用，培養(yǎng)學生正確使用自動化儀表和裝置，掌握測試方法，具有按實驗指導書進行設計、調試、實驗和分析實驗結果的能力。

該實驗課時32個學時，調整后的實驗項目見表2。

（3）過程控制專業(yè)實驗。過程控制專業(yè)實驗室主要用于過程控制專業(yè)實驗教學，通過實驗幫助學生了解過程控制裝置、過程建模、單回路控制系統(tǒng)、復雜控制系統(tǒng)、典型單元操作的控制和集散控制系統(tǒng)的基本理論，加深對被控對象的動態(tài)特性、主要參數(shù)對過渡過程的影響規(guī)律及主要調節(jié)規(guī)律、控制算法的理解，培養(yǎng)學生具有過程控制系統(tǒng)的分析、設計、調試、投運和參數(shù)整定及分析處理過程控制中各種實際問題的綜合能力。

該實驗室實驗課時32個學時，調整后的實驗項目見表3。

3.開放性實驗教學

傳統(tǒng)的實驗教學模式即按照固定的時間、統(tǒng)一實驗內容，學生沒有選擇性，實驗操作基本上是“照方取藥”、“按部就班”的方式。[5]這種教學方式對于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和過硬的實驗技能是非常必要的，但同時也壓抑了學生的想象力和積極主動學習的意識，不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。為此，在原有的基礎上，對一些設計性、綜合性實驗項目實行開放式教學是勢在必行的。

（1）公開實驗項目、實驗時間及要求。在學期開始的第一周，通過網(wǎng)絡向學生公布本學期要開設的實驗項目，包括驗證性項目、綜合性項目及設計性項目、每個實驗的具體要求、開設的具體時間、每個實驗的分組人數(shù)和實驗分值。[6]讓學生提前了解，便于他們按要求去查閱資料。對開放式實驗的管理辦法、成績評定辦法、實驗的運行方式等規(guī)定同時予以公布，這樣學生對整個實驗的基本情況有了全面的認識，便于他們合理安排自己的實驗時間。

（2）完善實驗室開放管理制度。完善的管理制度可以保證實驗計劃的順利實施，為保證開放式實驗的正常運轉，我們針對控制系列專業(yè)實驗課程的特點，結合學院有關實驗管理規(guī)定，制定了相關的開放管理制度，如“實驗室開放計劃管理”、“儀器設備管理”、“實驗紀律”等。另外，為便于掌握實驗室開放現(xiàn)狀和建立實驗室開放檔案，分析和研究總結實驗開放基本規(guī)律，制定了控制系列專業(yè)實驗課程開放記錄的各種表格：“開放實驗申請表”、“實驗室開放情況記錄表”、“開放實驗成效分析表”、“開放總結報告”等。每個學年都要求參與開放實驗項目的學生按照各個記錄表的要求逐項詳細登記，由實驗室管理人員檢查登記情況，并在期末對開放基本情況進行總結。

4.改編實驗指導書

不同的實驗模式對實驗指導書的要求也不同。對于驗證性實驗，實驗指導書需要給出詳細的實驗目的、原理、步驟、所用到的儀器設備等。學生只需按部就班地做下去就會在規(guī)定的時間內完成實驗，得出結果，完成報告。對于綜合性實驗，由于所涉及的知識點不確定，因此實驗目的要求不確定，因而實驗指導書對所用的儀器、設備及材料、實驗的方法、步驟只做概述性介紹和提示。綜合性實驗所用時間并不確定，所以不適合全班同學完成同一項實驗內容，在時間上也需要課內、課外相結合來完成。設計性實驗突出它的自主設計性，可以是單一知識的運用，也可以是多知識點的綜合運用。設計性實驗指導書給出實驗目的、要求和實驗條件，學生自行設計實驗方案并加以實現(xiàn)，所以設計性實驗帶有試探性、研究性，在時間上也需要課內與課外相結合。[7]

三、結語

我?？刂葡盗袑I(yè)實驗課程經(jīng)過教學改革與實踐收到了較好的效果，改變了長期以來“灌輸式”、“填鴨式”的教學方法。學生通過綜合性設計性實驗項目，將控制專業(yè)相關理論知識連貫了、系統(tǒng)了、領悟了許多做實驗的樂趣。通過主動參與開放性實驗，確立了學生在教學活動中的主體地位，充分發(fā)揮了自身的主觀能動性，鍛煉了分析問題和解決問題的能力。另外，不少學生在后續(xù)的畢業(yè)設計環(huán)節(jié)所做的課題也和控制系列專業(yè)實驗課程有很大關系。由于本課程群的改革，使得學生有一定的基礎，掌握了基本的設計流程，在一定程度上幫助他們更好地完成畢業(yè)設計。

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[5]王茜.自動化專業(yè)綜合性實驗平臺的建設模式[J].實驗室研究與探索,2009,28(10):96-98.

第7篇：控制理論的基本概念范文

關鍵詞：自動控制系統(tǒng);共同規(guī)律;工業(yè)控制

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）36-0078-01

1 自動控制概論

1.1 自動控制與自動控制系統(tǒng)

從20世紀40年代起，特別是第2次世界大戰(zhàn)以來，控制工程基礎課程存在的問題，依據(jù)多年的教學實踐和探索，從專業(yè)定位、教學方法、實踐環(huán)節(jié)等方面介紹了我們的做法，希望對此課程的教學有所啟發(fā)。由于工業(yè)活動的發(fā)展和軍事技術上的需要，科學技術發(fā)展十分快。自動控制作為一門專門的學科，也得到了很快的發(fā)展和廣泛的應用。同時也是推行新的技術和新的產(chǎn)業(yè)的關鍵之一。在我國的工業(yè)化、信息化與現(xiàn)代化有很大的區(qū)別，自動控制理論的研究對象是系統(tǒng)。在我們的生活中就有很多接洽很多系統(tǒng)，但是有著很多的生物體、生產(chǎn)線、電力網(wǎng)、器樂，企業(yè)、社會化的一個系統(tǒng)。

自動控制理論的發(fā)展與應用有可能會改變勞動能力，把人類從翻動的勞動力效仿其他國家的技術，由自動控制系統(tǒng)能夠以最好的方式來運行，就能把勞動生產(chǎn)提高，產(chǎn)品提高質量，從而節(jié)約資愿。自動控制學科辦理以來，自動控制理論技術得到很好的發(fā)揮，必定在未來得到廣泛應用。

1.2 自動控制系統(tǒng)的分類

自動控制系統(tǒng)多種多樣，按不同的分不同的類型。控制系統(tǒng)的結構或者參數(shù)在系統(tǒng)運行過程中不隨時間的變化，系統(tǒng)為定常系統(tǒng)，稱為時變系統(tǒng)。而結構或者參數(shù)不隨時間變化的性質性系統(tǒng)則稱為線性定常系統(tǒng)，它是一種簡單而重要的系統(tǒng)，關于這種系統(tǒng)已經(jīng)有成熟的研究成果和分析設計方法。

1.3 自動控制理論的發(fā)展

自動控制理論是人類征服自然的生產(chǎn)實踐活動，產(chǎn)生平行社會生產(chǎn)和科學技術的進步而不單發(fā)展、完善來。

在20世紀中期，科學技術及生產(chǎn)力發(fā)展，有些空間技術的發(fā)展要有多變的量系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)的最好系統(tǒng)控制問題。在現(xiàn)代控制理論在學習中會使用到其他空間的系統(tǒng)法則，在現(xiàn)代自動控制理論的今天很多行業(yè)都會用到這個系統(tǒng)。要通過的自動控制系統(tǒng)，也介紹了控制系統(tǒng)的組成和工作原理，從而使其他行業(yè)和了解了自動控制理論的人有了大概的理解。對于自動控制系統(tǒng)的基本要求是最快。自動控制理論的發(fā)展經(jīng)歷了經(jīng)典控制理論，現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個起點。

2 自動控制系統(tǒng)的模型

在控制系統(tǒng)的分析和設計中，要建立性同的教學數(shù)據(jù)模型，控制系統(tǒng)教學模型可以通過解分析法和實驗分析法來建立的一種關系，也就是依據(jù)描寫系統(tǒng)運動過程的運動定理，為了便于分析與理解，在分析法在而建立或者系統(tǒng)教學模型的一種形式?？刂葡到y(tǒng)的數(shù)學模型、時域分析法、根軌跡分析法、頻率特性法、離散系統(tǒng)分析、非線性系統(tǒng)分析和自動控制理論綜合等內容，強調的是物理概念和實際應用。

在微分方式的過程中的自動控制系統(tǒng)動態(tài)的基本方法，由于控制系統(tǒng)的多樣性，控制系統(tǒng)微分的表現(xiàn)也不一樣，分析和設計的自動控制系統(tǒng)首要工作是確定系統(tǒng)的教學模型，在確立教學模型之后，可以采用不同方法來使用。分析系統(tǒng)時間全部信息，與其他分析分析法相比。分析法是通過直接求解系統(tǒng)在輸入信號的作用下時間響應，來分析控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動態(tài)性能和問題性，工程上常用單位。

3 分析法與研究系統(tǒng)

研究控制系統(tǒng)的一種經(jīng)典方法，在范圍內應用圖解分析法評價系統(tǒng)性能的一種工程方法，還可以用實驗方法則定。線性系統(tǒng)可以分為最小相位系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，我們較為詳細地討論了系統(tǒng)分析的基本方法，在可以看出所謂系統(tǒng)分析，就是在給系統(tǒng)的結構、參數(shù)和工作條件下，對它的教學模型進行分析，包含穩(wěn)定性和動態(tài)性能分析，看其是否滿足要求，以及分析某些參數(shù)變化對上述性能的影響。系統(tǒng)分析為了一設計滿足的自動控制系統(tǒng)，當先有系統(tǒng)不滿足要求時。我們就要找如何解決系統(tǒng)性能的方法。要了解系統(tǒng)的基本控制規(guī)律及特性的原理和方法。①因為c（t）的表達式中包含變量的二次項2（）rt，所以該系統(tǒng)為非線性系統(tǒng)。②因為該微分方程不含變量及其導數(shù)的高次冪或乘積項，且各項系數(shù)均為常數(shù)，所以該系統(tǒng)為線性定常系統(tǒng)。③該微分方程不含變量及其導數(shù)的高次冪或乘積項，所以該系統(tǒng)為線性系統(tǒng)，但第一項（）dcttdt的系數(shù)為t，是隨時間變化的變量，因此該系統(tǒng)為線性時變系統(tǒng)。④因為c（t）的表達式中r（t）的系數(shù)為非線性函數(shù)cost？棕，所以該系統(tǒng)為非線性系統(tǒng)。⑤因為該微分方程不含變量及其導數(shù)的高次冪或乘積項，且各項系數(shù)均為常數(shù)，所以該系統(tǒng)為線性定常系統(tǒng)。⑥因為c（t）的表達式中包含變量的二次項2（）rt，表示二次曲線關系，所以該系統(tǒng)為非線性系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)教學模型

數(shù)學模型就是根據(jù)系統(tǒng)運動過程的物理、化學等規(guī)律，所寫出來的描述系統(tǒng)運動規(guī)律、特性、輸出與輸入關系的數(shù)學表達式。它是對系統(tǒng)進行理論分析研究的只要依據(jù)?？刂葡到y(tǒng)的數(shù)學模型有多種，常用的有微分方程、傳遞函數(shù)、動態(tài)結構圖和信號流圖等。各數(shù)學模型之間可以進行轉換。微分方程是描述控制系統(tǒng)動態(tài)特性的最基本的方法。轉遞函數(shù)是在零初始條件下，線性定常系統(tǒng)的轉遞函數(shù)。通過等系統(tǒng)分析，就是在給系統(tǒng)的結構、參數(shù)和工作條件下，對它的教學模型進行分析、人類征服自然的生產(chǎn)實踐活動，產(chǎn)生平行社會生產(chǎn)和科學技術的進步而不單發(fā)展、完善來。①機理分析法：機理明確，應用面廣，但需要對象特性清晰;②實驗測試法：不需要對象特性清晰，只要有輸入輸出數(shù)據(jù)即可，但適用面受限;③以上兩種方法的結合：通常是機理分析確定結構，實驗測試法確定參數(shù)，發(fā)揮了各自的優(yōu)點，克服了相應的缺點對動態(tài)特性的影響：比例控制kP加大，使系統(tǒng)的動作靈敏提高，速度加快，kP偏大，振蕩次數(shù)加多，調節(jié)時間加長。當kP太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。若kP太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。對穩(wěn)態(tài)特性的影響：在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，加大比例控制kP，可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但加大kP只是減少穩(wěn)態(tài)誤差，卻不能完全消除誤差。

具有積分作用的控制器在單方向偏差信號的作用下，其輸出達到輸出范圍仍然繼續(xù)進行，從而使控制器脫離正常工作狀態(tài)進入深度飽和狀態(tài)這種現(xiàn)稱為積分飽和。積分飽和的影響：控制不及時。防止積分飽和的方法：在控制器輸出達到輸出范圍上限值或下限值時，暫時去掉積分作用;在控制器輸出達到輸出范圍上限值或下限值時，使積分作用輸出不繼續(xù)增加。

5 結 語

文章介紹自動控制的基本的理論和方法，同時注意引入新知識、新技術，體現(xiàn)時代特征，化知識掌握經(jīng)典控制理論的基本概念和基礎知識介紹控制論的研究對象與任務，控制系統(tǒng)的分類及控制論的發(fā)展史。使學生能以控制、系統(tǒng)的觀點而不是靜止、局部的觀點去看待一個機械工程系統(tǒng)，培養(yǎng)學生從整體的而不是分散的角度，從整個系統(tǒng)中信息傳遞，轉換和反饋等角度來分析系統(tǒng)的“動態(tài)行為”。

參考文獻：

[1] 王積偉，吳振順.控制工程基礎（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2] 董景新，趙長德，郭美鳳，等.控制工程基礎（第3版）[M].北京：清華大學出版社，2009.

第8篇：控制理論的基本概念范文

關鍵詞：倒立擺；可拓控制；仿真

中圖分類號：TM571文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)17-4202-04

Research on Linear Inverted Pendulum Based on Extension Control

ZHANG Wei-wei1, YU Zhang-ping2

(1.Tianhe College, Guangdong Polytechnic Normal University, Guangzhou 510540, China; 2.Siemens Building Technologies (Tianjin) Company Limited, Guangzhou 510620, China)

Abstract: The paper gives single inverted pendulum systems’model structure. Extension controller is designed on linear 1-stage inverted pendulum system, and the MATLAB simulation is researched.It compares to PID controller and research more, improved algorithm and SIMULINK.

Key words: inverted pendulum; extension control; simulation

倒立擺的穩(wěn)定性控制研究由來已久,針對倒立擺這樣一個不穩(wěn)定的系統(tǒng)，為了使倒立擺能夠在一定的干擾下也能實現(xiàn)穩(wěn)定控制，必須設計合理的控制器，參考當前國內外相關資料可以知道，很多種控制算法都可以實現(xiàn)對倒立擺的控制，例如PID控制，模糊控制，LRQ控制和狀態(tài)反饋控制等。現(xiàn)在我們來研究設計可拓控制器實現(xiàn)的倒立擺穩(wěn)定性控制。

1直線一級倒立擺建模分析

假設為理想條件，空氣阻力忽略不計，摩擦力為零，直線一級倒立擺系統(tǒng)就可以抽象成勻質桿和小車組成的系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1直線一級倒立擺示意圖

圖中各參數(shù)取值如表1所示：

表1參數(shù)取值及其物理意義

2可拓控制

可拓控制是在蔡文等學者提出的可拓學的基礎上提出來的，以信息轉換的角度去分析控制問題的理論與方法?？赏乜刂剖且钥刂戚斎胄畔⒌年P聯(lián)度（合格度）作為分析計算控制輸出校正量的依據(jù)。進行可拓變換后，能夠使被控參數(shù)轉移到合格范圍內，由此就解決了控制系統(tǒng)中需要控制和不可控之間的矛盾問題。

2.1基本概念【1】

由于可拓控制目前處在研究初期，先對可拓控制基本概念進行簡單介紹1）特征量

描述系統(tǒng)狀態(tài)的典型變量稱為特征量，用C表示。2）特征狀態(tài)

由特征量描述的系統(tǒng)狀態(tài)稱為特征狀態(tài)，用S表示，如

3仿真分析

利用傳遞函數(shù)做控制仿真，控制模型仿真圖如圖2所示，圖中有PID算法控制和基本可拓控制兩種方案，其中可拓控制算法的實現(xiàn)在S函數(shù)中編程實現(xiàn)，采用的是MATLAB語言。

4基本可拓控制器的改進

K等，參數(shù)整定過程過多的依賴人為經(jīng)驗，整定較困難。針對本論文中的單輸入單輸出的倒立擺系統(tǒng)，為提高可拓控制器的實用性，應適量減少控制器整定參數(shù)數(shù)量，縮短整定周期。在可拓控制征量要根據(jù)要求和專家經(jīng)驗進行選取，如果選取的特征量在表征系統(tǒng)動態(tài)和靜態(tài)過程特征中都很重要，就不需要整定特征模式中設置每個特征量的加權系數(shù)，即設定相關特征模式加權系數(shù)為

在基本可拓控制中對仿真結果進行分析，在穩(wěn)態(tài)性能方面，兩者的穩(wěn)態(tài)誤差都符合要求，在動態(tài)性能方面基本可拓控制在快速性方面比較好用可拓控制與PID控制相結合的方法，對平穩(wěn)性及快速性都有提升。

參考文獻：

[1]劉微容.可拓控制器設計方法研究[D].蘭州:蘭州理工大學,2007.

[2]楊春燕,蔡文.可拓工程[M].北京:科學出版社.2007.

第9篇：控制理論的基本概念范文

關鍵詞：金融數(shù)學；產(chǎn)生；發(fā)展；理論

一、概述

金融數(shù)學，又稱分析金融學、數(shù)理金融學、數(shù)學金融學，是20世紀80年代末、90年代初興起的數(shù)學與金融學的交叉學科。它的研究對象是金融市場上風險資產(chǎn)的交易，其目的是利用有效的數(shù)學工具揭示金融學的本質特征，從而達到對具有潛在風險的各種未定權益的合理定價和選擇規(guī)避風險的最優(yōu)策略。它的歷史最早可以追朔到1900 年，法國數(shù)學家巴歇里埃的博士論文“投機的理論”。該文中，巴歇里埃首次使用Brown 運動來描述股票價格的變化，這為后來金融學的發(fā)展，特別是為現(xiàn)代期權定價理論奠定了理論基礎。不過他的工作并沒有得到金融數(shù)學界的重視。直到1952 年馬科維茨的博士論文《投資組合選擇》提出了均值――方差的模型，建立了證券投資組合理論，從此奠定了金融學的數(shù)學理論基礎。在馬科維茨工作的基礎上，1973年布萊克與斯科爾斯得到了著名的期權定價公式，并贏得了1997念得諾貝爾經(jīng)濟學獎。它對于一個重要的實際問題提供了令人滿意的答案，即為歐式看漲期權尋求公平的價格。后兩次發(fā)現(xiàn)推動了數(shù)學研究對金融的發(fā)展，逐漸形成了一門新興的交叉學科，金融數(shù)學。

金融數(shù)學是在兩次華爾街革命的基礎上迅速發(fā)展起來的一門數(shù)學與金融學相交叉的前沿學科。其核心內容就是研究不確定隨機環(huán)境下的投資組合的最優(yōu)選擇理論和資產(chǎn)的定價理論。套利、最優(yōu)與均衡是金融數(shù)學的基本經(jīng)濟思想和三大基本概念。在國際上，這門學科已經(jīng)有50多年的發(fā)展歷史，特別是近些年來，在許多專家、學者們的努力下，金融數(shù)學中的許多理論得以證明、模擬和完善。金融數(shù)學的迅速發(fā)展，帶動了現(xiàn)代金融市場中金融產(chǎn)品的快 速創(chuàng)新，使得金融交易的范圍和層次更加豐富和多樣。這門新興的學科同樣與我國金融改革和發(fā)展有緊密的聯(lián)系，而且其在我國的發(fā)展前景不可限量。

二、金融數(shù)學的發(fā)展

早在1990年，法國數(shù)學家巴歇里，在他的博士論文“投機 的理論”中把股票描述為布朗運動。這也是第一次給Brown運動以嚴格的數(shù)學描述。這一理論為未來金融數(shù)學的發(fā)展，特別是現(xiàn)在期權理論的建立奠定了基礎。但這一工作很長時間并沒有引起金融數(shù)學界的重視。金融數(shù)學這一學科名稱直到20世紀80年代末才出現(xiàn)。它是馬克維姿的證券組合理論（H.Kowitz1990年諾貝爾經(jīng)濟學獎）和斯科爾斯―――默頓的期權定價理論（M.Scholes-R.Merton.1997年獲諾貝爾經(jīng)濟學獎），這兩次華爾街革命的直接產(chǎn)物。國際稱其為數(shù)理金融學。

金融數(shù)學源于20世紀初法國數(shù)學家巴歇里埃在他的博士論文《投機的原理》中對股票價格用布朗運動的刻畫。雖然1905年愛因斯坦也對此做了研究，但這一新做法當時還是沒能引起更多人的注意，直至1950年，薩寥爾通過統(tǒng)計學家薩維奇終于發(fā)現(xiàn)了這一作法的巨大意義，并開始對金融數(shù)學做全面的研究，由此金融數(shù)學終于迎來了發(fā)展的全盛時期，現(xiàn)代金融學由此正式掀開了帷幕。

現(xiàn)代金融數(shù)學是在兩次華爾街革命的背景中成長發(fā)展起來的。第一次革命的成果體現(xiàn)在靜態(tài)投資組合理論的研究上。1952年馬爾科維茲提出了基于均值-方差模型的投資組合問題，該理論把投資的風險和回報做了可量化的刻畫，從而開創(chuàng)了用數(shù)理化方法對金融問題進行研究的先河。然而他的模型中要計算各個風險資產(chǎn)價格的協(xié)方差問題，這個計算量很大。第二次華爾街革命從靜態(tài)決策發(fā)展到了動態(tài)決策。1970年布雷頓森林協(xié)議，浮動匯率取代了固定匯率，許多金融衍生工具比如：期權，期貨都隨即產(chǎn)生，這些金融衍生工具的引入主要是為進行金融風險的管理，而要對風險進行科學有效的管理就需要對衍生工具進行科學的定價。巴歇里埃的布朗運動模型促使了一對雙胞胎：連續(xù)時間的隨機過程數(shù)學與連續(xù)時間的期權定價的金融工程學的誕生.數(shù)學工具的引入主要是為進行金融風險的管理，而要對風險進行科學有效的管理就需要對衍生工具進行科學的定價。此后不久，默頓用另一種嚴格的數(shù)學方法推導了該定價公式，并予以推廣。期權定價公式給金融交易者及銀行家在金融衍生資產(chǎn)品的交易中帶來了空前的便利，期權交易的快速發(fā)展很快就成了世界金融市場的主要內容。布萊克，休斯，莫頓的這一理論成為近代金融經(jīng)濟學的里程碑人物，直到現(xiàn)在也仍然是現(xiàn)代金融理論探索的重要源泉。

三、金融數(shù)學的理論方法

金融數(shù)學作為一門邊緣學科，應用大量的數(shù)學理論和方法研究，解決金融中一些重大理論問題，實際應用問題和一些金融創(chuàng)新的定價問題等，由于金融問題的復雜性，所用到的數(shù)學知識，除基礎知識外，大量的運用現(xiàn)代數(shù)學理論和方法（有的運用現(xiàn) 有的數(shù)學方法也解決不了）。主要有隨機分析，隨 機控制，數(shù)學規(guī)劃，微分對策，非線性分析，數(shù)理統(tǒng)計，泛函分析，鞅理論等，也有人在證券價格分析中引進了新型的非線性分析工具，如分形幾何，混沌學，子波理論，模式識別等，在金融計算方法與仿真技術中也逐漸引入神經(jīng)網(wǎng)絡方法，人工智能方法，模擬退火法和遺傳算法等。

金融數(shù)學是利用近現(xiàn)代數(shù)學的優(yōu)秀成果來度量和刻畫金融、經(jīng)濟、管理等問題的“高科技”工具，其主要的基本理論表現(xiàn)在三個方面。

金融數(shù)學理論的新進展有隨機最優(yōu)控制理論，隨機最優(yōu)控制理論是在上世紀60年代末在控制理論中應用布爾曼的最優(yōu)化原理，并結合測度論和泛函分析方法發(fā)展起來的解決隨機問題的理論方法。國外的研究者很快就把隨機最優(yōu)控制理論運用到相關的研究中來，從70年代初莫頓運用該理論對連續(xù)時間最優(yōu)消費投資問題進行了研究，布洛克和米爾曼還研究了不確定條件下連續(xù)時間的最優(yōu)增長問題。