自动控制理论论文:浅谈自动控制理论实验教学研究

论文关键词： 自动控制理论；实验教学；创新能力

论文摘要： 对当前自动控制理论实验教学方法与实验仪器进行分析，提出教学方法和教学仪器的改革措施。通过开设新的实验内容和研制新的教学仪器，使学生更好地完成自动控制理论实验的学习任务，提高学生的综合能力和创新能力。

“自动控制理论”课程是研究自动控制系统的共同规律，为自动控制系统的分析和综合提供基本理论和基本方法的一门专业基础课[1]。该课程是一门重要的测控类专业的基础课，具有较强的理论性，与前续课程联系紧密，知识面广，学生不易理解掌握[2-3]。学好这门课程不仅可以为后续专业课的掌握打下良好的理论基础，而且能在今后从事专业工作时，直接运用它去分析和解决实际技术问题。对于工程实践具有重要的指导作用，受到人们的广泛重视。在本课程的教学中，实验教学对理论知识的理解、掌握、巩固具有重要的作用。

1 当前实验教学的不足

长期以来，传统的实验教学被一种固定的模式所束缚，教学内容陈旧，教学方法呆板，在一定程度上限制了学生的主动性和积极性，难以激发他们独立分析问题、解决问题的兴趣和激情，没有体验过从失败中自己寻找成功之路的经历，抑制了学生个性的发展，这样不利于对学生创新能力的培养[4]。

1.1 实验内容固定

传统的实验主要是按章节进行验证性实验，实验仪器功能固定，实验只能按照实验指导书设计好的步骤进行, 学生被束缚在验证性实验中，对出现的相关问题缺少系统、多角度的分析，不利于学生创新能力的培养。

1.2 实验时间限制

一般的实验都要求在实验室2个学时内完成，学生很难深入地把握实验主要内容和方法，对实验的目的、实验原理无法理性地理解，更别提实验中出现故障的排解分析，限制了学生的设计和创新，不利于锻炼学生的综合能力。

1.3 实验仪器制约

实验仪器过于固化，仪器设置上未给学生留下设计性和探究问题的空间。仪器组成以理论验证为主，缺少实际控制系统各环节，特别是反馈部分的传感部分，更不具备跟随学科发展而开拓新实验的延伸性。

1.4 实验方法落后

实验技术水平和内容更多地满足于基础性实践环节，缺乏系统的综合性、设计性和研究性实验环节，以及缺少在利用多种现代实验手段、方法和工具对实验过程中的结果和现象进行深入分析研究方面对学生的引导。实验过程主要完成连线操作、数据记录等简单的工作。

2 实验教学改进

针对目前实验教学的现状，摒弃以往按部就班完成指定实验步骤操作验证形式，按照学生对科学的自然认知进度设置灵活变换的实验内容。对实验设置按多层次，从简到难，逐步引导学生自主学习、合作学习、研究性学习，逐步走向从问题出发的探究、创新。同时，研究新的实验教学仪器，开发配套软件，保障实验硬件满足新环境下的要求。结合灵活的教学仪器改变教学方法，充分调动学生动手的积极性，引导其创新。

2.1 实验内容设置

开设不同层次的实验内容，既要满足实验教学的验证、演示等基本功能，又要激发学生的兴趣。

基础实验：根据给定实验任务、方案和步骤，选择并完成一定数量基本实验；同时，通过调整实验参数得到不同结果，增加思考空间。

综合实验：将各个基础实验环节有机结合在一起，各课程之间关联内容综合。

设计实验：以任务的形式，给定实验题目，允许学生按照自己思路选择设计性实验内容，引导学生学会设计和研究的方法。

创新实验：自行命题实验，将学生的构想通过仪器现有功能模块来实现，在探究式学习中培养学生创新能力。

2.2 实验仪器的改进

根据实验内容的要求，开发适合本专业的教学仪器。仪器具有控制系统需要验证的各种典型环节模块、信号发生器模块等基本功能，还结合工程实际将传感器引入反馈环节，增加执行器件，构成完整的闭环系统。避免教学仪器箱只能完成信号源作为激励，控制环节构成系统的不足。同时，仪器上的控制效果通过便于观看的形式展示出来，让控制过程可视化。仪器要预留出扩展接口，便于在实验中添加新的模块。仪器在结合计算机完成实验的同时，又能独立完成实验内容，实验配套软件要能对硬件平台对的实验内容进行仿真和虚拟实验。学生可以根据测试参量的不同选择相应的传感器，完成非电量到电量的转换，对信号进行处理，结合控制理论完成创新性、设计性的实验。

2.3 实验方法的转变

1）以学生为主体，开辟新知识领域，重视实践能力的锻炼；2）培养学生的综合能力；3）科学知识和实验能力培养上，建立系统、科学且开放的实验教学体系，注重课程之间纵向和横向的联系。

结合开发的教学仪器，在实验方法上除了基本的验证性实验，其他实验按任务的形式给出，不对学生做过多的限制，留出学生思考、动手、创新的空间。充分利用计算机的计算、分析功能以及仪器配套软件（采用数学工具matlab编写的程序）在实验前完成必要的仿真分析，让实验有的放矢，理论指导实践。实验既做到软硬精密结合，又能相互独立，两者相辅相成。克服当前实验中仪器平台不能脱离计算机，配套软件不能独立工作，学生只能在实验课中有限的时间内完成实验的不足，让实验内容通过软件可以在任意计算机上完成。

3 总结

对当前实验教学过程中存在的问题进行分析和总结，从实验内容设置、实验仪器、实验方法3个方面提出改进方法。自动控制理论来源于实践，反过来指导实践[5]。结合当前人才培养的趋势，理论联系实际，提高学生实践能力，在实践中发现问题、解决问题进而培养创新能力。

自动控制理论论文:自动控制理论应用于当代高校外语教学的简要分析

摘要：随着世界经济的发展与全球化进程的推进，国与国之间的交流日趋频繁，国家对外语人才的需求也与日俱增。提出的“一带一路”发展战略，也为我国外语人才的需要和要求提供了新的契机与发展平台。在这种背景下，作为一名高校葡萄牙语教师，对外语语言教学，尤其是葡语语言教学方法的研究是尤为重要的。本文将通过跨学科知识引入的方式、以教学经验中的葡语教学为依托，将外语教学进行分阶段分析，希望能为当代高校外语教学提供一些新的思路。

关键词：外语教学 自动控制理论 教学方法

一、当代背景与教学目标

在世界经济飞速发展、全球化进程加速的今天，国与国之间的交流日益密切。我国自建国之后，与世界其他国家的交流也变得日益频繁。为了尽快达到世界先进国家的水平，我们就要加强对外交流，学习外国的科技文化知识，打开自己的眼界，扩充知识，因而外语的学习与使用也变得越来越重要。2015年10月22日，在伦敦出席全英孔子学院和孔子课堂年会开幕式上讲话时曾说：“语言是了解一个国家好的钥匙。”语言，作为一种交流工具和民族符号，是与外界交流的基础。此外，关于“一带一路经济发展带”的规划，也使得国家对外语语言人才的需求和要求增高，这也为外国语言学习者提供了一个平台和契机。在这种背景之下，对于外语教学者而言，外语语言教学方法的研究是尤为重要的。

语言教学的目标就是通过对语言国家的语言、文学、政治、历史等多方面的基本知识的教授，使学生能够熟练使用所学语言，具备听、说、读、写、译的能力。然而，一门语言除了其自身的词汇与语法之外，其形成与发展变化也与文化息息相关。因此，除了语言本身之外，外语的学习也受很多其他因素的影响和制约，例如本土文化与所学语言国文化间的差异、母语与所学外语之间的使用习惯差异等。因此在日常的外语教学中，不仅要注重对语言本身的教学，更要对语言国家文化知识的扩充，否则外语的学习将流于表面，出现即使听得懂语言本身、却无法理解其深层文化含义的现象。

二、传统语言教学法简介

首先，从传统教学方式上来说，我将其分为三个教学阶段：

及时阶段，记忆阶段，使学生对所学外语有框架概念。除英语之外，大学外语的学习对象大多都是零基础学这门语言，因此，让学生对所学语言有一个框架概念是教学的及时步。在此过程中，学生就像是刚开始学说话的小孩，处于“牙牙学语”阶段，只需要使用记忆力，通过机械性地听、跟读、模仿等方式对所学语言的语音有初步的印象，不需要过多了解该语言的应用场合与文化含义。这个阶段学生所要达到的水平可以通过下面所列举的能力进行考察：语音语调、词汇的拼写、简单的问候对话、能够听懂语速较慢的日常对话。若上述要求均可达到，则可进入到第二阶段的学习中。

在第二阶段中，我们需要引导学生从知识认知阶段转换到技能提升阶段。在学生对所学语言有了初步了解之后，我们需要引导学生从简单地明白词语、句子的意思转变到可以应用这些句型在特定语境中能够较为流畅地表达出来，并且可以进行简单的应用对话。例如，运用所学语言简单模拟超市购物、询问价格、物品信息、询问简单的出行路线等。在具备这些能力之后，就可以进入到第三个阶段的学习了。

第三阶段就是语言应用阶段。经过前面两个阶段的学习，这个阶段的学生已经对所学语言的语音语调、句型语法等，有了较为的了解。因此，这个阶段的教学注重对学生语言运用能力的培养。此阶段所开设课程大致为笔译、口译、新闻视听说、报刊阅读、写作等。注重于学生对语言在各个语境下的熟练使用，注重学生听、说、读、写、译能力的综合培养。

虽然使用传统教学方法中的记忆――提升――应用这一教学程序可以帮学生打下扎实的语言基础、使学生掌握所学语言的基本规律，但是这种以讲授为主的教学方法也会使得学生在后期语言的应用中存在些许弊端，学生的听、说能力往往不及同等阶段的读、写能力，学生对母语的依赖性较强，对所学语言国家的文化了解甚微，往往无法熟练地在母语与所学外语之间进行转换。

三、自动控制原理在教学中的应用

在各类教育方法推陈出新的今天，跨学科领域的教学模式可以给当前的教学模式提供一些新的思路。在不同的学习阶段，学生掌握知识的程度和水平是发展变化的，教学方法也需要根据学生的学习进步水平而进行同步调整。鉴于此，在语言教学中，我们可以按照学生对知识的掌握程度、将教学分为以下几个阶段，以便于我们在不同时期对教学方法进行调整。在工程设计中，自动化控制理论中的单闭环控制系统与之有相似之处。下面，我将借鉴单闭环控制系统，建立模型，并将其引用至外语教学的方法中。具体控制框图如下所示：

将学生学习的初始状态定义为输入量，学习状态定义为中间可控量，学生当前的学习状况等价模拟成系统的输出以及观测量，教学方法的{整就是这个系统的核心控制部分，这部分就是执教者的决策部分。在此我简单地将学生的学习状态分为四个阶段：及时阶段，粗通皮毛使用程度；第二阶段，技能提升阶段；第三阶段，语言与文化融会贯通级使用程度；第四阶段，自主研究学习阶段。下面我将对这几个阶段进行简要介绍：

及时阶段：粗通皮毛使用程度。这一阶段比较好理解，就是我们传统意义上的入门级阶段。以葡萄牙语学生为例，学生都是零起点学葡萄牙语。因此处在及时个阶段的学习中，学生只需对葡萄牙语这门语言有一个初步的认识，掌握字母表的读法、音节的拼读与发音、模仿简单的日常问候、造简单句等。所学课程大致为基础葡萄牙语、语音训练、会话等基础入门课程。此时学生对所学语言的新鲜感较强，学习热情高，教师基于此进行比较愉快的教学，不必将太复杂、太深入的知识在这个阶段展示出来。在这个阶段中的执教者相当于一个引路人，先将学生的兴趣爱好提升起来，将语言基础打好，然后再向第二个阶段迈进。同时要强调的一点就是，过渡期的转换是十分重要的，这要求执教者有着较为敏锐的观察辨别能力，贸然转换无异于将米饭弄夹生，再想重新有好的开始就是很难的一件事情了，在此也要提醒执教者在每一个教学阶段转换时要慎重考虑。

第二阶段：技能提升阶段。以上一阶段为基础，这一阶段的教学注重学生对所学语言的基础知识的提升。以葡萄牙语教学为例，这个阶段所学课程大致有葡萄牙语精读、泛读、视听说、会话。需要注意的是，在这个阶段中，学习内容会变多变深，学生会逐渐开始感受到母语与所学语言的差异，对于语言学习的新鲜感与热情较及时阶段会有所下降。因此，在以执教者教授为基础的教学模式之下，可适当加入学生与教师的身份翻转环节，鼓励和引导学生独立思考和自主学习，尝试着在不同场合和语境下使用不同的表达方式，以积极的方法和心态迅速提升外语技能，熟练掌握所学语言的规则与用法，为下个阶段的学习打好基础。

第三阶段：语言与文化的融会贯通阶段。在这个阶段中，学生已经掌握了基本的语言能力，基本口语与翻译能力已经达到了一个较为良好的状态。学生进入到这个阶段后，已经可以脱离执教者的技能方法教学了，因此在这个阶段，执教者的角色应慢慢淡化，转而为引导者，并在教学过程中增加学生的自主创新与学习的比例。语言是文化的写照。对于语言学习者来说，不仅需要学好语言本身，更需要对语言国家的文化和自身母语国家的文化都有一定程度的了解，了解这种语言文字下的文化深意。因此，第三阶段对于执教者而言是一个较为艰难的阶段，这个阶段主要应该对学生进行语言国家文化、母语与所学外语使用习惯的差异、语言国文化与自身国家文化之间的差异教学，培养学生的跨文化沟通技能。而这种教学就需要执教者不仅具备较为扎实的本国文化底蕴，同时也应具备所学语言国家的文化底蕴，引导学生体会、比较、分析两国文化的异同。因此执教者好有对语言国家文化进行过学习与研究、并具有在国外学习生活的经历，这样才能够为学生更好地营造与讲解语言国家的风土人情与文化。一个执教者正确的引导不仅可以使学生认识与理解语言国家文化，同样也可以将所学语言与文化融合起来，理解语言中的文化深意，而非仅仅学习语言本身。这个阶段的专业课就不止停留在语言本身的教学上了，而应注重对语言的应用和对语言国与母语国文化的了解。这一阶段的教学可以与语言国家的外籍教师协作进行，所开设课程可以增加中国文化课、语言国家文化课、语言国家历史与国情课、跨文化沟通课、跨文化翻译课、口译课等。

第四阶段：自主研究学习阶段。此阶段需要学生有一定的海外留学经历并且具备一定的科研能力，才能够达到。对于这个阶段更好的描述应该是一个让学生从被教育者转换为执教者和研究者的过程。在学生进入这个阶段之后，就可以与当前的执教者进行学术探讨与文化研究，就会对所学语言有自己的见解和理念了。

将教师的教学方法整合调整定义为系统的负反馈系数，此处进行负反馈的原因是因为通常情况下教师的教学进度或者对于学生当前学习状态的预估会有一个超前的偏差，这个负反馈系数就是为了减缓教师教学进度，改良教学方法而引入的，这里执教者就相当于该控制器的核心处理器。听、说、读、写、译等为系统的外部正因素干扰，这几个因素都能够使学生的学习状态向着前进的方向发展。但是在语言教学方法不断推陈出新的今天，这几项只能算是基础的硬性外部影响，执教者同时还应该重视对学生兴趣、语言学习的目的性、语言学习中外国文化的熏陶，如果前者属于传统意义上的硬件，那么这三点就应该属于是软件，二者缺一不可。在教学的不同阶段它们所起到的作用也是不同的，前者在学生的前期打基础阶段是十分重要的，但是当学生的基础知识已经很扎实之后，执教者就应该将教学影响带入到后面的教学模式中，通过兴趣、语言技能的作用以及文化渲染等让学生从被教育者逐步转换为主动汲取语言的知识者。这里所列举的两类主要正向影响因素在学生进入学习状态的不同时期所占有的比例也是不同的，因而在上文中提到的四个阶段中，这里的两类影响因数的系数也应该作出相应的调整与改变。通过该模型的建立我们可以清楚地看出，语言教学的过程中充满了不确定因素，任何一个因素出现问题都将使正常的教学受到影响，作为一名语言教师，我们应该通过科学的控制手段来解决这些问题。在教学过程中我们要给予学生“主动做”的引导，无论能不能说、会不会说，是否有错误，都要大胆地表达出来。语言就是一门应用技术，使用的次数越多则越能够灵活地将语言运用恰当。如果能够不断地让学生在班级这个群体下将外语学习变成一个语言氛围，让学生每节课都能感受到语言国的语言文化氛围，那么执教者的教学目的也就达到了。因此在我的教学理念中，我着力于建设班级的语言文化氛围，一旦进入到这个语言空间之中，就要暂时忘记自己的母语，所有学生都要模拟这样的方式，产生空间上的错觉，语言上的错觉，在这样的教学环境中，学生将能够更快地进入到自己的角色之中。经过一段时间的模拟训练，学生的语言能力将会有大幅度的提升。

在这样的教学模型下，执教者还应将大量数据进行分析处理，将这些模糊的信息处理成一个较为系统的数学模型，这样就可以对这个模型进行完善。传统的语言教学都是较为模糊的，我们可以借鉴工科的数学模型，将语言教学也进行量化处理，这样就使得教学变得有据可寻。我们也可以对语言教学中的量化作出较为细致的划分，将语言学习量化成一个公式表格，这样会将语言教学从抽象化转变为可视化的教学模式，知识、技能、教学参数等都是该模式中不可缺少的变量。语言教学本来就是一个时时变化的过程，绝非一成不变的，在这个动态过程中，执教者就要通过上面所提到的各种变量，综合考虑当前教学状态的定位。这样才能作出较为恰当的教学调整。

四. 结语

语言是交流的基础和工具，它以文化为依托，根据时间和空间的不同，具有很大的灵活性。成功的外语教学应该注重听、说、读、写、译的综合应用，并通过激发学生的语言兴趣以及语言学习目的，不断给学生注入语言国文化的深层次意义。不能将基础教育阶段的应试教育模式代入到的高等学校教学中去，否则大部外语学习者的外语水平将停留在读、写层面，无法成为高质量的综合型外语人才。对于以外语为专业的大学生来说，工作后需从事的翻译与交流不仅仅只停留在日常交流层面，因此，对于外语本身的x、写两项能力已经不能满足日后工作的需要。这就需要教师在教学中的引导，使学生具有对于语言国文化的了解以及对于语言在不同语境和文化交流中的活学活用与创新。此外，在教学过程中，我们应尽量避免采用单一的教学方式，尊重语言的灵活性及其与文化的关联，引导学生灵活、地掌握所学语言。语言最终的运用也同样可以建模成为一个闭环的控制系统，只是这个控制系统的核心控制器将变换为学生这个本体。高校外语教学改革已经成为语言教学发展过程中的必然，新的教育理念和教育方法也是改革的内容。采用结合自动控制理论来指导当前的语言教学是本论文中所着重强调的一个新观点，也希望能够得到广大语言教育工作者的批评与指正。

自动控制理论论文:思维导图在自动控制原理和现代控制理论教学中的实践研究

摘 要 本文针对“自动控制原理”和“现代控制理论”课程中的主要教学内容和实验环节提出了相关内容的整体思维导图，采用该方法引导学生开展发散探讨式学习，通过课堂实践表明，基于思维导图法的教学方法，提高了学生思维能力和创新能力，加深了学生对基本概念和原理的理解，从而提高了教学质量和学习效率。

【关键词】自动控制原理 思维导图 教学改革

自动控制原理是高校自动化、电气和机械及相关专业的一门重要专业基础课，是研究有关自动控制系统中经典控制的基本概念、基本原理和基本方法的一门课程，也是许多高校研究生的入学考试课程。自动控制原理课程的概念、公式比较多，整体系统性较强。传统的板书和多媒体很难达到教学的目的，学生在掌握过程中出现记不住公式，所学的内容很难贯穿联系在一起，从而达不到学习自动控制系统的目的。现代控制原理这门课程是自动控制原理的后续发展课程，其主要内容为系统的现代控制理论，涉及了大量的数学矩阵运算，并且目前我国大多数高校采用经典控制和现代控制分别授课的方式教学，忽略了两者之间的联系。

笔者基于多年自动控制原理和现代控制理论的教学实践，将两门课堂内容和实验环节融合在一起，提出了基于两门课程主要内容的整体思维导图，并取得了良好的学习效果。

1 思维导图的作用

思维导图是通过色彩、图形等图文并茂的形式表达一种发散性思维的有效图形，可以达到增强记忆效果的目的，这种图文并重的形式可以将复杂的主题关系用层层的图形表现出来，这样相比传统线性记录方式，思维导图更加注重关键词之间的逻辑关系和层级关系，以丰富的上下级图形联系体现课程中繁琐的基本概念间的内在逻辑。与大脑的自然思维方式相类似，符合脑神经和多感官的学习互动模式和特性，因而特别有利于探讨式教学中激发学生的创造性思维。

2 思维导图的实施过程

自动控制原理课程的主要内容为经典控制，主要研究对象是单输入单输出的线性定常系统，也是控制系统中最简单的控制系统。课程的主线是：控制系统数学模型控制系统分析（稳定性、动态性能、稳态性能）控制系统综合和设计（讲述自动控制基础理论以及自动控制系统设计方法等）。

2.1 创建思维导图

笔者从概述、控制系统组成、数学模型、线性系统分析方法、稳定性分析、采样控制系统、非线性系统分析、线性系统综合这几个方面建立控制系统思维导图，基本囊括了控制系统的主要知识点，如图1所示。

及时部分：概述，从控制系统发展史、控制系统基本结构、概念、类型、系统组成这几个方面让学生对自动控制原理有整体的认识，并提出问题：自动控制系统和现代控制系统分别研究控制系统的类型是什么？第二部分是自动控制系统的数学模型，该部分为控制系统重点内容之一，建立数学模型思维导图子图，数学模型的主要的四种类型（包括现代控制理论）及之间的相互联系：时域模型为微分方程，其中微分方程的建立是自动控制原理的重点；复域内数学模型是传递函数，要求掌握传递函数的求法及典型环节的传递函数、由传递函数与结构图和信号流图之间相互转换，由梅森公式求解传递函数；第三种为频域内数学模型，要求掌握典型环节频率特性和开环频率特性。第四种为现代控制理论数学模型――状态空间表达式。

控制系统思维导图第三部分是线性系统分析方法，线性系统分析方法同样有四种，及时种为时域分析法。第二种为根轨迹法，如何绘制跟轨迹是根轨迹法的重点。第三种为频域分析法，该方法主要掌握极坐标图和bode图的画法。第四种是现代控制理论中线性系统能控性和能观性分析。

控制系统第四部分为稳定性分析。线性系统稳定性分析有在时域内进行稳定性分析――劳斯判据；用根轨迹法进行系统稳定性分析是通过根轨迹在S平面的位置判定；频域内进行稳定性分析――奈奎斯特稳定判据1和奈奎斯特稳定判据2；现代控制理论中多输入多输出系统进行稳定性分析方法――李雅普诺夫及时法和第二法。

2.2 阶段性复习

控制理论的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制。反馈理论用于反馈控制。反馈控制是一种最基本最重要的控制方式，引入反馈信号后，系统对来自内部和外部干扰的响应变得十分迟钝，从而提高了系统的抗干扰能力和控制精度。但是，经典控制理论尽管具有很大的实际运用价值，但是其也有明显的局限性。现代控制理论的产生正是为了克服经典控制理论的局限性。相反，现代控制理论中讲授的状态空间分析法，系统的动态特性是由状态变量构成的一阶微分方程组来描述，能够反映系统的全部独立变量的变化，从而能同时确定系统的全部内部运动状态。

3 结论

鉴于自动控制系统课程的内容广、理论性强、知识点更新快、数学公式多等特点，思维导图为学生提供了快速学习的有效手段，作为自动控制原理教学改革的尝试，通过教学实践，笔者有以下体会：思维导图作为一种类似大脑思维方式，她能够使人的思维实现较大化的开发和利用；思维导图可以激发学生的想象力和创作力，它可以通过联想、类比、辩证等思维方式，使学生的在思考问题的时候更加。

作者简介

杨扬，女，硕士学位。现为中国石油大学胜利学院 机械与控制工程学院讲师，主要从事电气及自动化专业。

作者单位

中国石油大学胜利学院机械与控制工程学院 山东省东营市 257061

自动控制理论论文:数字仿真技术在自动控制理论课程教学中的应用

摘要：针对自动控制理论课程理论性强、概念抽象、计算复杂等特点，利用MATLAB软件将数字仿真技术应用于自动控制理论课程教学中，给出了教学中的典型应用实例，使教学直观形象，加深了学生对自动控制理论的理解及所学知识的融会贯通。

关键词：自动控制理论；数字仿真；课程教学

TP391.7；TP13-4

一、引言

自动控制理论课程是自动化专业学生的一门最重要的专业基础理论课程。通过学习该课程，使自动化及其相关专业的本科生掌握控制理论的基本知识，学会控制系统的建模、分析及设计方法。自动控制理论课程理论性强，所学知识抽象，要在短时间内使学生深入系统地学好课程，就需要改进教学方法和教学手段，提高教师授课水平和教学能力。

为了更好的激发学生的学习兴趣，提高教学质量，对该课程采用计算机辅助教学，将Matlab引入到自动控制理论教学中，将自动控制理论中的基本概念和原理用图形化方式展现，以便对控制系统进行仿真与分析，加深学生对基本概念和理论知识的理解，激发学生学习自动控制理论课程的积极性，使抽象的理论变得形象具体，起到良好的教学效果。

二、自动控制理论教学方法现状

自动控制理论课程的内容丰富，涉及自动控制系统的基本原理、控制系统的数学建模、线性系统的基本分析方法、线性系统的设计校正方法、线性离散系统的分析与校正以及非线性控制系统分析等。传统的自动控制理论教学方法是教师在课堂上通过板书及多媒体教学的形式讲授理论内容。通过 “填鸭式”教学，更多地注重于公式的推导、基础理论的学习。正是由于这种死板的教学方法，使绝大部分学生感到课程内容抽象，难以理解，影响了授课效果。

自动控制理论课程在讲授过程中需要绘制的图形较多，常规方法费时费力，一般只能定性地绘制出概略曲线，从而影响了学生的理解，难以激发学生的学习兴趣。因此，如何在有限的课堂教学中尽可能多的把知识有效地传授给学生，就必须有效地利用各种教学方法，让学生对自动控制理论有具体直观的理解，才会起到事半功倍的效果。因此，教师如何选择、组织、处理教学内容及教学方法，对于提高课堂教学效果具有重要作用。教师在教学的过程中，要对各种教学现象进行分析和归纳，对教学内容和方法做出适当的调整，使之更加适应学生学习的需要。

三、运用现代化教学手段，提高教学效果

为使学生能够正确理解有关控制理论的基本概念，掌握分析自动控制系统性能的基本方法并初步具渥酆仙杓平霞虻プ远控制系统的能力，不但需要选择合适的教学内容，还必须着眼于教学方法和教学手段上的改进。要注重现代教育技术手段的应用，合理地运用现代信息手段，以提高教学效果。

随着计算机技术的发展，计算机多媒体技术在自动控制理论课程教学中的应用，使得课堂教学变得形象生动。但是由于自动控制系统实例的复杂性，不能在一般的多媒体教学软件中加入自动控制系统实例，所以现有的计算机多媒体教学软件并不能从根本上解决加深学生对课堂所学内容的理解问题，以及将系统响应曲线及各项指标清晰地展现在学生面前。

因此，将理论授课和数字实验仿真技术相结合，使学生直观的看到仿真结果，得到控制系统输入与输出之间的关系，从而对所学内容有较深的了解，融会贯通，提高理论课程的授课效果。

1.数字实验仿真平台选择

MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析，极大的方便了用户。

在自动控制理论课程中常采用各种图形进行分析，这些图形需要分析、计算、描点等过程，常常花费大量时间。因此，将MATLAB用于自动控制理论教学过程中，可方便的应用MATLAB中Simulink工具建立控制系统模型，调用控制系统工具箱中的有关函数命令对系统进行时域分析、频域分析、非线性环节特性分析等。采用MATLAB语言只需一条指令即可得到，并且可以帮助学生将抽象的知识具体化，也更容易让学生理解。

2.基于MATLAB数字实验仿真在控制系统分析中的应用

在时域分析中，控制系统动态响应的性能，通常用系统对单位阶跃输入的响应所定义的各项指标来表征。典型二阶系统的阶跃响应是时域分析中的一个重要内容（高阶系统可在一定条件下转化为二阶系统来处理），系统动态响应性能指标通常用上升时间（ ）、峰值时间（ ）、超调量（ ）、调节时间（ ）等指标来描述。阻尼比 不同时，系统对输入信号的响应也将呈现不同特性，而用MATLAB可以很轻松地描述响应曲线。只需要将Simulink中的参数稍微修改就可以很方便的描述单位阶跃响应。下面以典型二阶系统举例说明，单位反馈控制系统开环传递函数为 。

设给定系统的结构图如图1所示。

利用MATLAB绘制出不同k值下的系统单位阶跃响应曲线，如图2所示。分别取k=0.4，0.8，1，2，4，6从图中可以看出，随着k的增大，系统的单位阶跃响应曲线从单调无超调上升过程变成了震荡收敛过程；随着k继续增大，阻尼比 越来越小，震荡幅度越来越大。

利用MATLAB画出上述系统的根轨迹。在MATLAB的命令窗口中输入模型 ，然后调用rlocus（）函数，即可在图形窗口中显示出系统的根轨迹图，如图3所示。

用鼠标点击图形窗口中的根轨迹即可得到当前点对应的根轨迹增益。从图3中可以看出， ，系统稳定。当 时，系统有一对儿负实根，系统的单位阶跃响应应为单调无超调上升过程，与图2中的结论一致；当 时，系统有一对儿具有负实部的共轭根，单位阶跃响应为震荡收敛过程，随着k的增大，阻尼角增大，阻尼比 变小，震荡幅度越来越大，与图2中的结论一致。

通过MATLAB仿真，可以让学生将时域分析与复域分析的知识联系起来，使学生能够对所学的知识加深理解、融会贯通，提高课堂的授课效果。

四、结语

自动控制理论是自动化学科重要的专业基础课， 运用现代信息技术手段，改革传统的教学方法和教学手段，将数字仿真技术引入自动控制理论的教学中，提高课堂教学效率，使学生能够更加深入理解和灵活运用所学理论知识。利用MATLAB作为自动控制原理课堂实例仿真软件，使抽象的理论变得形象具体，提高了学生的学习兴趣，同时激发了学生学习自动控制原理的积极性，使学生与教师形成良好的互动，起到很好的教学效果。

自动控制理论论文:自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用研究

摘 要：随着计算机技术以及自动化技术的快速发展，自动控制理论在社会生活中的应用面越来越广，尤其是在工厂生产自动化过程中的应用，更是将生产效率和质量等大大提高。在火电厂热工自动化中同样也应用了自动化理论，文章将自动化的机械控制原理以及火电厂的热工自动化相互结合，从热工仪表、主蒸汽压力以及主蒸汽温度等三个方面进行分析，分别提出其调整策略，希望能够增强其在火电厂热工自动化中的应用水平。

关键词：自动控制理论；火电厂；热工自动化；应用研究

自改革开放以来，我国的电力工业有了飞速的进步，电力生产开始引入分散控制以及调度自动化等，有效缓解了短缺的电力供应，促进国民经济的发展。但当前我国的电力市场红人存在一些不足的问题，例如，电力供应的自动化及电气化水平较低，发电煤耗大、管理水平差等。

电力工业在其生产过程中，必须连续进行发电，为了保障其生产过程的安全性以及经济型，就必须采用大量的自动化设备以及技术，因此，将自动控制理论应用到火电厂热工自动化中，是具有重要意义的。

1 热工仪表的非线性特性及校正

任何系统都或多或少的存在非线性特性，而火电厂的热工仪表也不例外，普遍轻重不一的具有非线性特性，该性质对仪表参数测量其度以及显示度等都有直接的影响，因此，为了减小热工仪表的非线性特征给测量带来的误差，通常采用三种方法来进行调节：减小仪表的测量范围；采用非线性的显示刻度；加入非线性的校正环节。

其中第三种方法是较为重要的方法。校正热工仪表非线性特性的方法主要分为两种，一是模拟线性化，二是数字线性化。

模拟线性化指的是在传统模拟仪表的一出上，通过机器原件或是模拟电路来讲仪表输出的信号进行线性化的处理，实现线性刻度的模拟现实，并将其作为自动控制装置信号。

数字显性化指的实在智能仪表的基础上，对输入的信号进行转换，所得到的的数字量再经过计算或是查表实现信号输出的线性化，从而实现线性化的数字显示。

近几年，随着自动控制原理中智能控制理论的不断发展，且具有能够适当解决非线性问题的特点，将其结合到非线性特性校正的研究工作中，出现了更复杂和高端的校正方法。

2 主蒸汽压力的调节

主蒸汽压力是火电机组能否安全运行的重要指标和关键性的监测参数，同时也对机组的负荷调节起到了参考作用并作为锅炉汽机其能量平衡的一个重要标志。主蒸汽压力调解过程通常是通过锅炉燃烧调节的系统来实现的。

锅炉燃烧调节主要包括：引风、送风以及燃料三方面的调节，其中，三者的调节量包括引风量、送风量以及燃料量，三者被调节量分别是炉膛负压、烟气含氧量以及主蒸汽压力，前后三者一一对应。

主蒸汽压力的主要调节方式有基于能量平衡和基于给定值的偏差的调节方式。

其中，基于给定值的偏差的调节方式为主要研究对象，该调节策略主要包括基于给定值偏差和主蒸汽压力其单回路的调节策略等等。

2.1 主蒸汽压力的串级模糊调节方式

串级调节系统主要把炉膛辐射新号作为中间被调量，将一个阶跃扰动添加到锅炉燃烧侧面，并利用matlab进行仿真研究。与单回路的PID调节过程相比较，基于热量信号进行的串级调节对调节特性并不具有较明显的改善作用，可见，采用单回路的PID调节进行串级调节能够明显的改善系统特性，对于克服燃料的册内扰也具有积极作用。

但是中间被调亮主要是由随机分量以及主分量两部分组成，若是直接把其纳入串级调节的系统，必然会降低该调解过程动态特性，导致调节量震荡不稳定，引起调节系统中较大的动态偏差，因此可以采取串级模糊调节策略来进行改善。将模糊滤波器增加到串级调节系统中，便可以形成新型的串级模糊调节系统。

2.2 主蒸汽压力LQ次优调节

火电厂的锅炉具有热惯性大以及容量大的特点，可见，由此相应的调节对象是具有一定的延迟特性的，同时也包括主蒸汽压力。所具备的迟延特性导致调节系统其调节过渡时间被演唱且超调量更大，进而影响了设备运行的安全性以及机组发电经济型。

PID调节器等设备应用于现代工业生产过程中可以有效的改善调节系统的迟延特性，从PID调节器所具有的优缺点以及最有控制理论方面相关技术理论等，可以考虑选用线性二次型的性能指标来进行主蒸汽压力调节器的设计。通过主蒸汽压力LQ次优化调节策略来实现。

3 主蒸汽温度特性及控制策略

3.1 主蒸汽温度的特性

火电厂中主蒸汽温度也是火电厂生产运行过程中的一个重要监测参数，若该值过高或是过低都会对机组的安全性以及发电的经济性产生影响。

主蒸汽温度过高，可能会导致过热器、主蒸汽管道以及汽轮机高压缸等生产设备中的金属材料产生高温形变而被损坏、不能正常运作；主蒸汽温度过低，又会导致火电厂的热效率降低，可能会腐蚀汽轮机的叶片危机汽轮机安全。因此，主蒸汽温度的合理有效控制是具有重要意义的。

3.2 控制策略

根据主蒸汽温度的动态特性，主要有两种控制当时，一种是在蒸汽管道中将喷水减温器设置在烟道中，另一种是在烟道当中安装对应的烟气挡板。

前一种通过改变蒸汽的流量来实现主蒸汽温度的控制，另一种是通过将烟气热量适当改变到实现应当根据实际火电厂的生产方式、生产情况等来进行安排，但无论在哪种火电厂热工自动化生产过程中，都应当注重控制策略的制定原则，保障火电生产的安全性以及有效性。

4 结 语

随着计算机技术以及自动化技术的快速发展，自动控制理论在社会生活中的应用面越来越广，尤其是在工厂生产自动化过程中的应用，更是将生产效率和质量等大大提高。在火电厂热工自动化中同样也应用了自动化理论，文章将自动化的机械控制原理以及火电厂的热工自动化相互结合，从热工仪表、主蒸汽压力以及主蒸汽温度等三个方面进行分析，分别提出其调整策略，希望能够增强其在火电厂热工自动化中的应用水平。

自动控制理论论文:《自动控制理论》(双语)教学心得谈

摘要：总结了多年从事《自动控制理论》的教学经验。将其归结为“加强引导，调动兴趣”、“抓好课前预习环节”、“加强与学生的课内互动”和“加强与学生的课外互动”四个方面。同时，给出了对“学习”和“教学”这两个重要概念的理解。

关键词：自动控制理论；教学；引导；预习；互动

一、引言

作为一名有着30多年教学经验的高校教师，从事《自动控制理论》这门课程的教学已经有多年，因此有必要将自己的一些教学经验总结出来。“《自动控制理论》课程是自动化专业的主干课程之一，并且此课程是后续自动化专业课程的基础。该课程传授反馈控制系统的最基本概念以及反馈控制系统分析设计最为基础的思路方法，是自动化专业学生能力培养的基石。[1]”同时，《自动控制理论》是自动化专业本科生的一门重要专业课，起着承上启下的作用。“《自动控制理论》理论性强，内容多，涉及面广，概念抽象，且知识环环相扣，其以线性系统为主要研究对象，囊括了自动控制系统的基本概念、系统数学模型的建立及简化、线性系统的时域分析、系统的根轨迹、系统的频域分析、系统的校正及离散系统等内容。[2]”为了学习《自动控制理论》，要求学生具备《高等数学》、《复变函数》、《积分变换》、《电路理论》、《电子技术》、《电机学》、《信号与系统》等多门课程的知识，同时这门课程还要为后续的多门专业课程服务。另外，这门课程也是本专业学生考研的必选课程。为此，《自动控制理论》的教学质量对整个专业的教学质量影响极大。由于《自动控制理论》课程本身内容有一定的抽象性，与课时相比，内容多、作业多、实验多，学生学习起来普遍已经感到困难，再加上双语课程使用的是外文教材，上课使用的课件也以英文为主，为此，学生在学习的开始阶段普遍存在畏难情绪。这就要求任课教师要多动脑筋，采取各种办法减少学生学习的畏难思想。除此之外，还要求任课教师努力提升教学理念，积极进行课程改革以提高课程教学质量。

二、采取的措施

首先，我们来看作为本科生其学习的方式以及教师的作用和小学、中学以及研究生有何不同。虽然说，这里说到在不同的学习阶段，教师的作用有所不同，但是，“在教学过程中，无论是采用何种教学范式，使用何种教学模式，学生的积极、主动都是必需的。但是，学生仅有主动性和积极性是不够的，还必须有一定的独立性和自主性。[3]”“学生的学习过程，是逐步走向独立的过程。在一味‘他主’的情况下，学生就难以走向‘自主’。所以给学生以一定的自主性，应是每一学科课堂教学的基本要求。[3]”这里，我们不妨用“走路”来比拟。我认为，小学阶段的学习是教师抱着学生走；中学阶段的学习是教师扶着学生走；大学本科阶段的学习是教师跟着学生走；而在研究生阶段，就是教师指一条路，学生自己走。虽然说，本科生阶段的学习是教师跟着学生走，但作为进入专业学习阶段的学生，学习的目的性和以往的课程学习相比变得更强。为此，引导应该是及时位的。

1.加强引导，调动兴趣。兴趣是好的老师。在课程开始之初，就给学生提供多种学习材料。例如，自动控制技术的历史、自动控制技术的应用以及和自动控制理论应用心得等材料。有一部分内容可以在课堂上讲授，而更多的内容则是通过电子邮件发给学生或者是直接放在课程中心的平台上供学生下载。学生通过阅读这些辅导材料，学习的兴趣浓厚了，学习的目标相对明确了，学习的主动性也就会自然而然地提高了。在讲授中，不妨将一些生活中或者自然中的例子和《自动控制理论》的内容相联系，也可以提高学生学习的兴趣。例如，在讲授“微分环节”这一概念之前，我会告诉学生，青蛙是不吃死的昆虫的，其原因是，青蛙“看不见”不动的物体。这说明，青蛙的视觉系统的信息传输通道中存在一个“微分环节”。这样，学生的兴趣一下子就起来了。同时，他们也就自然而然地掌握了“微分环节”对于稳态信号不起作用这一特性。

2.抓好课前预习环节。学生在课程学习时，如果有了问题，带着问题有针对性去学，效果好。仅仅依靠学生在听课的过程中去发现问题，然后提出问题，显然是远远不够的。为此，就要求学生在听课之前，一定要有预习。但是，由于种种原因，我所在的学校的学生普遍没有课前预习的习惯。为了引导学生课前预习，首先是在每章学习开始之前，要求学生提交对应章节的预习报告。我还把预习报告拟了一个提纲，包括：本章解决了什么问题？本章涉及了哪些基本概念？本章介绍了什么基本方法？你还有什么不明白的、困难的地方？你有什么想法？等等。预习报告都要记分并列入学生的平时学习成绩。除了预习报告以外，每次讲授新内容之前，都会提出一些问题让学生回答。通过这些交流，就可以测试学生预习的程度。

3.加强与学生的课内互动。课堂教学无疑是整个教学过程中最重要的一个环节。在课堂中，加强教师与学生之间的互动，对于提高课堂教学质量十分重要。教师提问，学生回答，这只是教学环节的一个方面。而教学中，更为重要的是，如何让学生自己提出问题。不可否认的是，提出问题的能力是中国学生的软肋，中国学生普遍不善于提问题。我在上课时，为了鼓励学生提问题，专门讲明他们能随时提问，随时打断我的讲课，而且是坐在座位上即可，不必站起来。我也会时不时地停下来，问他们是否有问题。为了鼓励学生大胆提出问题，只要是能够提出相对有质量的问题，我会给其期末成绩加5分的奖励。由于《自动控制理论》涉及的内容相对比较抽象，计算过程比较复杂。如果只是简单地按照教材上的内容讲授，学生领会起来就比较困难。利用双语课程学生数量相对比较少的特点，可以直接将CAI软件用于课堂教学。在讲授一些相对复杂的画图方法或者分析环节、系统特性时，让学生尽可能携带笔记本电脑，我自己也会携带一台笔记本电脑。这样，一边讲授、一边操作演示，学生很快就理解了讲授的内容。我对“学习”的理解是，“习”比“学”更为重要，或者说“学习”之道，关键在于“习”。前面所说的，在课堂上直接让学生操作CAI软件来学习就是一种“习”的方式。同时，我还会时不时在黑板上布置一些习题，要求若干个学生上讲台来解答，或者有时是学生出题我来解答。

4.加强与学生的课外互动。除了课堂内与学生互动以外，教师还可以利用各种机会在课堂外与学生互动。学校建立的课程中心，为教师与学生之间提供了一个很好的互动平台。学生可以在平台上提出问题，教师来解答；也可以是学生们相互讨论，老师来点评。电子邮件、手机、办公室答疑也是课堂以外师生互动的良好方式。教师还可以利用批改作业与学生进行互动。例如，批改作业时，细致一些，尽量杜绝作业抄袭现象，同时提出一些问题让学生思考，然后再和学生一起讨论。让学生组成团队，完成一些小型的课程项目，然后撰写研究报告并在课堂上向全体同学报告。这样既培养了学生的团队精神、表达能力，也加强了学生对教学内容的理解。这也是一种探索性学习的方式。

三、对教学的理解

首先，任何的教学活动都离不开“知识的传递”这一本质的属性。在教学理论的学说中，有所谓的“传递说”。有的专著强调：“教学本质的‘传递说’从教师的角度看待教学，强调教师在教学活动中的主导地位，注重教师所传授内容及文化知识、经验对社会与个人发展的意义。[3]”有的学者站在学生成长的角度，提出教学理论的“发展说”。“应当说，推动学生的发展，乃是教学中所蕴含的最为直接的教育价值。把教学过程看成是促进学生的发展过程，是从教育的个人价值层面上，部分地抓到了‘教学’这一事物的实质。不可否认，任何教学都有可能在一定程度或者层面上推动学生的发展。[4]”也有站在整个社会的角度提出教学理论的“价值增值说”。在学习理论中，有“学习者中心”的理论。“其中，‘学习者中心’强调的是将学习者的知识、技能、态度、信仰带到学习环境中，并且在学习的过程中构建自己的意义。[5]”这也就是人们常说的“教学以学生为中心”。实际上，在任何的教学活动中，学习者（即学生）的作用都是最为重要的。我对“教学”这个概念的理解是：这是一个偏正词组，“教”为偏，“学”为主。所谓教学，“学”比“教”更为重要，强调“教学以学生为中心”，并不意味着教师责任的减轻。在教学活动中，教师的职责始终是及时位的。基于这种职责，要求教师在教学活动中，首先是想尽一切办法来调动学生学习的主动性和自主性，然后，教师还应根据认识论的规律，尽可能启发和引导学生。

四、结语

首先，任课教师采取各种方法去引导学生的学习兴趣，以提高学生学习的主动性和积极性。然后，鼓励学生进行课前预习，只有这样，学生才可能在课堂上和教师进行互动。，让学生做一些他们力所能及的小项目，从灌输式的学习转变为探索性的学习。所有这些对于提高课程的教学质量有着积极的作用。“教学”这是一个涉及到教师和学生以及校园氛围乃至社会氛围等多个方面的知识传输和学生成长的过程。在教学过程中，教师有责任采取各种方法和手段来努力提高教学质量。但是，学生的学习却是最为根本的。概括地说，学生学习主动性、积极性、自主性的提高，学习能力的增强，学习方法的改进才是提高教学质量的最根本所在。

自动控制理论论文:论自动控制理论的发展历程

摘 要：自动控制经过数十年世界范围的发展，极大地提高了劳动生产率和产品质量，在工农业生产、国防和科学技术领域中，都有着十分重要的作用。这些年，自动控制理论在各领域都有着极广泛的应用。本文旨在对自动控制理论的发展及趋势进行纲领性分析和探讨，加深对自动控制理论的了解与进一步认识。

关键词：自动控制理论；发展；现状；未来展望

引言

随着社会生产和科学技术发展，自动控制技术在不断进步、不断完善起来。控制理论向更纵深、更广阔的领域发展，无论在数学工具、理论基础、还是在研究方法上都产生了实质性的飞跃，在信息与控制学科研究中注入了蓬勃的生命力，启发并扩展了人的思维方式，引导人们去探讨自然界更为深刻的运动机理。

1 自动控制理论的简介

1.1 自动控制的定义

自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制是相对人工控制概念而言的。自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。

1.2 自动控制理论的基本概念

在已知控制系统结构和参数的基础上，求取系统的各项性能指标，并找出这些性能指标与系统参数间的关系就是对自动控制系统的分析，而在给定对象特性的基础上，按照控制系统应具备的性能指标要求，寻求能够满足这些性能指标要求的控制方案并合理确定控制器的参数，则是对自动控制系统的分析和设计。

1.3 自动控制的历史

利用反馈来控制系统有着悠久的历史。最早的反馈控制出现在公元前330年的古希腊，运用在一种改进的浮球控制器装置上。现代欧洲的及时个反馈系统出现在15世纪荷兰人发明的温度控制器中。18世纪，瓦特的蒸汽机离心调速器被公认是及时台应用在工业生产中的自动反馈控制器，这是将自动控制技术应用到工业中的最早代表。1932年奈奎斯特提出了研究控制系统的频率发。1948年伊文思提出了根轨迹法，这两大重大贡献，是自动控制理论和控制技术发展史上的里程碑。建立在频率法和根轨迹法基础上的控制理论成为经典控制理论。

第二次世界大战前，美国和西欧的自动控制理论，在发展方式上与俄国和东欧有很大差别。在美国，应用反馈的主要促进因素是电话系统的发展。与此相反，前苏联接触的数学家和机械学家在控制理论领域占主流。因此，俄国的理论更倾向与运用不同方程的时域公式。

2 自动控制基本理论的发展简史

2.1 稳定性理论的早期发展

人们很早就开始关注稳定性的问题。牛顿可能是及时个关注动态系统稳定性的人。动态稳定性控制系统不仅能够优化起步或加速时的行驶稳定性，还可以改进牵引力的特性。

2.2 频域理论的形成――智能化

在控制系统稳定性的代数理论建立之后，1928年-1945年以美国AT&T公司Bell实验室（BellLabs）的科学家们为核心，又建立了控制系统分析与设计的频域方法。

频域（频率域）――自变量是频率，即横轴是频率，纵轴是该频率信号的幅度，也就是通常说的频谱图。频谱图描述了信号的频率结构及频率与该频率信号幅度的关系。

对信号进行时域分析时，有时一些信号的时域参数相同，但并不能说明信号就相同。因为信号不仅随时间变化，还与频率、相位等信息有关，这就需要进一步分析信号的频率结构，并在频率域中对信号进行描述。

2.3 根轨迹法

1948年，W.R.Evans提出了一种求特征根的简单方法，并且在控制系统的分析与设计中得到广泛的应用。这一方法不直接求解特征方程，用作图的方法表示特征方程的根与系统某一参数的全部数值关系，当这一参数取特定值时，对应的特征根可在上述关系图中找到。这种方法叫根轨迹法。根轨迹法具有直观的特点，利用系统的根轨迹可以分析结构和参数已知的闭环系统的稳定性和瞬态响应特性，还可分析参数变化对系统性能的影响。

3 自动控制技术的早期发展

在我国古代，具有反馈控制原理的控制装置就已经出现。这方面最有代表性的例子当属古代的计时器“水钟”（在中国叫作“刻漏”，也叫“漏壶”）。公元235（三国时期）的马均及公元477年（刘宋时期）祖冲之等还曾制造过具有开环控制指南车。并发明了齿轮及差动齿轮机。

4 自动控制的发展前景

自动控制是指应用自动化仪器仪表或自动控制装置代替人自动地对仪器设备或工业生产过程进行控制，使之达到预期的状态或性能指标。现代化工厂向规模集约化方向发展时，生产工艺对控制系统的性、运算能力、扩展能力、开放性、操作及监控水平等方面提出了越来越高的要求。传统的DCS系统已经不能满足现代工业自动化控制的设计标准和要求。随着工业自动化控制理论、计算机技术和现代通信技术的迅速发展，自动控制系统的未来发展方向将向智能化、网络化、全集成自动化等方向发展，具体表现在以下几个方面：

4.1 智能化

对于各种规摸庞大、结构复杂的大系统，仅仅采用常规的控制措施是无法完成综合自动化的。不过人们发现，如果把人的智能和自动化技术结合起来，却能收到令人满意的效果。

关于智能控制，目前尚无统一的定义。有一种观点认为智能控制是自动控制、运筹学和人工智能三个主要学科相互结合和渗透的产物，这种观点包含了两层含义，一方面它指出了智能控制产生的背景和条件，即人工智能理论和技术的发展及其向控制领域的渗透，以及运筹学中的定量优化方法逐渐和系统控制理论相结合，这样就在理论和实践两方面开辟了新的发展途径，提供了新的思想和方法，为智能控制的发展奠定了坚实的基础。

4.2 网络化

随着互连网技术以及现代通信技术的发展，未来的企业为了适应经济全球化的发展需要，多将通过以太网接口，建立基于WINDOWSNT或WINDOWS2000构成的企业级局域网，控制系统与管理层和现场仪表级的数据交换日益增加，控制系统的计算机与财务、销售和管理层的计算机实现连网，实现数据的共享，极大地提高企业的管理水平。连网系统结构如企业局域网系统示意图。企业管理级各网络间可以采用标准以太网相互连接。管理级的各通讯网络可以采用多种网络拓扑结构（总线型、星型、环型），其中星型拓扑结构以高性、结构简单、建网容易、节点故障容易排除等优点被大量采用。

4.3 全集成自动化

自动化技术的不断发展和计算机技术的飞速进步，自动化控制的概念也发生着巨大的变化。在传统的自动化解决方案中，自动化控制实际上是由各种独立的、分离的技术和不同厂家的产品搭配起来的。现在用的工业用机器人实现了高度的自动化，即一旦程序确定，就不需要更多的人工干预了。但是这些机器人对于周围的环境变化无法灵活响应，这也是计算机科学应该着重解决的一个问题。先进的机器人系统通过革新传感器的反馈功能可以达到灵活的目的。

结束语

随着计算机技术的发展和应用，自动控制理论和技术在宇航、机器人控制、导弹制导及核动力等高新技术领域中的应用也愈来愈深入广泛。不仅如此，自动控制技术的应用范围现在已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域中，成为现代社会生活中不可缺少的一部分。随着时代进步和人们生活水平的提高，在人类探知未来，认识和改造自然，建设高度文明和发达社会的活动中，自动控制理论和技术必将进一步发挥更加重要的作用。

自动控制理论论文:自动控制理论课程教学的改革与实践

摘要：随着现代化技术的发展，自动控制越来越重要，自动控制理论知识成为今后工程实践中的基础知识。本文在分析自动控制原理的课程设置、课程体系和教学中存在的问题的基础上，对自动控制原理的授课进行了新的探索，更新了教学内容，丰富了教学手段，变革了考核方式，并新增网络教学这一重要的教学资源。本文所做工作是在结合多年实践教学的经验基础上加以改革，对提高教学质量、使学生更好地学习自动控制原理具有现实意义。

关键词：自动控制理论；课程体系；教学改革；网络教学

一、引言

自动控制理论是研究自动控制一般规律的技术科学，是自动控制技术的理论基础。由于自动控制理论内容涉及面广，包括电路、大学物理、高等数学、积分变换、线性代数、机械、计算机辅助设计等交叉学科的很多知识，理论性和抽象性强，具有内容丰富、信息量大和发展更新速度快等特点[1，2]，因此难教难学，在学生中流传着自动化专业的“天书”这一雅号。所以，为了使学生更好地学习这门课程，为后续课程的学习打下良好基础，本文将从教学内容、教学方法和教学手段等方面进行改革探索。

二、自动控制理论的课程设置

1.课程地位与目的。随着现代化技术的不断发展，自动化越发深入各行各业以及人们的生活，自动化知识也越来越成为人们需要了解的必不可少的内容。因此自动控制理论成为工科院校自动化、电力、电自、机械、热能、核电、风电、建环等诸多本科专业的专业基础课程，同时也是自动化类专业的硕士研究生入学考试的必考课程[2]。通过本课程的学习，使每个学生能多角度、分层次地充分了解和认识自动控制理论以及相关课程发展的状况及专业知识特点，并把握局部或整体的理论，使学生所学知识同实际工业过程的应用相联系，为学生实践打下扎实的基础，也为学生进一步学习“过程控制”、“运动控制”、“计算机控制系统”等后续专业课程打下良好的基础。

2.课程教学的原则。在教学过程中，以学生为本是教学的基本原则，要时刻围绕以学生为中心展开教学[3]。对于教师来说，教师是知识的传播者，教师在传授知识的过程中，必须对所传授的知识掌握透彻，理清课程脉络，使所讲内容前后连贯，构成一个统一的整体。对于学生来说，学生是知识的接受者，学生的知识水平和理解能力有限，地把握好学生的学习难点、理解误区，相应的调整授课内容，讲解时做到深入浅出，才能更好地引导学生掌握学习内容。其教与学的关系可用图1来表示[2]，形成复合控制，以求得更好的教学效果。

三、自动控制理论的课程体系

自动控制理论的课程体系包括结构体系和内容体系两方面，结构体系强调学习的主线，是该门课程的整体脉络，使学生在学习过程中能够纵观全局；内容体系强调不同专业对该课程应掌握的内容以及学习要求，使学生学习时能够突出重点[4]。

1.结构体系。结构体系的把握要从“三纵三横”出发[5]。“三纵”是指系统在三域（时域、频域、复域）中的数学模型；“三横”指系统特性（稳定性、静态特性和动态特性）的分析。如图2所示。（1）“三纵”理清三域中的数学模型之间的关系，如图3所示。对于一个实际系统来说，可以根据对象的特点建立时域模型、复域模型和频域模型，模型的建立是等效的，三种模型之间可以按照图3所示相互转换。学会建立系统的数学模型是分析问题和解决问题的前提，因此学生能够理清三者之间的关系对于后续的学习至关重要。把握好这条主线，使学生能够纵观全局，树立一个“纵向”思路。（2）三横。结合系统的数学模型，熟练掌握系统分析的三要素：稳定性、静态特性和动态特性。系统性能指标是衡量系统好坏的重要依据。只有能够分析系统的性能，才能知道如何更好的改进系统，这样才能使学生形成良好的“横向”思维。

2.内容体系。自动控制理论包括经典控制理论和现代控制理论两部分。（1）经典控制理论：主要内容有自动控制系统的基本组成和结构，自动控制系统的性能指标，自动控制系统的模型建立，线性系统的时域分析、根轨迹分析和频率特性分析，离散系统的模型建立及性能分析，非线性系统的性能分析以及自动控制系统的设计方法，等等[6]。按照先概念、再模型、然后分析方法和指标、校正的步骤逐步进行。（2）现代控制理论：主要内容有系统的数学模型即状态空间表达式的建立，控制系统的运动分析、能控性与能观性分析、系统稳定性的分析以及系统的反馈校正、极点配置、状态观测器的建立等[7]。按照先概念、再模型、然后分析方法和指标、校正的步骤进行。

四、自动控制理论课程教学现状

1.从教师来说，教师之间“各自为政”，不利于提高教师的教学水平和工作效率。其一，在课堂教学上每位不同的授课教师都是按照自己的理解设计了不同的课件，因教学经验不同，即使选用相同的教材，每个人根据所教专业不同灵活选用例子的水平以及利用多媒体和板书的结合程度都是不同的，互相交流、集体备课讨论环节较少，导致不同教师即使讲授同一门课程教学效果也可能相差很大。其二，目前自动控制理论课程因涉及的专业面广而课目众多，教师任务繁重，并且每个教师按自己的教学任务设答疑时间、地点，因此导致教师之间的教学交流较少。

2.从学生来说，不能给学生创造更好的自动控制理论的课外学习环境。由于学生功课学习任务重，不可能有大量的时间搜索整理大量的自动控制理论的课外拓展学习资料，也不可能实现不受时间地点限制的与同学、教师交流和讨论，因此减少了学生的学习途径，限制了学生对本门课学习的兴趣度和学习热情。其次，学生学习的态度也有很大变化，当前学生学习更加注重以后是否能应用到工作实际当中，如果与以后工作无关，学生对该门课程就会变得消极懈怠[1]，而且学生不重视理论的学习，觉得枯燥乏味，降低了学习兴趣，因此提高学生学习兴趣是自动控制理论课程的重要环节[8]。

五、自动控制原理课程的改革与实践

针对上述教学过程中存在的问题，我们从以下方面进行改革与实践。

1.更新教学内容，激发学生对自动控制理论学习的好奇心和自主学习动力。（1）重视理论教学同时注重理论联系实际，在课堂讲授内容中注意基本概念与基本方法的介绍，同时积极引入案例式教学方法，通过列举日常生产中的通俗易懂的实例，如马桶水箱水位控制系统、冰箱、空调温度控制系统等，激发学生的学习兴趣。（2）通过理论联系电力大学专业背景、电力专业特色，例如自动化、热能等专业可以列举如汽包水位控制系统、主蒸汽温度控制系统、炉膛负压控制系统等例子，对于机械专业可以选取阻尼器、弹簧等构成的机械系统，于电气专业可以选取电动机转速控制系统、RLC电网络系统等，通过大量控制系统的实例进行分析，提高学生分析问题的能力，同时提高学生对后续专业知识学习的好奇心和学习兴趣，做好后续课程学习的铺垫和引导。（3）理论指导科研，科研促进教学的发展。建设网络平台，可以促进教师进行教学交流，及时更新目前的教学内容；在网络平台及自动控制理论课内拓展上，教师可以结合自己的前沿科学研究及自动控制理论的前沿发展、应用进行拓展和引导，比如通过自动控制实现神十飞天、“玉兔号”月球车成功登陆等都离不开自动控制技术，激发学生对本课程的学习热情。

2.改进课堂教学方法。变“灌输式”课堂教学模式为“引导式”、“互动式”模式。在课堂教学中，运用讲授法、多媒体演示法、提问互动法、讨论探讨法等多种教学方法；注意采用启发式教学方法，寻找学生学习的兴奋点，引导学生积极思考，鼓励学生积极质疑，由被动受教转为积极参与，形成较为独特的教学风格。

3.丰富课堂教学手段，提高教学效果。对于目前设计研制的多媒体教学课件和电子教案进行不断的充实和完善，各位教师互相交流，达成共识，形成统一研制的对应不同学时、不同专业的多个多媒体课件。课件要能够充分利用现代化教学设备和教学手段，采用板书和多媒体相结合，使课堂教学图文并茂、生动活泼，增加课堂讲授的信息量，提高课堂教学效率，更加有效地激发学生的学习兴趣，加强学生创新意识和能力的培养。利用MATLAB软件辅助课堂教学，帮助学生理解抽象的控制理论，利用典型事例和启发式的课堂教学，结合科研实践和专业发展讲授课本内容，培养学生的学习兴趣。课外有效利用基于网络平台的教学，将所有资源放置在网络平台上，真正实现交互式双向教学。

4.改革考核方法。在考核方式上，采用平时考核和期末考试考核相结合的方式。平时成绩包括到课、作业占总成绩的30%，期末考试成绩占70%，注重了过程考核和考试结果考核相结合，但效果仍不够理想。有的学生存在“上课为点卯，作业通过抄，考试靠突击，考后全忘光”的学习方式，不符合知识的学习过程，更谈不上日后知识的灵活运用与创新了。通过改革考核方式，增加多次阶段性单元测验、抽查作业、课堂提问、网络答疑、期中考试等多种过程学习考核渠道，考试命题由以前的一种题型变为采用多种题型，增加覆盖面，以客观衡量教学效果。试卷评阅后，科学地对考卷情况进行分析研究，分析学生对课程内容的理解和掌握程度，为调整下一学年度的课堂教学内容和进度提供必要的参考信息。在不断的改革探索中旨在建立科学、多样的评价标准，深化考试内容和形式改革，注重学习过程考查，将过程性评价与结果性评价相结合，强化学生综合素质和能力的评价。

5.改革实践教学和课程设计内容。建立了自动控制原理实验室、控制系统综合设计两个实践性教学基地和大学生创新实践基地等，通过实践培养学生理论与实际相结合的能力以及创新能力，鼓励学生参加数学建模、设计大赛等锻炼自己理论联系实际的能力。由于教学改革和创新任务繁重，需要在所有自动控制理论教师积极参与协作下完成。

6.利用网络平台的优势进行自动控制理论网络教学平台的建设，以辅助课堂教学，更好地完成自动控制理论的教学工作的改革，提高教学效果。

六、结语

经实践表明，教师的授课效果明显改善，学评成绩大幅度提升，学生的自动控制理论学习成绩大幅度提升，学生自动控制理论课的考研成绩有明显的提升。总之，自动控制理论是一门理论性和实践性都较强的学科，教师只有在教学过程中不断的反思并探索新的教学方法，并在实践中加以应用，才能切实提高教学质量，培养出高素质人才。

自动控制理论论文:自动控制理论课程教学与Matlab软件相结合的教学改革思路

摘 要：自动控制理论课程教学知识含量大，是自动化、机电一体化、电气控制等专业重要的专业基础课程。而Matlab是当今科技领域应用软件之一，是集通用科学计算、图形交互、程序语言设计等为一体的软件。本文通过分析自动控制理论教学中Matlab辅助教学的优势，主要探讨了自动控制理论课程教学与Matlab软件相结合的教学改革思路，以期能够提高自动控制理论课程教学质量。

关键词：自动控制理论；课程教学；Matlab软件；教学改革思路

1.自动控制理论教学中Matlab辅助教学的优势

Matlab能够提供强大的工具箱。例如，从事控制的专家开发的具有特殊应用功能的工具箱等。而随着控制理论的发展和技术的应用，在生产生活的各个方面上，自动控制的概念得到了广泛的应用，因此Matlab已经成了自动控制计算与仿真的强有力工具。

Matlab能够提供强大的数值计算功能，具有强大的运算能力。在控制理论及控制系统中，经常遇到计算课题，计算复杂并且难以得到的解析。为了解决这些问题，Matlab计算优势可以充分和自动控制密切联系在一起。

Matlab语言是一个理性的工具。自动控制系统实现问题的研究要耗费大量的时间和精力，本身就是深奥难懂的理论。因此，将Matlab和自动控制理论课程教学相结合，具有语句简单、掌握方便的特点，极其容易学习与使用。

Matlab提供了丰富内容和强大的扩充能力。随着科技不断地发展，自动控制理论新的前沿理论与技术不断地完善突破、扩充发展。因此，将Matlab软件和自动控制理论课程教学相结合，能够使使用者实现新功能或特殊功能开发编制软件程序。

Matlab可以轻而易举地完成重复、繁琐的计算和绘图，具有强大的绘图功能，并且图形绘制，数据计算。而自动控制理论的学习和系统的实现需要多样的处理方法和手段，需要处理、分析和可视化大量的数据。因此，将Matlab和自动控制理论课程教学相结合，适合从事控制专业的人使用。

2.自动控制理论课程教学与Matlab软件相结合的教学改革思路

在课堂教学过程中，为了让学生轻松学会使用Matlab编程工具，将Matlab语言和自动控制理论教学结合起来，不仅锻炼了学生动手能力，还增加了教学的趣味性，降低了自动控制理论的抽象性。

（1）利用Matlab动画演示课堂教学各个指标的计算及意义，提高教学效率。在课堂教学中，二阶系统指标的定义及计算公式很繁琐，动态性能有很多的指标来做评价。如果利用Matlab就能使得课堂教学内容一目了然，生动有趣，从而达到提高教学效率的目的，加深对指标及系统动态性能的理解记忆。同时，为了培养学生应用计算机辅助分析的能力，让学生利用Matlab处理一些习题，能够锻炼学生设计控制系统的能力。

（2）利用Matlab突破课程实验的内容限制，使学生更好地理解和掌握课程内容。在自动控制理论课程教学中，现有的硬件实验淡化了软硬件实验的区别，存在着很大的局限性。而充分利用现代计算机技术，能够增加设计性、工程性和综合性实验，突破课程实验的内容限制，使学生通过课程实验增强动手能力。同时，采用虚拟实验，能够培养学生的科研、工程素质和开拓创新意识，提高实验效率，使学生更好地理解和掌握课程内容。

例如，由于Matlab有专门的bode图绘图函数，为了理解系统参数对系统特性的影像图，利用Matlab能够很简单地绘制几个系统的bode图来进行比较，具有很好的图示效果。

为了使系统G（s）=―获得较大相位稳定裕度Tmax的增益K，我们增加实验内容，会更深入地理解和掌握系统参数对系统特性的影响。

并且学生推导出稳定裕度Tmax与增益K的关系后，利用Matlab能够分析和求解系统，并作出图演示结果。

另外，Matlab中的SIMULINK集成仿真环境是对控制系统进行虚拟仿真的环境，而TOOLBOX工具箱是对控制系统进行虚拟仿真的优良平台。为了让学生进行课题设计，增强其借助计算机进行工程设计的能力，可以利用Matlab中的TOOLBOX和SIMULINK进行系统仿真，激发学生的学习兴趣，提高教学质量。

（作者单位：德州学院机电工程学院）

自动控制理论论文:唯物辩证法思想在自动控制理论教学中的应用

摘 要 本文通过多年来的实际教学经验，分析了自动控制理论教学中普遍存在的一些问题，提出了把唯物辩证法思想应用于自动控制理论课堂教学的初步教学理念，对于提高本门课程的整体教学质量具有重要的借鉴作用。

关键词 唯物辩证法思想 自动控制理论 生命课堂

0 引言

唯物辩证法是一门研究自然界、人类社会以及人类思维领域发展最一般规律的科学，它是辩证法思想发展的高级形态，是马克思主义哲学的重要组成部分。①唯物辩证法根植于实践、由近代思维方式发展而来，是资政育人、治学求是的法宝，对于课堂教学具有重要的指导意义。

自动控制理论是一门研究自动控制系统的分析和设计的方法，并用于指导工程实践的科学。它是控制理论与控制工程学科的一门非常重要的专业基础课，由于其涉及的知识范围广、内容繁多、概念抽象、理论性较强，容易使学生陷入无从下手、机械接受的窘境，从而产生消极、厌烦情绪。因此，在自动控制理论教学过程中要自觉运用唯物辩证法思想来指导课堂教学，不断完善教学方法和教学手段，构建起和谐高效的生命课堂，提高课程整体教学质量。

1 要用整体与部分的观点认识自动控制系统的组成

唯物辩证法认为，整体由互相联系、互相作用的若干部分按一定方式组成的有机统一体。没有部分，无所谓整体。整体依赖于部分，但并不是各个要素分别存在时的性质和功能的简单叠加，整体可能大于或小于部分之和;部分也因与整体的其他部分相互作用而存在，脱离整体的部分不再是整体意义下的部分。

当外施激励作用于一个具体的控制系统后，系统表现出区别于其他控制系统的一个整体的响应特征。但要把握这一响应本质，又必须对组成系统的每个具体部分的响应进行深入的分析研究。比如在进行控制系统的设计时，我们首先要弄清楚所设计的控制系统是由哪些特定的环节组成。一般来讲，一个基本的自动控制系统的组成如图1所示，它是由给定元件、控制器、执行机构、被控对象、

图1 自动控制系统的基本组成

检测装置等五部分组成。自动控制系统是利用外加的设备或装置，在无人直接参与的情况下，使设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照期望规律或预定程序运行的控制系统。②自动控制系统的作用与组成其本身的各个基本环节是密不可分的，其中的给定元件是给出系统期望的被控量数值，给定值的与否直接影响到系统被控量输出是否符合实际控制的要求。控制器是整个控制系统的大脑，它接受来自给定元件和检测装置的偏差信号，根据该信号的大小和变化方向，输出相应的控制信号，通过执行机构对被控对象进行控制。自动控制系统设计的主要任务就是设计出符合工程需要的控制器，使系统的动态性能和稳态性能符合实际要求。执行机构的作用在于执行控制器的命令，直接对被控对象进行操作，执行机构可以是电动型、液压型或气动型，具体选用要根据工程的实际需求。被控对象是控制器进行控制和操作的对象，它按照控制器的要求输出相应的控制量，使系统的偏差变小甚至可以消除偏差。检测装置用来测量被控量的实际值，经适当的信号处理，最终转换成与被控量有一定函数关系的且与输入信号是同一物理量的信号，二者的偏差信号作为控制器的输入。一个自动控制系统的精度很大程度上依赖于检测装置的度，所以在设计控制系统时，检测装置的选取至关重要。因此，在实际课题教学过程中，一定要把握好系统的整体性和其组成环节之间的关系，从整体的角度认识控制系统的性能，从部分的角度分析各个环节在系统中所起到的作用，这样才能牢牢抓住自动控制系统的本质特征。

2 要用对立统一的观点引导学生分析和设计自动控制系统

在自动控制理论中，有着许多看似矛盾，但实际上具有统一性的概念，比如开环控制与闭环控制、动态性能与静态性能、前馈与反馈、定性与定量等问题，都可以上升到对立统一的高度来认识。使学生了解这些概念之间的区别与联系，把握问题的实质。

下面以自动控制系统校正为例，首先要对系统进行定性分析，这里可以利用根轨迹对系统的稳定性进行分析，方法是通过观察系统的根轨迹是否越过虚轴进入到复平面的右半平面，这显然是一种定性的分析方法。当然还有许多对系统进行定性分析的工具，比如李雅普诺夫方法、伯德图等。这些方法通过分析对象过去和现在的延续状况及近期的反馈信息，对被控对象的性质、特点、发展变化规律做出判断，在保障系统稳定性的前提下，要进一步对系统的动态性能（包括系统的上升时间、调节时间、超调量等）进行分析，看当前的系统能否满足新的控制指标要求，这就需要对原系统进行定量分析，计算出原系统的各项动态性能指标的具体数值，在此基础上按照新的控制指标来设计校正装置对系统的动静态性能进行校正。这里需要注意的是，在进行系统校正的时候，不要片面强调系统的稳定性或动态性能，因为二者存在相互关联相互制约的对立统一关系。如果片面强调系统的稳定性，有可能导致系统的动态性能变差，而如果片面强调系统的动态性能，则有可能破坏系统的稳定性。

通过以上分析，使我们认识到，在自动控制系统的性能分析中，一定利用好对立统一的观点，做到具体问题具体分析。因为任何一个被控对象都是矛盾的统一体，只有协调好矛盾的两个方面，使其和谐共生，才能真正把握被控对象的本质特征，进一步掌握被控对象的运动规律，从而使所设计的控制系统的性能达到。

3 要用否定之否定的观点不断更新自动控制理论的教学内容

否定之否定规律，揭示了事物由肯定到否定，再到否定之否定的发展过程，它是事物不断完善自己、发展自己的一个有规律的过程，在这个过程中事物的发展经历了两次否定，每一次否定都不是简单的抛弃，而是把前阶段发展的一切成果中有用的成分保留了下来。因此，在事物发展的否定之否定即新的肯定阶段，并不是简单地再现原事物，简单地回到原来的出发点，而是形式的回复、内容的发展，是一个前进和上升的发展过程。

自动控制理论的发展同样经历了这样一个否定之否定的发展过程，在自动控制理论发展的初期，人对控制系统的建模分析往往是根据相关的物理定律或化学定理，建立系统的微分方程，再通过求解微分方程得到具体的解，对求出的解进行分析来评价控制系统的性能。但是，随着自动控制系统变得越来越复杂，微分方程的求解变得越来越困难，为此人们又引进了传递函数、频率特性等概念，把复杂的控制问题从时域变换到复数域和频域来讨论，极大方便了对控制系统性能的分析。随着计算机技术的快速发展，使得原来在时域内难以解决的问题变得简单起来，于是在复数域或频率域解决的问题又重新转移到时域内完成，比如控制理论中的状态空间法，就是一种直接在时域内进行求解，对系统进行分析的方法。另外，自动控制系统从原始的单输入单输出系统发展到现在的多输入多输出系统，其中的有些内容也逐渐变得陈旧，现在这些内容在工程设计中很少用到。比如根轨迹、等M圆、等N圆等内容，取而代之的是更加先进的控制方法和手段。③自动控制理论这些变化发展充分体现了否定之否定的历史发展规律。目前，在自动控制理论课堂教学中亟需更新和完善的内容主要包括：

3.1 理论教学内容

在自动控制理论教学中，对于阶次在三阶以上的控制系统的分析和建模这部分内容，建议适当略讲或者不讲，因为这样的控制系统没有太大的实际工程应用价值。对于系统频域特性的内容，其中的等M圆、等N圆、尼克尔斯曲线等图解方法，由于其本身不容易绘制，并且在实际工程设计中基本不用，所以建议在课堂教学中，对这些内容要根据实际情况做适当的删减。对于线性系统校正方法，重点掌握串联校正方法，反馈校正和复合校正作为补偿教学内容即可。对于非线性系统，重点讲解的内容是相平面和描述函数，特别是相平面法，它是后续研究滑模变结构控制的先修知识，所以建议在讲授这部分内容时，穿插讲解滑模控制的部分内容，这样更易于学生的理解和掌握。对于线性离散系统，由于微型计算机的广泛应用，要适当增加和扩展这一部分的课堂讲授内容，尤其是数字控制器设计这一部分内容，应该把它作为重点和难点知识深入讲解。

3.2 实践教学内容

为了更好地配合理论教学内容，加深学生对所学知识的理解，在实践教学内容上要利用好两个手段：其一是仿真实验，充分利用Matlab这一进行虚拟实验的有效工具，对学过的理论知识进行验证或复杂系统建模;④其二是实验课，现在的自动控制理论实验台大多是根据控制原理，采用控制板、电阻、电容等元件组成的硬件单元平台，可以灵活地组成复杂程度各异的控制系统。在进行实践教学内容时，应该首先利用Matlab软件平台对所研究的控制系统进行建模和分析，然后在实验室的硬件平台上再用硬件搭建控制系统模型，并与Matlab软件平台所取得的控制效果进行对比分析，找出理想控制模型和实际硬件控制模型的联系及区别。

以上情况说明，在自动控制理论的具体教学过程中要充分利用否定之否定的发展规律，要根据时代的发展，及时更新教学内容，实践新的教学理念、调整具体的授课思路与方法，提高自动控制理论的整体教学质量。

4 要用理论联系实际的观点提高自动控制理论的课堂教学效果

理论联系实际是人类认识或学习活动的普遍规律之一，它的要点一是要用理论分析实际，二是要用实际来验证理论的正确性。⑤课堂教学必须坚持理论与实际的结合与统一，使学生从理论和实际的结合中理解和掌握知识，培养学生运用知识解决实际问题的能力。

自动控制理论这门课程的内容涉及知识面广，信息量大，对所涉及的先修数学知识（微积分、复变函数、矩阵论等）的要求较高，如果在教学过程中只注重一般的理论讲述，缺乏工程和物理概念的实践，就容易使学生觉得晦涩难懂，从而产生厌学的情绪，影响学习兴趣和学习效果。⑥因此，实践教学一定紧密配合理论教学，在完成某一部分的理论教学内容后，应立即进行相关的实验或仿真，通过相关仿真软件（Matlab、Labview等）或在实验室的实验平台上搭建控制仿真模型，对已经学到的理论分析结果用实验的方法形象直观地表达出来，加强学生对物理概念的理解，从而将抽象的数学模型与实际系统参数联系起来，提高学生对抽象问题直观化的能力。在整个理论教学内容结束后，还应及时安排课程设计，要求学生会运用已学过的理论与实践知识，针对一个实际的控制对象，进行系统分析和设计，使系统达到预定的性能指标。经过这样的综合性实践训练，一方面可以使学生更好地掌握理论教学内容，另一方面也提高的学生的实际动手能力及学习的兴趣、效率。另外，在实践教学方面也可利用多方面的资源，在高校或教学系统内部，每年都有许多大学生实践项目，譬如大学生实验创新项目、大学生数学建模大赛等，这些项目给学生提供了动手实践的平台。任课教师可以组织学生积极申报，并给予认真指导。从这些具体的实践项目中体会理论联系实际的过程，加强对所学理论知识的理解和掌握。另外还可以充分利用现成的网络资源，针对教师自己承担的实际项目，组成自动控制理论学习兴趣小组Q群，每个小组单独对项目中的实际问题进行分析和建模， 然后在Q群中进行集体的讨论，选择出适合实际工程需要的物理模型及其控制方法。通过讨论和分析，培养了学生分析问题和解决问题的实际能力，提高了他们的学习热情和学习效率。

5 结论

总之，唯物辩证法思想作为一种认识自然科学的强大武器，已被广泛应用于社会实践的各个方面。⑦任课教师要学会把这种思想贯穿于自动控制理论的课堂教学中，学会利用唯物辩证法思想，正确观察问题、思考问题和解决问题。因为这不单纯是哲学理论研究的问题，而是控制理论自身发展的需要。只有坚持唯物辩证法的思想，才能使自动控制理论的教学与时俱进，使理论与实践相结合，进一步提高整体教学质量。

自动控制理论论文:“相似论”在“自动控制理论”课程教学中的运用

摘 要：随着现代信息技术的不断发展，我国的科学技术取得了巨大的进步，自动化已经被应用于不同的领域，尤其是课堂教学。在课堂教学中，自动化控制理论课作为一门理论要求很强的技术基础课程，在实际的学习过程中还存在诸多的问题。为了能够让学生更好地达到自控制理论教学的目的，从而在教学方法上不断进行革新。本文主要通过分析“自动控制理论”在课堂教学中的现状，从而具体阐述“相似论”在“自控制理论”课堂教学的应用。

关键词：相似论；自动控制理论；课堂教学；应用

相似论，即自然界和工程中各相似现象相似原理的学说，主要是研究自然现象中个性与共性以及特殊与一般关系的研究，同时还是研究内部矛盾与外部条件之间的关系的理论。由于事物之间是相互联系的，相似的现象不仅存在于自然界、社会科学，而且还存在于人们的思维活动中，在特别是在“自动控制论”课堂教学中，能够促进学生更好地学习。“自动控制论”主要服务于信息类专业的学生，主要存在三大特点：一是概念抽象，二是计算方法复杂；三是知识含量大。在实际的学习中，基于“相似论”下的“自动控制论”课堂教学，能够提高教学效率。

一、“自动控制理论”数学模型之间的相似关系

模型，即将抽象的实际问题转化成数学问题，主要便于理解和计算某些观念性很强的难点知识。在课程的学习中，由于分析方法非常繁杂，因而很多学生在实际的学习中往往不能够理解以及掌握，常见的分析方法主要有三种：一是时域分析法，即通过直接求解系统在典型输入信号作用下的时域响应来分析系统性能的，在方法上主要按照公式从而求上升时间，一般需要复杂的高阶微分方程运算；二是频域分析法，主要根据系统的频率特性，从而研究系统的动态特性以及稳态特性，不需要复杂的运算，主要的方法是奈氏稳定判据；三是根轨迹分析法，在这种方法中，特征根与系统参数的数值关系主要通过用图解来表示，适用于高阶系统，运算不繁杂。在实际学习的过程中，时域分析法具有直观以及的优点，使得学生更偏向于时域分析法。但是在实际的发展中，频域分析法更具有实践意义，有利于解决在工程中出现的实际问题。在教学过程中，通过研究发现了一种有利于学生学习的相似关系，这种相似关系的确立可以帮助学生理解不同区域的数学模型，从而建立系统的精准模型，便于学生掌握全局，具体的关系详见图一。

二、“自动控制理论”与课程内容相似

在课程教学的内容体系建设中，主要以“相似论”为指导，从而创建模块化式结构，从而能够从整体上把握每个教学环节，使每个教学内容都能够有机结合起来，从而提高教学效率，实现教学目标。例如学生在学习正弦交流电路的相关知识时，通过向量法从而分析电路的稳态以及动态。在整体系统的教学过程中，主要的教学模式可以分为四个步骤：一是课堂教学演示，通过运用向量法，进行稳态响应以及动态响应的分析；二是课堂讨论，要充分发挥学生的主体作用，通过分析正弦交流电路的稳态以及动态，从而思考频率、幅值以及相位差的变化；三是课堂学习，在讨论的基础上，从而加深对频率特性的理解以及掌握；四是模拟实验，通过将理论知识运用到实际的试验中，从而加强学生的学习。

三、“相似论”在“自动控制理论”课程教学中的运用效果

随着现代科学技术的不断发展，计算机技术、微电子技术、网络技术应用的领域越来越广泛，因此自动控制理论的内容也越来越丰富。在课程教学的不断改革的大背景下，“自动化控制理论”在整个教学过程中起着重大的作用。由于现代教学的内容越来越偏重实践，主要强调提高解决实际工程问题的能力，所以在实际的教学过程中，主要通过模拟相关的实验，从而帮助学生更好地理解以及掌握知识，从而提高学生分析问题以及解决问题的能力。在将相似论运用于“自动控制理论”课堂教学中，能够培养学生对实验的浓厚兴趣，提高学生学习的主观能动性。同时，学生在相关模拟实验的学习中，通过参与实验设计方案、实验步骤以及实验现象分析和实验结果谈论这一整个教学过程，加深了学生对于整个知识框架的了解以及把握，能够扩散学生的思维，有利于提高学生的动手能力以及分析问题并解决问题的能力。

四、结束语

综上所述，随着我国教育事业的不断发展，将“相似论”在“自动控制理论”课程教学中充分运用起来，能够营造良好的学习氛围，提高学生的学习能力以及教学效率，从而能够满足现代市场上对于人才的要求，促进学生更好地就业。

自动控制理论论文:自动控制理论在海上钻井平台的应用研究

摘 要：随着我国电气控制系统技术的不断进步和发展，在海上钻井平台中的自动控制变得越来越广泛，目前我国的海上钻井平台中使用的自动控制系统主要有PI调节系统、调速系统以及双闭环直流调速系统等，这些系统的配合使用更好地保障了海上钻井平台工作的稳定性，极大的节约了海上钻井平台的使用期限。

关键词：自动控制理论 海上钻井平台 应用研究

在我国自动控制技术不断改进的前提下，企业生产已经能够通过系统程序设置来控制相关外部设备来实现自动化生产模式，根据控制理论分类我们可以将其分为经典控制理论以及现代控制理论两大类。在本文中笔者将就自动控制理论在海上钻井平台的应用的相关问题进行分析和研究，希望本文能够对海上钻井平台的开发和研究能够有所帮助。

1 海上钻井平台的自动控制系统分类

海上钻井平台的自动控制理论在过去的几十年中取得了较好的发展，而其中所使用的控制理论主要为经典控制理论中的闭环控制理论。海上钻井平台的控制理论主要涉及到电动机的调速控制系统、发电机的压力调节系统的数字调压装置等的使用都是十分广泛的，在海上钻井平台的直流电动机调速的使用也比较多，而海上钻井平台所使用的西门子的整流装置例如SIMOREG K系列的产品都是通过这种闭环控制系统实现控制功能的。

2 闭环控制系统介绍及控制原理

在海上钻井平台中使用的闭环控制系统是自动控制理论中十分重要的内容，在经典控制理论中又称之为反馈控制系统，而这种控制系统的控制原理主要是通过偏差变化作为系统控制信息的信息驱动机构，而自动控制系统则能够根据系统中的变化量产生相应的控制信息来对偏差量进行纠正。在经典控制理论中负反馈的控制理念主要有比例调节器、积分调节器以及比例积分调节器这三种调节器。在以上的这三种调节器中反应速度最快的是比例调节器，但是由于这种调节器在稳态性能方面不够完善，而积分调节器的稳态误差最小，但是对于偏差量的反应不够灵敏。在海上钻井平台中使用的调节器主要是比例积分调节器，因为这种调节器是将比例调节器和积分调节器的优点结合在一起，不但能够对调节信息作出迅速的反应，而且稳态性比较好。

在海上钻井平台的控制系统中所使用的调速器中所使用的电位器控制的，例如在PI调节器的调节量中的P增益主要是用来对自动控制系统中的调节速度进行调节的，而PI调节器的积分控制主要是用来对积分的增益进行调节的，还有一个调节器就是ACTUATOR COMPENSATION这种执行补偿部分，这一部分发挥着对执行器的阻尼系数进行指导的作用。在海上钻井平台中使用的柴油机、汽轮机等的控制要求将其控制阻尼系数调整为15%左右，而蒸汽机这类的机械设备的控制阻尼系数要求控制在50%左右。在海上钻井平台的自动控制系统中通常不要求对控制系统进行调整，但是在系统运行中出现不稳定等状况时要求对系统中的控制量进行控制。由于在海上钻井平台中使用的电机设备比较多，因此在现场的实际情况中要根据发电机的需求对发电机的无功负载进行调节和选择。通过配合合理的闭环调节系统能够保障控制系统在反应速度、系统的稳定性以及设备的运行寿命等方面起到十分重要的作用。

3 双闭环调节系统介绍及控制原理

在比例积分调节系统中所使用的单环控制系统能够很好地保障自动控制系统本身的稳定性，也能够实现对控制系统的无静差的调节。但是在海上钻井平台中所使用的电动机对于设备的启动速度以及控制程度的要求比较高，比例积分调节系统的控制能力和特点显然不适合对此类电动机的控制。为了能够保障海上钻井平台所使用的电动机能够在电动机的电流以及电动机的转矩控制方面得到满足，可以采用西门子厂家生产的的装置对海上钻井平台中所使用的电动机进行控制。

对于此类电动机的控制最主要的就是能够迅速的获得较好的动态特征，西门子厂家生产的比例积分调节器就能够很好地做到这一点。这种调节器主要是通过对限幅的控制来实现对转速的调节的，通过对电动机通电电压的控制来进行无静差控制，并且通过对电压的控制来实现以上控制作用。当电动机在运行的过程中一旦设备的负载电流到达较大值，比例积分调节器的调节作用达到饱和状态，通过这种双重的控制系统从而很好地实现控制作用。

在比例积分调节器的系统控制中主要有以下两种静态特征：首先就是电动机的转速不饱和阶段中，比例积分调节器的偏差量为0，此时电动机的转速在输入量以及系统的反馈量这两项量都是相同的；除此之外还有就是电动机的转速达到饱和阶段，电动机的转速调节器的转速达到饱和状态时系统的稳定性不会再受到影响，而自动控制系统中便形成了无静差的单闭环调速系统。

在西门子公司生产的直流调速装置中主要是通过双闭环调速系统来对电动机速度进行控制，这种装置中包含有速度调节装置以及电动机电流整定装置，主要是系统量的比较环节、脉冲触发环节以及电动机电流分反馈环节这几种元部件，在其中通过模拟运算的方式来将调节器中的存储器进行调节，而且这种自动控制系统中运算速度要远远高于其它速度调节器，而且在其中装设有监控保护装置，系统的稳定性非常好，反应速度更为灵敏。

西门子控制装置在海上钻井平台中的应用十分广泛，目前我国在海上钻井平台中所使用的西门子控制调节装置主要有6RA24，这种控制系统，而在其中主要是通过模拟部件的连接来实现的，而且这种装置的工作模式十分简便，能够根据现场的实际情况进行选择性连接。在西门子控制装置6RA24中不但可以实现积分调节、比例调节、比例积分调节这三种调节模式的选择，而且能对调节器的P＼I增益都能够起到控制作用，并且能够控制电动机的电流，因此该装置的反应速度十分灵敏，系统的稳定性能也很高。海上钻井平台所使用的6RA24装置不但能够通过参数的调节来实现对控制系统的控制，而且能够更好地保障控制系统的稳定性和速度控制灵敏性，因此能够有效的提升设备的工作效率。

4 结语

在本文中笔着就自动控制理论在海上钻井平台的应用进行了简单的分析和探讨，由于自动控制系统中包含有动态控制和静态控制等多个方面，因此此类控制系统是比较复杂的，而对于海上钻井平台又发挥着十分重要的作用，希望本文能够对我国海上钻井工作的开展能够有所帮助。

自动控制理论论文:学分制下自动控制理论课程的教学探讨

摘 要 从学年学分制改变到学分制，授课对象不再是同一个年级，同一个专业的学生。自动控制理论是电类所属专业的一门重要的专业基础课，本文探讨了在学分制的环境下，教师如何进行有效的教学活动来提高教学效果。

关键词 学分制 学年学分制 自动控制理论 教学

在学年学分制下，学生学习的自主权受到限制，一个自然班的所有学生都在同一个时间段选修某一门课程，无法考虑各位学生之间的学习差异和学习接受能力，学生也无法主动选择符合自己学习风格的授课教师，对自己学业的管理处于被动状态，不利于高素质学生的培养。而学分制则充分体现了学生的选择主动性，它通过学分来衡量学生的学业情况，学生达到毕业所需的低学分就可以申请学位证书，它打破了自然班级的概念，每个学生都可以主动管理自己的学业，根据各自的学习能力的强弱安排每个学期所修习的课程，毕业所需的年限也将不再统一。

自动控制理论是电类所属专业的一门重要的专业基础课，在学分制的环境下，自动控制理论课程的学时数和授课对象都发生了变化。自动控制理论课程是电类专业一门重要的学科基础课，后续课程如现代控制理论、计算机控制系统、控制、过程控制等都要用到它的基本理论和基本思想，在学生的课程体系中占有很重要的地位，很多高校把它列为研究生入学考试的专业课。该课程具有内容丰富、理论性强、涉及知识面广、比较抽象等特点，具有一定深度和学习难度。本文就在学分制环境下，教师如何操作，如何提高自动控制理论课程的教学效果方面进行一些探讨。

1 限制授课对象

（1）限制修读课程的条件。在学年学分制下，学生按培养方案规定的程序，在大三上学期开始统一修习自动控制理论，班级为自然班，学生所修读的主干课程一致，具备相同的学业基础。而在学分制下，学生根据各自的能力进行课程的选修，因此，会在修读的学生里面同时出现大一、大二、大三、大四等不同年级的情况。有些学生要考研，可能会提前修读该门课程，但是自动控制理论是一门理论强的专业基础课，在学习该门课程之前，需要具备一定的基础知识，要不坐在课堂中就像坐“飞机”，什么也听不懂，学习效果很差。自动控制理论的先修课程为高等数学、电路、模拟电子技术、大学物理、复变函数与积分变换等，因为在课程的授课内容中，会出现关于由电阻、电容、电感、电机、运算放大器等元件组成的电气网络的传递函数的求取，力学系统的传递函数的求取，积分运算和拉普拉斯变换等。因此，不是学生想选修该课程就可以选修，仍需遵循循序渐进的教学规律，在教学管理系统中，需要对修读该门课程的学生进行一定的条件限制，只有已经完成上述基础课程的学习并取得良好成绩的学生才能进入选课系统选修自动控制理论课程。

（2）限制授课班级人数，放开班级数目。众所周知，30人左右的小班班级授课效果比60人以上的大班班级效果要好得多。在学分制的环境下，满足修读课程条件的学生可以自由选择自己喜爱的教师，而自动控制理论课程有5～6位教师提供授课，因此，可能会出现某位教师名下的学生非常多，远远超出正常班级授课人数的情况。为了应对此种情况，建议在选课系统中对每位教师的授课学生人数进行限制（例如，45人），但并非超出该限制人数的学生就不能选修该教师的课程，而是自动再创建一个班级，学生们仍可选修该教师的课程，只不过是在不同的时间和地点。这样就能真正体现学分制的意义，而非超过了人数限制的学生只能选修自己不喜欢的教师的课程。的教师可以拥有该课程的多个序号班，某些教师可能因人数不足而不能开课，这样，教师之间能有一个教学上的竞争，从而督促教师努力备课，促进教学质量的提升。

2 公开教学内容，创建课程网站

在学分制的环境下，自动控制理论课程有两种不同的授课课时，一个是48课时，一个是64课时。自动控制理论课程的教材仍沿用之前的教材，即选用冶金工业出版社出版，由王建辉、顾树生等编著的《自动控制原理》（第4版），这本教材重点突出，章节安排合理，内容丰富，涵盖了自动控制系统的基本概念、分析方法和设计方法，48课时和64课时的课程均可使用。48课时的课程重点介绍自动控制系统的基本概念和分析方法，内容包括自动控制系统的基本概念、控制系统数学模型的建立、控制系统的时域分析和频域分析，适合非自动化专业的学生选修。64课时的课程在此基础上，增加系统设计方法和非线性系统的简单入门介绍，即系统的校正和非线性系统的相平面分析法，适合自动化专业的学生选修。此外，还可以根据考研学生的需求和人数，增设一门32课时的自动控制理论晋级选修课，由经验丰富，经常给考研学生进行答疑的教师负责开设，扩展和加深理论知识的讲解，重点题型的讲解。

为便于需求不同的学生进行选修，建议创建课程网站，按不同的课时创建课程链接，在网络上公开授课教师简介、具体的教学内容安排，包括教学大纲、教学方案、实验大纲、实验指导书、课程讲稿、PPT、教师上课的视频以及课程的参考资料，便于学生浏览、阅读和学习。由于实行学分制，教师在上课时面对的学生不是一个自然班级，班级的学生之间熟悉程度不高，对学生的管理难度增大。针对这种情况，建议在课程网站中创建电子点名系统，账号分为学生账号和教师账号。学生账号登录可以进行实验课程的预习、问题的咨询、课程章节内容网络自测等。教师账号登录后可以进行电子点名，每个学生姓名超链接进入后都会显示学生的手机联系方式、辅导员联系方式、其家长的联系方式。一旦发现某位学生出勤率很低，可以通过各种方式及时找到该学生，与学生进行沟通。在教学班可以实行课代表负责制，由课代表负责学生的课程学习、作业上交、联系教师等工作。

3 统一考核指标，细化评分标准

在学分制下，5～6位教师同时授课，因此，课程的考核方式和考核指标必须统一。自动控制理论课程无论是48课时还是64课时，都采用考试的考核方式。考试成绩分成两个组成部分：平时成绩40%（包括作业、出勤率、平时课堂学习表现、实验操作和实验报告），期末考试60%。考试试卷不能由某位教师出题，而应建设课程试题库，通过试题库随机选题构成试卷，在课程内容结束后开始组卷，避免在上课时意外透露考试内容。平时成绩的给定也必须有严格统一的标准，细化各部分A、B、C、D等级的评分要求，避免在大致条件相同的情况下，出现成绩评定差异较大的情况。卷面成绩的批改也必须像高考试卷批阅一样，每个步骤都给出具体的分数，严格依据步骤给分，试卷采用流水评阅，授课的教师全部参加评阅，一人负责一道题目的批改，避免某位教师的学生试卷均由该教师批阅。成绩的评定对于学生选课以及学习积极性具有很重要的调节作用，严格统一的成绩评定方式有助于避免学生在选课时选择管理不严、要求不严格的教师，而冷落治学严谨、要求严格的教师，杜绝学生以课程考核的难易度为依据，来选择授课教师。

4 结束语

学分制环境下，对于教师授课提出了很多新的挑战，自动控制理论课程的理论性强，知识点多，学生学习难度较大，而该课程的授课教师人数较多，因此，必须从选课、上课、考核等环节入手，把好上课学生的基础知识关、提高授课教师的教学质量关、严化考核标准，使学生能够真正从学分制中受益，体现学分制的优势。

自动控制理论论文:分析自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用

摘要：我国经济水平不断提高，新的社会经济形势下，火力发电技术正在不断进行改革与发展，而自动控制理论的应用，实现了火电厂热工自动化的进步，为扩充发电机组较大容量提供了的技术理论支持。本次研究以火电厂热工自动化实际情况进行研究，通过现状与实际应用情况，分析出自动控制理论未来的发展效果，希望为火电厂热工自动化技术发展提供参考。

关键词：自动控制理论 火电厂 热工自动化

热工自动化技术主要由运用控制、热能工程、智能仪器、计算机信息等多种技术共同组成，可以实现控制、检测火电厂运行过程中的热力学参数，从而实现生产全过程的控制、调度、管理、检测等工作。通过热工自动化，可以提高火电厂生产安全性，具有提高产量、优化质量、降低能耗等优点，是一项综合性较强的高新技术。自动控制理论主要应用在锅炉、汽机、辅助设备的控制中，可以帮助机组适应火电厂工况变化，保障生产过程的安全性与经济性。

一、热工自动化领域现状

（一）使用情况

在我国热工自动化领域，大多数厂房控制系统均为DCS，而PLC只在辅助车间使用。这种情况的主要原因是DCS系统建设成本较大，火电厂为了降低成本，在可以间断运行的辅助车间使用PLC进行系统控制，由于辅助车间模拟控制较少，所以并不会有过大的影响。而主厂房包含锅炉、汽机、发电机，为了保障系统的稳定性，就需要选择DCS来维持系统的长期稳定性。

（二）运行参数

根据模糊控制可以得出锅炉压力论域，而AP论域则代表了两个不同周期的锅炉在运行时产生的压力变化论域。燃烧周期往往会进行自动调整，这种调整会导致负荷加大时，燃烧控制响应速度也会有所增加。由于煤质与炉况存在部分差异，所以调节效果也会出现差异，函数曲线在不断重叠的情况下，需要使用模糊控制算法来获得对参数变化的适应性，而通过实际运算也证明了这一特点。

（三）锅炉汽包

在检测锅炉汽包运行情况时，汽包液位系统属于无法自我平衡的被控对象，所以在供水量降低或蒸汽流量增加时，锅炉并不会降低传导给汽包的总热量，这就导致大量液体受热产生汽化反应。发生汽化反应后，汽包液位检测会出现错误，而供水量增大或蒸汽流量降低时，情况也会发生逆转，这种情况就是常见的“虚假液位”现象。由于大多数锅炉在设计汽包液位回路时，并没有将其纳入设计分析之中，所以汽包液位控制经常受到影响。

二、自动化控制系统作用

（一）架构模式

大多数自动化控制系统以PLC为核心，通过控制器与网络组成了自动化系统，而且可以向上扩展为管理系统。而DCS的核心架构模式也是分布式控制系统，不仅可以使用正常的DCS控制器，也可以兼容PLC等多种类型的控制器。

（二）算法模块

我国已经对自动控制理论进行了大量的研究，而且也获得了一些高级算法模块。目前常用的NT6000设备模块，就可以通过一个模块实现设备的控制与故障报警功能，而网络通讯中也可以通过该模块进行信息传递，使软件开发速度得到有效提升。每个设备模块均可按照0.5K逻辑量进行计算，而PLC在同样要求下，其使用的繁琐性就有较大增长了。DCS设计的主要方向就是系统需求，所以在处理这些问题时，经验较为丰富。

（三）火电企业结构

我国电力供应体系不断进行优化，各种宽松的制度代表了我国节能降耗的信心，而火电企业也将不断进行结构改革。在“十一五”提出了关闭小型火电厂的目标，而完成“十一五”发展目标后，我国需要关闭大多数4000万千瓦以下的小型火电厂，这种情况下，电力工业结构将发生非常大的改变。通过“十一五”计划，火电建设将继续向优化资源分配的目标发展，实现西电东送计划。而“十一五”期间，火电行业效益将呈现出下降趋势，而企业获得的经济效益也会出现较大变化。

三、自动控制理论的应用

（一）应用效果

热工自动化的核心就是自动控制，而实现这种要求则需要运用控制、热能工程、智能仪器、计算机信息等技术共同组成，实现热力学参数的检测与控制，从而实现生产全过程的控制、调度、管理等功能。通过正确的自动控制理论，可以提高火电厂生产的安全性，增加火电厂经济效益。通过锅炉、汽机、辅助设备的自动控制，可以使机组更加适应工况变化，保障设备可以在安全、经济的环境中运行。

（二）理论发展

近年来自动化技术发展速度不断提升，而热工自动化技术也得到了较大的发展。在新理论、新材料、新工艺的影响下，各类新型传感器不断出现，而控制系统与装置技术水平也得到了明显的提升，新型控制理论与策略不断出现，在生产过程中获得了更多的成果。

（三）改进控制逻辑

在改进控制逻辑时，应该通过综合比较方法完成系统的整体优化，通过容错逻辑设计，找出在火电厂运行过程中可能发生故障的设备，从而实现控制逻辑的优化与完善，并且可以通过预先设置的措施降低逻辑失效几率，通过良好的逻辑优化模式，可以使系统具有良好的技术优势，方便后期推广。

（四）热工自动化技术

通过热工自动化技术，可以有效降低火电厂生产成本与能源消耗，对企业提高经济效益有着非常明显的作用。热工自动化技术不仅可以提高火电企业的经济效益，也是实现我国节能降耗、可持续发展战略目标的关键因素。

四、自动控制系统未来发展趋势

（一）数字化电厂

在电力企业不断的发展过程中，“数字化电厂”的概念逐渐在广大电力企业中普及。通过管控一体化系统，完成了SIS与MIS数据的处理与整合，将生成管理、设备管理、实施监控、移动办公等业务融为一体，以发电生产作为主导，以资产管理作为核心，实现人员、设备、资金等资源的管理。通过“数字化电厂”概念，实现了电厂、人员、财务的高产业链协作效果，为企业向精细化管理进步提供帮助。

（二）SIS控制系统

在技术方面进行研究，目前热工自动化技术已经脱离的初级的数据库建立阶段，而是逐渐进入应用阶段。虽然实际应用过程发挥了较大的作用，而且部分火电厂也开始应用SIS作为高层监控与管理的工作，但是并没有体现出SIS控制系统的生命力。通过长时间的发展，SIS控制系统逐渐进入成熟阶段，而先进的技术使其成为重要的热工自动化产品，也是我国可以根据用户实际需求制定控制系统功能的少数系统之一。通过SIS系统，可以根据火电厂实际情况制定相互契合的热工控制系统，为用户提供更加的设计方案。

（三）未来发展目标

目前火电厂使用的DCS品牌为国外引进的品牌，大多数热工自动化系统均为国外引进的技术，300MW以上的机组DCS被外国企业垄断，而我国自主开发的DCS系统只能在200MW以下机组使用，性能与功能距国际平均水平存在较大差异。在90年代初期，我国逐渐引入DCS系统进行研究与应用，而DCS功能在发展到发变组后，火电厂自动化才得到了真正的发展。所以，为了实现我国的自主创新，必须不断加强自动化理论，实现电气热工一体化的发展与壮大。

结语：

热工自动化技术是一项非常重要的控制技术，也是我国坚持节能降耗，实现可持续发展的重要手段。为了提高自动化系统的技术水平，需要加强智能化、透明化、无线化、一体化的技术水平，不断实践新的控制测量方法，简化复杂与繁琐的操作方法，构建出操作简单、维护方便的新型热工自动化系统。