自動(dòng)控制原理-說課

1、《自動(dòng)控制原理》說課一、課程地位,自動(dòng)控制原理是電氣自動(dòng)化專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課，它既需要扎實(shí)的電路分析、模擬電子技術(shù)、高等數(shù)學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)做鋪墊，又作為日后學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、過程控制等學(xué)科的前提，起到承上啟下的作用，所以學(xué)好這門課程對(duì)該專業(yè)的學(xué)生來說比較重要。,個(gè)人認(rèn)為：建立一個(gè)系統(tǒng)的觀念。 建立一個(gè)控制的思想。 培養(yǎng)一個(gè)整體、全局的意識(shí)。,自控系統(tǒng)把許多電氣專業(yè)課

2、程有機(jī)地統(tǒng)一在一個(gè)整體中。,控制器 單片機(jī)、PLC、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)檢測(cè)元件 傳感器、檢測(cè)技術(shù)執(zhí)行元件 電機(jī)與拖動(dòng)、變頻器、 液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)技術(shù)控制對(duì)象 機(jī)器人、電機(jī)調(diào)速、 過程控制、運(yùn)動(dòng)控制,,,,,,部分畢業(yè)設(shè)計(jì)題目,基于PLC變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于PLC蔬

3、菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)PWM直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智能尋跡系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于三菱PLC礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于PLC小型搬運(yùn)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的IC卡智能水表控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)控制單閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì),二、課程教學(xué)用的教材：,《自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)》 主編：孔凡才2007年度普通高等教育國(guó)家精品教程機(jī)械工業(yè)出版社精品教程,教

4、材的特色,從工程實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)。注重基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性和實(shí)用性。寫得深入淺出，比較適合?？平虒W(xué)。自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述方法，時(shí)域分析，頻域分析方法，系統(tǒng)校正。系統(tǒng)概念→系統(tǒng)建?！到y(tǒng)分析→系統(tǒng)校正,二、課程的特點(diǎn),1、自動(dòng)控制原理課程本身要大量用到Laplace變換、復(fù)變函數(shù)理論，所以要想學(xué)好自動(dòng)控制原理，首先得看看自己的大學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)有沒有打扎實(shí)了（尤其是復(fù)變函數(shù)與積分變換）。,2、除了應(yīng)該具備的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)外，還需有處理相關(guān)專

5、業(yè)知識(shí)的能力。比如建立實(shí)際系統(tǒng)的物理模型，這里就需要有良好的電路（主要是模擬電路）、大學(xué)物理、機(jī)械原理的知識(shí)。同時(shí)還需要有一定的數(shù)學(xué)建模能力。,部分同學(xué)出現(xiàn)不想學(xué)的心理,原因1：數(shù)學(xué)、物理基礎(chǔ)差的學(xué)生。原因2：學(xué)電氣的學(xué)生不懂機(jī)械原理， 而控制的對(duì)象往往都是機(jī)械系統(tǒng)。出現(xiàn)的時(shí)間：學(xué)完第一章 緒論 后，在學(xué) 自控系統(tǒng)建模時(shí)，部分學(xué)生因上 述原因，往往放棄學(xué)習(xí)

6、本課程。,3、課程是自控而不是數(shù)學(xué),正是因?yàn)檎n程中充滿了數(shù)學(xué)，所以千萬不要把自動(dòng)控制原理當(dāng)成數(shù)學(xué)來學(xué)，因?yàn)槿舢?dāng)作一門數(shù)學(xué)課，你掌握的只是一些方程的操作和圖形的畫法，你無法理解為什么實(shí)際的系統(tǒng)會(huì)遵循控制理論所描述的規(guī)律（比如水位能夠被精確的控制），這會(huì)讓你覺得是完全是數(shù)學(xué)的作用，而忽略了自動(dòng)控制的基本思想以及這些數(shù)學(xué)方程背后所受到物理規(guī)律支配這一事實(shí)。很多原本數(shù)學(xué)還可以的同學(xué)也學(xué)不好控制理論，都是犯了把自控理論課作為數(shù)學(xué)課來學(xué)的思想錯(cuò)誤。

7、,4、自控最根本思想是【負(fù)反饋思想】,學(xué)自動(dòng)控制原理，掌握基本的控制思想是最重要的（它有別于數(shù)學(xué)思想、物理思想）。大學(xué)階段所學(xué)的自動(dòng)控制原理主要涉及經(jīng)典控制理論，所以它最根本的控制思想是【負(fù)反饋思想】，很多穩(wěn)定性理論都是立足于這一思想上建立的，所以數(shù)學(xué)雖然很重要，但數(shù)學(xué)對(duì)于自動(dòng)控制理論來說只是一個(gè)強(qiáng)有力的工具。,5、要珍惜每次做練習(xí)題的機(jī)會(huì)。,1、題目不在多、在精。2、一般把書本上每章后面的習(xí)題全部掌握，就算達(dá)到基本掌握的程度了。

8、3、第一次做不來不要緊，關(guān)鍵是要弄懂。,6、要重視仿真軟件Matlab,每次編程序都要開動(dòng)自己的腦筋，不要機(jī)械的按照老師的步驟輸入到計(jì)算機(jī)中，要有自己的程序方法，要有自己的思想。,比如由多極運(yùn)算放大器構(gòu)成的電路控制系統(tǒng)，要思考為什么通過對(duì)一些參數(shù)的改變（例如改變電容）會(huì)導(dǎo)致被控量（例如電壓）的不穩(wěn)定或者控制精度下降等等。,三、教學(xué)內(nèi)容的組織 （五點(diǎn)內(nèi)容）,1、對(duì)控制系統(tǒng)的定性描述上升到對(duì)控制系統(tǒng)的定量描述。講好這一點(diǎn)很重要。,學(xué)習(xí)工程

9、技術(shù)學(xué)科的一般的方法,1、、,大量的具體的物理、化學(xué)系統(tǒng),大量的、具體的物理、化學(xué)系統(tǒng),,通過系統(tǒng)內(nèi)部的機(jī)理,統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型,,,,,個(gè)性,共性,,再回到實(shí)際系統(tǒng)加以應(yīng)用,1,2,用數(shù)學(xué)方法定量研究,,2、穩(wěn)定、穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài) “三態(tài)”描述系統(tǒng)的性能,穩(wěn)定、穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)是系統(tǒng)的三大性能指標(biāo)。 “三態(tài)”的思想要貫穿在課程講授的始終，圍繞系統(tǒng)的三態(tài)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。,,3、講好系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的代數(shù)描述和幾何描述的關(guān)系

10、和變換,一個(gè)自控系統(tǒng)有多種數(shù)學(xué)模型形式來描述1、微分方程模型（代數(shù)） 4、根軌跡模型（幾何）2、傳遞函數(shù)模型（代數(shù)） 5、Bode圖（幾何）3、方框圖模型（幾何） 6、Nyquist圖（幾何） 這些數(shù)學(xué)模型與系統(tǒng)性能指標(biāo)相互關(guān)聯(lián)， 它們之間可以相互轉(zhuǎn)換。,比如：控制系統(tǒng)的根軌跡圖它既能定量地將控制系統(tǒng)的模型描述出來，還能直接地表示出控制系統(tǒng)的性能。在控制系統(tǒng)的Bode圖上

11、，既表現(xiàn)了系統(tǒng)中的數(shù)量關(guān)系又表現(xiàn)了系統(tǒng)的性能優(yōu)劣；等等。,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)如何利用數(shù)學(xué)工具 1、從多個(gè)角度描述問題和處理問題 。2、將實(shí)際問題與抽象描述相結(jié)合。,4、時(shí)域分析應(yīng)該比以前更受關(guān)注。,以前，由于計(jì)算工具簡(jiǎn)單，復(fù)雜的計(jì)算不方便，傳統(tǒng)的講法是精講一、二階系統(tǒng)的時(shí)域分析，高階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析這一屆主要是簡(jiǎn)介。 但是，Matlab出現(xiàn)了！,Matlab工具平臺(tái)，使得復(fù)雜的計(jì)算不成為困難。課堂教學(xué)中完全可以考

12、慮利用Matlab工具平臺(tái)，一般系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析與計(jì)算，不再受系統(tǒng)階次的局限。,5、聯(lián)系實(shí)際要密切。,本課程要用數(shù)學(xué)方法分析系統(tǒng)，比較抽象。教學(xué)時(shí)盡量多給學(xué)生介紹一些控制原理應(yīng)用背景和實(shí)例。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中深入體會(huì)理論與實(shí)際的結(jié)合。,（三）教學(xué)方法與教學(xué)形式,1、板書講授。 本門課程理論知識(shí)較復(fù)雜，用到高等數(shù)學(xué)及復(fù)變函數(shù)的知識(shí)較多，若用多媒體課件來進(jìn)行講授，學(xué)生僅僅是知道了這個(gè)公式是什么，而不能深入理解該公式或該方法的得出、推導(dǎo)

13、以及具體應(yīng)用是什么。而用板書的方法與學(xué)生在課堂上一起討論，印象更加深刻，記憶也就更加牢固。,2、討論式教學(xué) 在有些公式或方法的講授時(shí)，可以留給學(xué)生來做，或者用他們自己的方法來驗(yàn)證，這樣能大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和積極性。 3、習(xí)題課教學(xué)方法改革 盡量少留作業(yè)，拿出一道或幾道典型的題目，或一題多解，讓學(xué)生獨(dú)立完成，盡量減少互相抄襲的事件發(fā)生。 4、課程結(jié)束要考試。 5、充分利用Matlab仿真系統(tǒng)。,四、 課程

14、教學(xué)設(shè)想與建議,1、教學(xué)設(shè)想 設(shè)計(jì)了一個(gè)系統(tǒng)，第一章學(xué)完之后對(duì)這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行定性分析，第二章學(xué)完后建立該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，第三章學(xué)完對(duì)它進(jìn)行時(shí)域分析，第四章結(jié)束后利用根軌跡分析其性能，第五章用頻域方法進(jìn)行系統(tǒng)的分析。這樣不僅使學(xué)生操練了具體的方法，同時(shí)也學(xué)習(xí)了將所學(xué)的知識(shí)與實(shí)際系統(tǒng)相互結(jié)合，還可以在一個(gè)系統(tǒng)上比較不同的方法,,2、教學(xué)建議 由于咱們學(xué)校沒有自控原理的實(shí)驗(yàn)箱，所以該門課程只能進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，建議學(xué)校在下學(xué)期