“自动控制原理”课程教学研究与实践(全文)

自动控制原理实验与实践篇
《自动控制原理实验与实践篇》是一本介绍自动控制原理实验和实践的教材，旨在帮助读者更好地理解和应用自动控制原理的相关知识。

该书内容包括以下几个方面：
1. 自动控制原理基础知识介绍：介绍自动控制原理的基本概念、基本理论和基本方法，为后续实验和实践做好准备。

2. 自动控制原理实验设计：介绍自动控制原理实验的设计和实施方法，包括实验设备的选择、实验方案的设计、实验步骤的安排等。

3. 自动控制原理实验实施：详细介绍了一系列自动控制原理实验的具体操作步骤和实验过程，包括PID控制器调节实验、
系统响应实验、频域特性实验等。

4. 自动控制原理实践案例分析：通过实际案例分析，展示了自动控制原理在各个领域中的实际应用，如工业控制、航空航天、交通运输等。

5. 自动控制原理实验技巧与注意事项：介绍了自动控制原理实验中常见的技巧和注意事项，帮助读者更好地完成实验，并避免常见的错误和问题。

通过《自动控制原理实验与实践篇》的学习，读者可以更加深入地理解和应用自动控制原理，提高实际操作和解决实际问题
的能力。

同时，该书还提供了大量的实验案例和实践经验，帮助读者将理论知识与实际应用相结合，培养自己的实践能力。

自动控制原理实践教学报告
一、实践目的
这次实践的目的是使学生掌握自动控制的基本原理，理解不同的
控制系统的工作原理和特点，能够实际操作运用。

二、实验原理
自动控制是一种用自动方式控制被控对象（实际系统）运行参数，使其达到所要求的稳定状态的技术。

它是利用继电器、晶体管，及时
多变的电子电磁元件等,根据计算机信号集成在不同环境介质中获得时
间来控制物理系统运转状态而实现自动控制的。

三、实践内容
1.概述了自动控制的概念，以及实现自动控制的基本原理和方法；
2.认识和学习控制系统中实际运用的继电器、晶体管元件、及时多变
的电子电磁元件以及传感器；
3.熟悉实际系统中所用到的控制方法、控制仪表、微处理器、编程序等；
4.熟练操作自动控制系统，进行可靠的自动控制实验；
5.理解和掌握微机自动控制的具体实验程序，充分发挥计算机及微处
理器的控制能力，探究自动控制的应用领域；
6.做好技术性的实验报告，归纳学习实验所得的丰富经验，为之后的
工作打下坚实的基础。

四、实践结果
通过本次实验，学生掌握了自动控制原理，仔细操作实践有助于
更好理解原理，以有效地控制实际系统。

此外，本次实验不仅让学生
学习自动控制原理和设备，同时还让学生深刻理解和提高微机自动控
制的学习能力和应用能力，从而能够更好地运用实验所得的丰富经验。

《自动控制原理》课程教学设计与实践摘要：针对“卓越计划”的目标和社会对电气工程与自动化专业人才能力的要求，就主干课程《自动控制原理》的教学设计与实践，介绍了课程教学组织、教学思路、教学手段等情况。

基于教学过程的反馈闭环控制和采取配套的教学方法及教学措施，以确保学生学习效果的提高和教学目标的实现。

关键词：卓越计划；自动控制原理；课程教学设计“卓越工程师教育培养计划”是推进我国高等工程教育改革，促进高校培养适应社会发展需要的高级专门人才的重大举措。

因此，提高人才培养质量、培养创新型工程人才就成为工科类高校教育目前面临的重要任务［1］。

我校是教育部批准实施“卓越计划”的高校，电气工程及其自动化专业是首批进入该计划的专业之一。

为贯彻学校以社会需求为导向、以提高人才培养质量为目标、主动对接“四化两型”建设战略的人才需求和旨在培养具有“厚基础、宽口径、强适应、有特长”的高素质创新型人才的指导思想，落实“卓越计划”的要求，我们对现有电气工程及其自动化专业的课程体系进行了梳理和调整，以适应工程能力素质培养为主线的“卓越工程师”人才培养模式。

其中，自动控制原理是电气工程及其自动化专业的主干课程之一，所涉及理论知识不仅是后续其它专业课的基础，而且其教学效果关系本专业“卓越工程师”的预期能力培养，因此该课程教学设计和实践具有现实意义。

1以教学目标为中心的课程教学设计和实践自动控制原理涉及控制工程的理论与实践，强调反馈控制系统的分析、设计与实际应用，是“卓越计划”电气工程及其自动化专业最重要的专业基础课程。

除要求先修物理、高等数学等课程外，还要求具备拉普拉斯变换、线性代数等基础，因此，相对缺乏理论知识与工程实践的学生而言，其理论性和抽象性的特点决定了这门课程的难度。

《自动控制原理》课程教学以理论讲授为主，如何体现工程元素，使课程教学能更好地保证学生学习到“卓越工程师”所需的技术基础知识，我们从如下几个方面进行了初步的探索与实践。

《自动控制原理》课程实验报告姓名： 班级： 学号： 实验时间： 实验成绩： 一、 实验目的：1．熟练掌握step( )函数和impulse( )函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。

2．通过响应曲线观测特征参量ζ和ωn 对二阶系统性能的影响。

3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。

二、 实验要求：1．根据实验步骤，写出调试好的MATLAB 语言程序，及对应的MATLAB 运算结果。

2．记录各种输出波形，根据实验结果分析参数变化对系统的影响。

3．总结判断闭环系统稳定的方法，说明增益K 对系统稳定性的影响。

三、 实验步骤：1．观察函数step( )函数和impulse( )的调用格式，假设系统的传递函数模型为146473)(2342++++++=s s s s s s s G ，可以用几种方法绘制出系统的阶跃响应曲线？试分别绘制。

2．对典型二阶系统2222)(nn ns s s G ωζωω++= 1）分别绘制出ωn =2(rad/s),ζ分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数ζ对系统的影响。

2）绘制出当ζ=0.25，ωn 分别取1,2,4,6时单位阶跃响应曲线，分析参数ωn 对系统的影响。

3．单位负反馈系统的开环模型为)256)(4)(2()(2++++=s s s s Ks G ，试判断系统的稳定性，并求出使得闭环系统稳定的K 值范围四、 实验结果与结论时域分析法直接在时间域中对系统进行分析，可以提供系统时间响应的全部信息，具有直观、准确的特点。

为了研究控制系统的时域特性，经常采用瞬态响应（如阶跃响应、脉冲响应和斜坡响应）。

本次实验从分析系统的性能指标出发，给出了在MATLAB 环境下获取系统时域响应和分析系统的动态性能和稳态性能的方法。

1．用MATLAB 求系统的瞬态响应时，将传递函数的分子、分母多项式的系数分别以s 的降幂排列写为两个数组num 、den 。

《自动控制原理》课程设计[设计结果]任务一：双容水箱对象的建模、仿真、控制系统分析与设计 1．建立二阶水箱液位对象模型(1)用机理建模（白箱）方法建立系统模型并线性化非线性模型建立：控制作用为U 控制调节阀LV1001的开度，从而控制第1个水箱的液位H1和第2个水箱的液位H2，控制作用U 和调节阀管道上的流量之间的关系为Q1=K1*U1，建立该二阶水箱的状态空间表达式描述的数学模型11121223221(1(d dH K U Q K U dt A dH K U K U dt A y H =+-==模型线性化：对微分方程进行增量化，并在工作点处进行线性化 首先求解工作点的系统参数11223K 0K 0d U Q K U K U U +-=-=然后对微分方程中的各变量用相应的增量代替111112122321(U +1(d d d H K Q Q K U K U dt A d H K U K U dt A ∆=+∆+∆-∆= 其次将上述微分方程进行线性化111111221212223321(U +1(d d d H K Q Q K U K U K U dt A d H K U K U K U K U dt A ∆=+∆+∆-∆=最后得到线性化的微分方程1111212122321(1(d d H Q K U K U dt A d H K U K U dt A ∆=∆+∆-∆=-代入系统参数和工作点参数，忽略干扰Qd 的影响，进行拉式变换得最终传递函数为1116202.1)()(1+=∆∆s s u s H ，()12.128)1116(466.1)()(2++=∆∆s s s u s H(2)用试验建模（黑箱）方法辨识被控对象数学模型对已稳态系统输入10%正负阶跃信号，采集数据得（红色曲线对应输入变量U ，绿色与蓝色曲线分别对应输出变量H2与H1）其响应为下图：5001000150020002500300035000102030405060708090100图-1 系统数据采集曲线分别采用适当方法对一阶系统错误！未找到引用源。

实习报告：自动控制原理实验一、实验背景及目的随着现代工业的快速发展，自动控制技术在各个领域中的应用越来越广泛。

自动控制原理实验是电气工程及其自动化专业的一门重要实践课程，旨在让学生了解和掌握自动控制理论的基本原理和方法，培养学生的动手能力和实际问题解决能力。

本次实验主要涉及电动调节阀和PID控制器的相关知识。

二、实验内容及步骤1. 电动调节阀篇（1）了解电动调节阀的结构特点和工作原理。

电动调节阀主要由电动执行器与调节阀阀体构成，通过接收工业自动化控制系统的信号，来驱动阀门改变阀芯和阀座之间的截面积大小，控制管道介质的流量、温度、压力等工艺参数，实现远程自动控制。

（2）学习电动调节阀的调节稳定性和调节性能。

电动调节阀具有调节稳定，调节性能好等特点。

其结构特点包括：伺服放大器采用深度动态负反馈，可提高自动调节精度；电动操作器有多种形式，可适用于4~20mA DC或0~10mA DC；可调节范围大，固有可调比为50，流量特性有直线和等百分比；电子型电动调节阀可直接由电流信号控制阀门开度，无需伺服放大器；阀体按流体力学原理设计的等截面低流阻流道，额定流量系数增大30%。

（3）了解电动调节阀的分类及适用场合。

电动调节阀一般可分为单座式和双座式结构。

电动单座式调节阀适用于对泄漏要求严格，阀前后压差低及有一定粘度和含纤维介质的工作场合；电动双座式调节阀具有不平衡力小，允许压差大，流通能力大等待点，适用于泄漏量要求不严格的场合。

2. PID控制器篇（1）了解PID控制器的组成及作用。

PID控制器由比例控制、积分控制和微分控制组成。

比例控制是利用输入信号和参考信号的偏差量来控制；微分控制是利用输入信号的变化频率来控制；积分控制是利用输入信号的积分量来控制。

PID控制器能够通过设置比例、积分和微分三种参数来调节系统输出。

（2）学习PID控制器的开发现状。

PID控制器自发明以来已有近70年的历史，其结构简单、稳定性好、运行可靠、调节方便，已成为工业控制技术中的领先技术之一。

“自动控制原理”教学改革探索与实践“自动控制原理”课程是自动化学科各专业的重要专业基础课程，也是许多工科专业的主要专业基础课程。

该课程全面阐述自动控制的基本理论与应用，理论严谨，系统性强，并富有工程性[1]。

它需要学生具有较扎实的数学基础，包括微分方程、复变函数、拉普拉斯变换和Z变换等。

该课程不仅可以为各专业的后续专业课程的学习打下坚实的基础，而且对于培养学生的辩证思维能力和创新能力，提高综合分析问题、解决问题的能力等方面，都具有重要的意义。

为了适应控制技术和控制理论发展形势的需要和新时期对人才培养提出的新要求，自动控制原理教学方法与手段的改革应受到重视，在教学中，注重使用先进的教学方法，合理运用多媒体、网络等现代信息技术手段，并改革实验教学的形式和内容，提高教学效率，使“自动控制原理”的课程建设和教学质量上一个新的台阶。

1课堂教学方法与手段改革1.1引入MATLAB软件，提高课堂教学效率由于“自动控制原理”理论性较强，讲授过程中要进行大量的推导。

在以往的教学过程中，往往是教师在黑板上对理论进行板书讲解，学生边听边做笔记。

这种教学方法，使学生感到该课程内容抽象，难以理解，更不清楚所学的理论知识在工程实践中如何应用。

而且，在讲根轨迹、频率特性等章节时，往往要在黑板上画许多图，若采用粉笔绘图，要把曲线表现清楚，需要借助很多彩色粉笔，单是绘图方面就需要大量时间。

因此，如何提高课堂效率，使课堂变得生动，是教师应该考虑的很重要的问题。

MATLAB仿真软件是目前最流行的控制系统数字仿真软件，它可以方便地完成控制系统建模、分析和设计中各种复杂的数学计算，实现控制系统的仿真运行[2]。

MATLAB强大的计算功能、丰富的色彩表现力，可以轻而易举地绘制出所需要的曲线，而且能动态演示曲线的生成，可以给学生留下深刻的印象，增加学生学习的兴趣。

在课程建设中，把MATLAB作为一种基本工具与教学内容有机结合，用于控制系统分析、计算、设计和仿真，使教学及实验效果、效率均有明显提高。

第1篇一、引言随着科技的飞速发展，自动化控制技术已经广泛应用于各个领域，成为现代工业生产中不可或缺的一部分。

为了深入了解自动化控制原理，提高自己的实践能力，我们进行了为期一周的自动化控制原理实践。

本文将对实践过程、实践结果及心得体会进行详细阐述。

二、实践过程1. 实践目的通过本次实践，我们希望掌握自动化控制原理的基本概念、原理和方法，了解常见自动化控制系统的组成及工作原理，提高实际操作能力。

2. 实践内容（1）学习自动化控制原理基本概念：如反馈控制、前馈控制、比例控制、积分控制、微分控制等。

（2）了解常见自动化控制系统：如PID控制系统、模糊控制系统、神经网络控制系统等。

（3）学习自动化控制系统的设计方法：如系统建模、控制器设计、仿真与分析等。

（4）实践操作：搭建自动化控制系统，实现特定控制目标。

3. 实践步骤（1）查阅相关资料，了解自动化控制原理的基本概念和常见控制系统。

（2）学习系统建模方法，对实际控制系统进行建模。

（3）根据系统特性，设计合适的控制器，如PID控制器、模糊控制器等。

（4）搭建实验平台，进行仿真实验，验证控制器性能。

（5）根据仿真结果，调整控制器参数，优化控制系统性能。

三、实践结果1. 成功搭建自动化控制系统，实现特定控制目标。

2. 掌握了自动化控制原理的基本概念、原理和方法。

3. 熟悉了常见自动化控制系统的组成及工作原理。

4. 提高了实际操作能力，为以后从事自动化控制领域工作打下基础。

四、心得体会1. 理论与实践相结合的重要性通过本次实践，我们深刻体会到理论与实践相结合的重要性。

在学习自动化控制原理的过程中，只有将理论知识与实际操作相结合，才能更好地理解和掌握相关概念和方法。

2. 团队合作的重要性在实践过程中，我们充分发挥团队协作精神，共同完成实验任务。

在遇到问题时，互相讨论、交流，共同解决问题。

这使我们认识到团队合作在实践过程中的重要性。

3. 不断学习，提高自身能力自动化控制技术发展迅速，新理论、新技术层出不穷。

自动控制原理课程教学改革与实践探索科研论文报告自动控制原理课程是控制理论与控制工程学科的基础和核心课程。

为满足新工科和应用型本科建设要求，我们在教学中创新工程教育方式与手段，对该课程试行教学改革与创新，促进学生专业知识的掌握和创新能力的提升，在课程建设的各环节进行了探索与总结，取得了不错的效果。

[关键词] 自动控制原理;新工科;教学改革G642 A2096-0603（2022）03-0061-03 山西能源学院是一所“以工为主，能源见长”的应用型本科院校。

为了培养满足国家和地方发展需要的高素质人才，学院鼓励教师树立教育新理念、创新教学新方式、提高课程教学质量、培养具有创新创业意识和跨界整合能力的新工科人才。

自动控制原理课程教学组在教学过程中针对课程进行教学改革和创新以及课程建设的实践和探索，培养学生的创新思维与创新能力。

在课程教学改革与实践探索中，依据社会需求修订人才培养方案，根据技术发展改进课程内容，遵从学生爱好改变教学方法，课程教学效果大幅提高，学生的理论水平和实践能力得到较大提升。

一、教学改革的必要性（一）课程性质及特点自动控制原理是电气类、自动化类以及智能控制类等本科专业的核心基础课程，该课程侧重从理论角度阐述自动控制领域的基本概念和基本规律，理论性较强，计算量大，对学生数理基础知识要求较高，且内容比较抽象，学生理解比较困难。

（二）课程改革前教学状况自动控制原理课程以往的教学方式是以教师讲授为主，教师讲，学生听，教师作为教学主体，依据教学大纲机械式完成教学，不能结合本校学生的基础知识水平和差异，导致学生由兴趣较高到听课困难再到学不会直至完全失去学习兴趣;教师也因为教不会而失去信心，教学陷入“学生难学、教师难教”的死胡同。

由于课时量少，理论讲解深度和宽度有限，学生几乎没有实践机会，也没有实践的兴趣，导致教学效果很不理想。

（三）教学改革的主导思想和目标2017年，教育部提出新工科建设的愿景与行动，倡导高校运用新工科建设模式，主动适应新技术、新产业、新经济发展，建成工程教育强国，为实现中华民族伟大复兴的中国梦奠定坚实的基础。

“自动控制原理”课程的教学改革与实践基金项目:本文系“自动控制原理”省级精品课程建设和创新性人才培养(项目编号:2009126)、2009年黑龙江省新世纪教学改革工程项目的研究成果。

“自动控制原理”作为电气信息类专业的专业基础课程,在机械、热能等专业中也处于举足轻重的地位。

尤其在自动化专业中,它将其他专业课程联结起来,起到承上启下的核心作用。

[1]本课程的主要特点是:理论性强、内容抽象、含有大量的数学公式推导及图形曲线,是一门具有一定深度和难度的课程。

从教学现状看,学生感到难学、乏味,主讲教师觉得难教,沿用传统的教学方法难以获得高质量的教学效果。

[2]作为佳木斯大学校级精品课,课题组对该课程的教学内容、教学方法及实验教学等进行了研究、改革和探索,并取得了良好的成效。

一、教学的创新与实践1.运用系统的观点、联系的观点掌握分析方法本课程的系统性和理论性很强,要求学生用系统的观点来分析问题。

讲授时围绕三个基本点展开,即基本概念,基本理论和基本方法,强调重点,克服难点。

引导学生把握“数学模型”,以“性能”(动态性能、静态性能) 分析为灵魂,综合设计为目标,最后结合实验、工程实例来加深理解。

例如,时域分析法的灵魂:依赖闭环传函形式的数学模型,根据响应曲线的收敛性可以判断出系统的稳定性,并且可求得典型输入信号作用下的动态指标及稳态误差。

根轨迹法,在已知开环零极点形式的数学模型基础上研究一个或几个参数变化对系统闭环极点(特征方程的根)分布的影响。

根轨迹位于复平面左半平面部分为稳定区域;根据原点处开环极点个数可确定出系统的型别,因此可求出三种典型输入信号作用下的系统的稳态误差;闭环主导极点主要决定系统的动态性能,运用闭环主导极点比较容易对控制系统进行分析和设计,且工作简化。

频率特性法的主线:应用的是开环频率特性函数,在开环极坐标图和开环伯德图中,利用Nyquist稳定判据可以分析系统的闭环稳定性和相对稳定性,其中开环对数幅频特性曲线低频段反映出系统的静态性能,中频段主要影响系统的动态性能。