關(guān)于計算機控制系統教學(xué)的研究與實(shí)踐

　　論文摘要：本文從計算機控制系統課程的教學(xué)實(shí)踐出發(fā)，從課堂教學(xué)內容的組織和實(shí)驗的設計管理兩個(gè)教學(xué)內容入手，提出以把教學(xué)、實(shí)驗過(guò)程與日后工作和深入研究時(shí)采用的設計過(guò)程接軌為主要思路，輔以對學(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：計算機控制系統；教學(xué)研究；實(shí)驗設計
　　
　　一、引言

　　對工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行計算機控制是科技發(fā)展的必然，計算機控制系統

　　教學(xué)環(huán)節中，教給學(xué)生學(xué)習的方法比傳授知識更重要。教學(xué)中主要注意以下問(wèn)題：
　�。ㄒ唬┰谟懻撌浇虒W(xué)中學(xué)會(huì )問(wèn)問(wèn)題。學(xué)習中最重要的就是學(xué)會(huì )思考，帶著(zhù)問(wèn)題來(lái)思考，是最重要的學(xué)習原則。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，有些則留給學(xué)生課后思考，下次上課時(shí)，利用較短的時(shí)間進(jìn)行總結和討論。
　�。ǘ�）培養興趣，找到樂(lè )趣�！芭d趣是最好的老師”。有了興趣和樂(lè )趣，就能夠忙而不累，樂(lè )而忘憂(yōu)，就容易產(chǎn)生靈感，事半功倍。
　�。ㄈ�）勤于動(dòng)手，善于轉化。要多給學(xué)生動(dòng)手，以便能把知識轉化為動(dòng)手能力。這一點(diǎn)會(huì )由于不同學(xué)生差別很大，因此不同層次的學(xué)生要用實(shí)驗室的時(shí)間不同。
　�。ㄋ模�學(xué)會(huì )綜合。要解決實(shí)際問(wèn)題，靠哪一項單科知識都是不夠的，靠的是綜合后的知識。本課程的特點(diǎn)之一就是綜合，包括多門(mén)已學(xué)課程的知識綜合，理論與實(shí)踐的綜合，硬件與軟件的綜合等等。所以要在課程學(xué)習中注重綜合。
　　教學(xué)可以和縱向科研聯(lián)合，將科研成果轉化成專(zhuān)業(yè)教學(xué)內容和教學(xué)設備，形成鮮明的專(zhuān)業(yè)教學(xué)特色，可以大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。
　　教學(xué)也可以和橫向項目相聯(lián)合，建設校企產(chǎn)學(xué)研合作實(shí)踐基地，促成教學(xué)與生產(chǎn)的結合，校企雙方優(yōu)勢互補、資源互用，是促進(jìn)科技發(fā)展，培養專(zhuān)門(mén)人才的重要途徑。

　　三、實(shí)驗的設計和管理

　　傳統的以課堂講授為主、實(shí)驗為輔的教學(xué)模式存在嚴重的缺陷[2]。因為所開(kāi)設的實(shí)驗多數是驗證型實(shí)驗，所有的實(shí)驗對象都已經(jīng)封裝好，學(xué)生只需要插線(xiàn)聯(lián)接，很快就可以獲得實(shí)驗結果。學(xué)生盡管完成了實(shí)驗，但無(wú)法真正將各門(mén)課程所學(xué)的內容融會(huì )貫通；更重要的是與實(shí)際工作中的設計過(guò)程差別甚遠。
　　為此，我們采用了實(shí)驗教學(xué)與理論教學(xué)并行的教學(xué)模式。學(xué)生的實(shí)驗針對課堂上所設立的控制系統進(jìn)行，如電阻爐溫度控制系統。首先，利用兩個(gè)學(xué)時(shí)在課堂上講解整個(gè)系統的功能、組成和工作過(guò)程；在學(xué)生對整個(gè)計算機控制系統有了初步認識以后，在實(shí)驗室演示已設計好的控制系統，向學(xué)生細致說(shuō)明理論內容與實(shí)物的對應關(guān)系，如計算機、加熱元件、接口電路、出發(fā)電路、檢測元件和執行機構等，再結合實(shí)物和學(xué)生討論設計方案及他們所提出的問(wèn)題。然后，學(xué)生將自己的設計方案帶到實(shí)驗室去驗證。最后是同學(xué)們對自己所設計的系統進(jìn)行調試和優(yōu)化。
　　通過(guò)系統級—元件級的循環(huán)過(guò)程，同學(xué)們不僅對計算機控制系統課程的核心思想有了深刻的理解，而且親身體驗了實(shí)際產(chǎn)品設計的全過(guò)程，也充分認識到實(shí)踐操作的重要性，感受到設計成功的喜悅，大大激發(fā)了繼續學(xué)習的興趣。除了基礎實(shí)驗，我們按照從淺入深設計了四個(gè)綜合實(shí)驗：
　�。ㄒ唬�數字控制算法模塊化。根據課程教學(xué)內容，采用C語(yǔ)言對各類(lèi)數字控制算法（包括：PID算法及其變形、數字濾波算法、最少拍算法、達林算法、狀態(tài)觀(guān)測器算法等）按照模塊化設計思想進(jìn)行編程開(kāi)發(fā)，以方便系統使用。
　�。ǘ�）溫度閉環(huán)數字控制系統。用簡(jiǎn)易電加熱溫度控制箱與微機實(shí)驗箱構成一個(gè)溫度閉環(huán)控制系統，由學(xué)生按照自己設計的控制方案進(jìn)行系統硬件的連接和配置，同時(shí)從控制算法模塊中選擇需要的算法，通過(guò)調整控制器參數以及外部擾動(dòng)條件，觀(guān)察系統的運行情況。
　�。ㄈ�）步進(jìn)電機數字閉環(huán)控制系統。用小型直流步進(jìn)電機隨動(dòng)裝置與微機實(shí)驗箱構成一個(gè)步進(jìn)電機閉環(huán)控制系統，由學(xué)生按照實(shí)驗設計的控制方案進(jìn)行系統硬件的連接和配置，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，通過(guò)施加外部擾動(dòng)，觀(guān)察系統的運行情況，并做實(shí)時(shí)記錄分析。
　�。ㄋ模�帶上位監控的數字閉環(huán)控制系統。在數字閉環(huán)控制系統實(shí)現的基礎上，可考慮開(kāi)發(fā)帶上位監控功能的在線(xiàn)閉環(huán)系統。通過(guò)該監控軟件平臺，可實(shí)現對系統控制算法的組態(tài)、控制器參數的調整和定值的修改等，同時(shí)要開(kāi)發(fā)一些運行監控畫(huà)面，包括系統工藝圖、運行參數實(shí)時(shí)趨勢曲線(xiàn)、報警畫(huà)面和參數一覽畫(huà)面等。使學(xué)生可根據自己的設計方案，通過(guò)該平臺系統靈活的調整控制算法和對系統運行監控。
　　該課程的實(shí)驗內容更加符合快速發(fā)展的計算機工程控制技術(shù)要求，使學(xué)生走上工作崗位后能夠盡快地適應實(shí)際工作。

　　四、總結

　　最佳教學(xué)效果的取得，需要依據生源情況因材施教，課堂教學(xué)之外，教學(xué)的管理也很關(guān)鍵，實(shí)驗教學(xué)，作業(yè)情況，答辯和最終考核都需要認真執行才能達到效果，避免流于形式。不過(guò)帶來(lái)的問(wèn)題是：對教師投入的精力要求較多。
　　另一方面，實(shí)驗室還沒(méi)有實(shí)現全開(kāi)放，學(xué)生自由實(shí)驗受到資源和時(shí)間的限制。因此，我們還有必要探究更加合理的教學(xué)過(guò)程，改進(jìn)教學(xué)手段，以達到該門(mén)課程教學(xué)效果的最優(yōu)化。

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