關(guān)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)教學(xué)的研究與實(shí)踐

1、關(guān)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)教學(xué)的研究與理論"論文摘要：本文從計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程的教學(xué)理論出發(fā)，從課堂教學(xué)內(nèi)容的組織和實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)管理兩個(gè)教學(xué)內(nèi)容入手，提出以把教學(xué)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程與日后工作和深化研究時(shí)采用的設(shè)計(jì)過(guò)程接軌為主要思路，輔以對(duì)學(xué)生科學(xué)的管理、因材施教，從而保證最多的學(xué)生從課程中受益。論文關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；教學(xué)研究；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一、引言對(duì)工業(yè)消費(fèi)過(guò)程進(jìn)展計(jì)算機(jī)控制是科技開(kāi)展的必然，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1已成為消費(fèi)設(shè)備及過(guò)程控制等重要的組成部分，它代替人成為工藝過(guò)程控制的指揮和監(jiān)視中心。當(dāng)代自動(dòng)控制專業(yè)的大學(xué)生應(yīng)當(dāng)努力學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，成長(zhǎng)為適應(yīng)社會(huì)開(kāi)展的高技術(shù)人才。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程就是適應(yīng)這

2、樣的需要而開(kāi)設(shè)的。它是一門(mén)理論性強(qiáng)、內(nèi)容豐富、概念抽象、涉及知識(shí)面寬、分析方法多、信息量大的課程?？梢哉f(shuō)本課程濃縮了自動(dòng)化專業(yè)的知識(shí)精華，在專業(yè)的課程體系中具有承上啟下的作用。從課程設(shè)置的上下銜接來(lái)說(shuō)，工科自動(dòng)化專業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程主要在自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論等理論課的根底上進(jìn)展深化；在微機(jī)原理、單片機(jī)原理、電源技術(shù)等課程的根底上進(jìn)展工程應(yīng)用的理論。要上好這門(mén)課，教師除了需要堅(jiān)實(shí)的理論根底外，還需要有較好的理論經(jīng)歷，授課時(shí)可以將理論與實(shí)際系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)起來(lái)，同時(shí)要有豐富的教學(xué)經(jīng)歷和成熟的教學(xué)管理手段?，F(xiàn)行的教學(xué)形式下存在的一些問(wèn)題如下：偏于實(shí)際，忽略理論，將對(duì)學(xué)生深造和后續(xù)職業(yè)開(kāi)展不利；側(cè)重理

3、論教學(xué)，難以將理論與應(yīng)用結(jié)合，學(xué)生出校門(mén)卻無(wú)一技之長(zhǎng)，無(wú)法立即效勞于社會(huì)；教與學(xué)的脫節(jié)，難于調(diào)動(dòng)多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。為此本文在教學(xué)理論的根底上，提出了從教學(xué)的組織和實(shí)驗(yàn)的管理的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程體系的安排，希望能得到同行的指點(diǎn)，共同進(jìn)步。二、課堂教學(xué)內(nèi)容的組織課堂教學(xué)一直是教學(xué)的重點(diǎn)。首先要對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)展有機(jī)的組織。教學(xué)內(nèi)容組織的原那么是根據(jù)課程定位，兼顧根底性、實(shí)用性，注重根本理論和根本方法，注重工程應(yīng)用價(jià)值，舍去那些理論上先進(jìn)而工程上極少應(yīng)用的高級(jí)或復(fù)雜算法，舍去那些適用場(chǎng)合不多的硬件配置形式，整合其他的相關(guān)課程資源，按照學(xué)生的程度，重點(diǎn)突出，主要確保多數(shù)學(xué)生不落伍。選定的課程四大核心內(nèi)

4、容為：1以數(shù)字控制理論為主體，從連續(xù)控制引入數(shù)字控制2控制算法及其編程方法3智能控制理論的應(yīng)用4典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成構(gòu)造和設(shè)計(jì)對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)的內(nèi)容要精講多練。精講就是概念清楚，表達(dá)明確，介紹詳細(xì)，并指明實(shí)際運(yùn)用的情況，并且要適時(shí)宜地加以回憶，以使學(xué)生對(duì)重點(diǎn)部分經(jīng)常保持明晰的印象。多練需要在教學(xué)中穿插安排一定數(shù)量的習(xí)題課，精選例題，講練結(jié)合，舉一反三，將看似零散的知識(shí)點(diǎn)聯(lián)接起來(lái)，就可使學(xué)生穩(wěn)固所學(xué)知識(shí)。同時(shí)可適當(dāng)介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的學(xué)術(shù)開(kāi)展動(dòng)態(tài)及待解決的問(wèn)題。教學(xué)中要著重抓好入門(mén)環(huán)節(jié)，萬(wàn)事開(kāi)頭難。入門(mén)環(huán)節(jié)主要是要求學(xué)生在課程開(kāi)始之前提交一篇綜述性的研究報(bào)告。選題的范圍由任課教師指定，主要涉及計(jì)

5、算機(jī)控制系統(tǒng)的根底知識(shí)，根本原理和構(gòu)成，該領(lǐng)域的關(guān)鍵性技術(shù)、研究熱點(diǎn)和開(kāi)展趨勢(shì)等方向。為了防止報(bào)告內(nèi)容的空泛，要求學(xué)生在報(bào)告中必須輔以實(shí)例加以說(shuō)明。經(jīng)過(guò)這個(gè)環(huán)節(jié)，較好地消除了學(xué)生學(xué)習(xí)該課程時(shí)的盲目性，而且這種學(xué)習(xí)形式和學(xué)生獨(dú)立研究一個(gè)課題相似，可以激發(fā)他們繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。教學(xué)中要著重抓好入門(mén)環(huán)節(jié)，萬(wàn)事開(kāi)頭難。入門(mén)環(huán)節(jié)主要是要求學(xué)生在課程開(kāi)始之前提交一篇綜述性的研究報(bào)告。選題的范圍由任課教師指定，主要涉及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的根底知識(shí)，根本原理和構(gòu)成，該領(lǐng)域的關(guān)鍵性技術(shù)、研究熱點(diǎn)和開(kāi)展趨勢(shì)等方向。為了防止報(bào)告內(nèi)容的空泛，要求學(xué)生在報(bào)告中必須輔以實(shí)例加以說(shuō)明。經(jīng)過(guò)這個(gè)環(huán)節(jié)，較好地消除了學(xué)生學(xué)習(xí)該課程時(shí)的

6、盲目性，而且這種學(xué)習(xí)形式和學(xué)生獨(dú)立研究一個(gè)課題相似，可以激發(fā)他們繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。 "教學(xué)環(huán)節(jié)中，教給學(xué)生學(xué)習(xí)的方法比傳授知識(shí)更重要。教學(xué)中主要注意以下問(wèn)題：一在討論式教學(xué)中學(xué)會(huì)問(wèn)問(wèn)題。學(xué)習(xí)中最重要的就是學(xué)會(huì)考慮，帶著問(wèn)題來(lái)考慮，是最重要的學(xué)習(xí)原那么。在課堂上要盡量多提一些問(wèn)題，注意將問(wèn)題的來(lái)龍去脈說(shuō)清楚，有些自我解答，有些找學(xué)生解答，有些那么留給學(xué)生課后考慮，下次上課時(shí)，利用較短的時(shí)間進(jìn)展總結(jié)和討論。二培養(yǎng)興趣，找到樂(lè)趣。“興趣是最好的教師。有了興趣和樂(lè)趣，就可以忙而不累，樂(lè)而忘憂，就容易產(chǎn)生靈感，事半功倍。三勤于動(dòng)手，擅長(zhǎng)轉(zhuǎn)化。要多給學(xué)生動(dòng)手，以便能把知識(shí)轉(zhuǎn)化為動(dòng)手才能。這一點(diǎn)會(huì)由

7、于不同學(xué)生差異很大，因此不同層次的學(xué)生要用實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間不同。四學(xué)會(huì)綜合。要解決實(shí)際問(wèn)題，靠哪一項(xiàng)單科知識(shí)都是不夠的，靠的是綜合后的知識(shí)。本課程的特點(diǎn)之一就是綜合，包括多門(mén)已學(xué)課程的知識(shí)綜合，理論與理論的綜合，硬件與軟件的綜合等等。所以要在課程學(xué)習(xí)中注重綜合。教學(xué)可以和縱向科研結(jié)合，將科研成果轉(zhuǎn)化成專業(yè)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)設(shè)備，形成鮮明的專業(yè)教學(xué)特色，可以大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)也可以和橫向工程相結(jié)合，建立校企產(chǎn)學(xué)研合作理論基地，促成教學(xué)與消費(fèi)的結(jié)合，校企雙方優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、資源互用，是促進(jìn)科技開(kāi)展，培養(yǎng)專門(mén)人才的重要途徑。三、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和管理傳統(tǒng)的以課堂講授為主、實(shí)驗(yàn)為輔的教學(xué)形式存在嚴(yán)重的缺陷2。因

8、為所開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)多數(shù)是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，所有的實(shí)驗(yàn)對(duì)象都已經(jīng)封裝好，學(xué)生只需要插線聯(lián)接，很快就可以獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生盡管完成了實(shí)驗(yàn)，但無(wú)法真正將各門(mén)課程所學(xué)的內(nèi)容融會(huì)貫穿；更重要的是與實(shí)際工作中的設(shè)計(jì)過(guò)程差異甚遠(yuǎn)。為此，我們采用了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)并行的教學(xué)形式。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)針對(duì)課堂上所設(shè)立的控制系統(tǒng)進(jìn)展，如電阻爐溫度控制系統(tǒng)。首先，利用兩個(gè)學(xué)時(shí)在課堂上講解整個(gè)系統(tǒng)的功能、組成和工作過(guò)程；在學(xué)生對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有了初步認(rèn)識(shí)以后，在實(shí)驗(yàn)室演示已設(shè)計(jì)好的控制系統(tǒng)，向?qū)W生細(xì)致說(shuō)明理論內(nèi)容與實(shí)物的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如計(jì)算機(jī)、加熱元件、接口電路、出發(fā)電路、檢測(cè)元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，再結(jié)合實(shí)物和學(xué)生討論設(shè)計(jì)方案及他們所提出

9、的問(wèn)題。然后，學(xué)生將自己的設(shè)計(jì)方案帶到實(shí)驗(yàn)室去驗(yàn)證。最后是同學(xué)們對(duì)自己所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)展調(diào)試和優(yōu)化。通過(guò)系統(tǒng)級(jí)元件級(jí)的循環(huán)過(guò)程，同學(xué)們不僅對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程的核心思想有了深化的理解，而且親身體驗(yàn)了實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過(guò)程，也充分認(rèn)識(shí)到理論操作的重要性，感受到設(shè)計(jì)成功的喜悅，大大激發(fā)了繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。除了根底實(shí)驗(yàn)，我們按照從淺入深設(shè)計(jì)了四個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)：一數(shù)字控制算法模塊化。根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容，采用C語(yǔ)言對(duì)各類數(shù)字控制算法包括：PID算法及其變形、數(shù)字濾波算法、最少拍算法、達(dá)林算法、狀態(tài)觀測(cè)器算法等按照模塊化設(shè)計(jì)思想進(jìn)展編程開(kāi)發(fā)，以方便系統(tǒng)使用。二溫度閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)。用簡(jiǎn)易電加熱溫度控制箱與微機(jī)實(shí)驗(yàn)箱構(gòu)

10、成一個(gè)溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，由學(xué)生按照自己設(shè)計(jì)的控制方案進(jìn)展系統(tǒng)硬件的連接和配置，同時(shí)從控制算法模塊中選擇需要的算法，通過(guò)調(diào)整控制器參數(shù)以及外部擾動(dòng)條件，觀察系統(tǒng)的運(yùn)行情況。三步進(jìn)電機(jī)數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)。用小型直流步進(jìn)電機(jī)隨動(dòng)裝置與微機(jī)實(shí)驗(yàn)箱構(gòu)成一個(gè)步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，由學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的控制方案進(jìn)展系統(tǒng)硬件的連接和配置，同時(shí)從控制算法模塊中選擇需要的算法組態(tài)控制系統(tǒng)，通過(guò)施加外部擾動(dòng)，觀察系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并做實(shí)時(shí)記錄分析。四帶上位監(jiān)控的數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)。在數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的根底上，可考慮開(kāi)發(fā)帶上位監(jiān)控功能的在線閉環(huán)系統(tǒng)。通過(guò)該監(jiān)控軟件平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)控制算法的組態(tài)、控制器參數(shù)的調(diào)整和定值的修改等，同時(shí)要開(kāi)發(fā)一些運(yùn)行監(jiān)控畫(huà)面，包括系統(tǒng)工藝圖、運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、報(bào)警畫(huà)面和參數(shù)一覽畫(huà)面等。使學(xué)生可根據(jù)自己的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)該平臺(tái)系統(tǒng)靈敏的調(diào)整控制算法和對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控。該課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更加符合快速開(kāi)展的計(jì)算機(jī)工程控制技術(shù)要求，使學(xué)生走上工作崗位后可以盡快地適應(yīng)實(shí)際工作。四、總結(jié)最正確教學(xué)效果的獲得，需要根據(jù)生源情況因材施教，課堂教學(xué)之外，教學(xué)的管理也很關(guān)鍵，實(shí)驗(yàn)教學(xué)，作業(yè)情況，辯論和最終考核都