《自动控制原理与系统》学习及心得

《自控原理与系统》学习及心得体会

自控原理学习内容

在整个学期的学习中，我们一共学习了五章内容，第一章是自动控制系统的概论;第二章是系统的数学模型;第三章是时域分析法;第四章是频域分析法;第五章是系统的校正方法.

第一章是自动控制系统的概论，主要内容有自动控制的定义，基本控制方法及特点，对控制系统性能的基本要就，自动控制系统的方块图表示方法，自动控制系统的分类和一些经典的自动控制系统的实例分析等。在学习的过当中，我知道了所谓自动控制系统就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置操纵被控对象和被控量，使其按照预定的规律运作和变化。基本控制方式是利用传感器感应信息，将信息放大处理后变成电信号作用于系统,使系统自动调节. 对于一个控制系统,我们的要求是快速,稳定,准确.对于一阶系统,通过调节PID,能快速的打到目的。对于二阶系统,我们要求其单位阶跃响应要是处于欠阻尼状态.我们系统是否稳定可以用劳斯稳定判据来判定。控制系统的主要分类为:闭环控制系统、开环控制系统、定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统、线性控制系统、非线性控制系统、连续控制系统、离散控制系统、单变量控制系统和多变量控制系统。自动控制系统的方块图表示，组成系统的每个环节用一个方块表示，环节间用带箭头的线段连接，称为信号线，只能单方向传递。信号的比较用◎表示，他具有对几个信号进行求和的功能，一般在多个输入信号的信号线旁边标“+”“-”表示信号的极性。自控的方块图表示如

下，除此之外，老师还给我们精讲了烘烤炉温度控制的实例。

第二章，拉皮拉斯变换及其应用

在本章节中，老师重点讲了拉普拉斯变换，它是一种函数的变换方法，利用拉氏变换可以将微分方程变换成代数方程，便于求解。拉普拉斯变换主要是用来求解在时间域系统的输入和输出的偏微分方程，拉普拉斯变换主要就是把时间域变到复频域。在讲拉氏变换的时候还涉及到了阶跃函数，脉冲函数，斜坡函数，指数函数，正弦函数等常见函数。在本章中，还有拉氏变换的运算定理，拉氏反变换，拉氏变换举例等内容，老师重点讲了举例的地方，我们要求不论是一阶系统还是二阶系统，都要能够在过渡时间内快速达到稳态值的0.95-0.93。二阶系统要处于欠阻尼状态。由于拉氏变换公式很难记，老师鼓励我们查表。

第三章，本章主要是通过微分方程，传递函数和系统框图建立自动控制系统的数学模型，利用数学模型描述系统的输入量和输出量以及内部各变量之间的关系。控制系统的微分方程的建立和微分方程的求解，在这当中就用到了第二章学到的拉氏变换来求解，在讲道传递函数时我知道了它是系统数学表达式的一种形式，还有系统框图，这几个名词之间是有很大关系的，建立好数学模型，没有传递函数不行，没有系统框图也不行。老师重点讲了系统框图和传递函数的建立，传递函数的建立主要是用梅逊公式，通过系统的框图，结合梅逊公式把系统的传递函数写出。在学习梅逊公式的时候，我知道了没逊公式的计算方式，利用梅逊公式可以很快的列出系统的传递函数，自控系统

的结构图是系统传递函数图形化的描述方式，是图形化的数学模型，由系统的每个环节组成，能直观的表示系统的结构特点以及各个参变量和作用量在系统中的作用，表示各个环节的相互联系。

第四章主要是说控制系统的时域分析法，说的是时域分析法对于线性定常系统，可基于系统的微分方程，利用拉氏变换为数学工具，直接求解系统的时域响应。并利用想应该表达式或响应曲线分析自动控制系统的性能，一个系统的时域响应取决于系统本身的结构参数，又与系统的初始状态以及作用于系统的外作用有关。阶跃响应的性能指标，把控制系统的响应时间顺序可分为动态过程和稳态过程，分析动态过程可以评价系统的快速性和稳定性，分析系统的稳态过程可以评价系统的准确性，对于阶跃响应的性能指标，我们要求调整时间要短，超调量不能太大，稳态误差要越小越好，最好等于零。这几个变量是相互矛盾的，所以要均衡好，平衡调节才可以使系统处于最佳状态，系统效率达到最大化。对于二阶系统，要让它工作在欠阻尼状态下，阻尼比应取0.707左右。这样系统具有快速性，又有过度构过程的稳定性。系统的稳定性要求系统受到外界的扰动后能在一定时间内恢复原状态，对于系统的稳定可以用劳斯判据进行计算判定。

第五章 系统频域特性分析法，虽然老师没怎么讲课，但是经过老师的指点，也对这章节有一定的了解，频域分析法是控制理论中常用的方法之一。是一种图解法，通过系统的开环特性的图形来分析闭环系统的性能。频率特性不仅可以有微分方程和传递函数求解，还可以经过试验的方式求得。对于系统分析具有极大的现实意义。频率特

性是系统对不同频率正弦输入信号的响应特性，对于一个稳定的线性系统，其输出量的幅值与输入量的幅值对频率的变化称为幅频特性，其输出相位与输入相位对频率的变化称为相位频率特性。两者称为频率特性和幅相特性。频率特性的特性：频率特性是以线性定常系统为基础的且假定微分方程是稳定的情况下推导出来的；频率特性对系统的控制元件和部件，控制装置都适用；表达式含有系统或元件部件的全部结构参数；频率特性和微分方程及传递函数一样，也是系统或元件的动态数学模型；利用频率特性可以根据开环系统频率特性分析闭环系统的性能。

学习心得，随着学期期末的到来，《自动控制原理与系统》这门课程的学习也进入了尾声，以上是我对这门课程的总结，在学习的过程当中虽然遇到了许多困难，但是在老师的悉心指导下还是一一克服了困难。随着圣餐发展和科学的进步，自动制动控制系统这技术一定会广泛应用到各个领域中去。现在学习的知识还远远不够，纸上谈兵都只能谈两页，用到实践中的又回更少了。在老师的教导下，让我们懂得了学习的重要性，在老师在课堂上穿插的话外题中，不仅让我学到了课本的知识，还让我学到了一股争气，青年人要争，这使我受益匪浅。老师不仅在教学，更是在育人。教我们学习做人面面俱到，使我更加坚定了人生道路，活到老学到老，使我们更加有气质和内涵，人只有有了气质和内涵才不会被看低，站在人群中才能有一种无以言表的成就感。今后我还将继续努力学习，为自己的人生道路上留下更多的色彩。最后还是得感谢老师的栽培！

10楼宇一班

黄湛

20xx3456

20xx年x月x日

摘要：本文根据自动控制原理的课程特点，结合自动控制原理课程的教学现状，在总结经验和教训的基础上，遵循理论联系实践的原则，结合matlab在控制领域的潜在教学功能，从教学内容和教学方式两方面想方设法提高学生学习兴趣，同时利用教学软件的优势尽力将“难学”变成“易学”，使学生真正理解学习《自动控制原理》这门课程的实际意义。

关键词：自动控制原理 课程改革 matlab

1前言

自动控制原理是电气专业的一门主干课程。该课程一方面理论性强，在培养学生抽象思维能力和逻辑能力上起着重要的作用，但是内容多学时少、课堂信息量大，使学生对教学内容难以及时进行有效地消化，不利于学生创新能力的培养。[1]另一方面实践性综合性比较强。自动控制原理内容覆盖面比较广，要求学生有比较高的数学计算能力，电气类的工科学生不能只停留在数学层面上理解，而是解决工程实际问题能力的培养。如何在有限的学时内让学生熟练掌握控制理论的基础知识，加强创新能力和工程实践能力的培养，是课程建设过程中的关键。因此，结合教学中存在的问题，在教学内容、教学模式等方面提出了几点建议。

2理论课改革

2.1教学方法改革

对于这门难度很高的课程，教学时应注重概念，弱化计算。只有

掌握了基本的概念，有了充分的感性认识，学生才有进一步自我深化的可能。而同时感性认识获得的方法莫过于实际的例子。例如：在第一章基本概念中讲解自动控制系统的定义和组成的时候，首先需让同学们明白系统的控制过程，因此我分别举了一个人工水位控制系统和自动水位控制系统来对比讲解。由于比较贴近生活，同学们对于这个人工系统的自动运行原理基本都能自发自然的理解，所以稍加引导，就很容易理解控制对象，被控量，给定值，反馈元件，执行机构等概念。

2.2教学内容的改革

自动控制原理课程是理论性较强、概念深的课程，学生普遍反映难学。我们将自动控制原理内容系统化、模块化、最优化，以解决课时少、内容多的矛盾。我们按其理论涉及领域，分为经典线性理论、非线性理论、采样系统和现代控制理论四个模块；按其研究的基本问题，将其分为系统的数学模型、系统的性能分析和系统的综合设计三个基本问题；按其课程的本质而言，直接分为控制系统的特性分析方法和控制器的设计理念。例如，采用了以建立基本概念和掌握基本技能够用为度的知识论述深度原则。基于现代计算机辅助分析设计技术大量应用的现状，减低了系统人工分析部分的比例和重心，节约课时，提高授课效果。

2.3强化启发式教学，搞好创新教育

传统的教学模式，一般都是按照教材的自然顺序按部就班地进行讲解，并且课堂授课中，教师需在黑板上做大量的数学分析推导，

画大量的曲线，因此课堂教学往往是索然无味的公式推导、定理证明和手工绘图。在教学中，要改变多年来较为死板的授课方式，充分利用现代化教学手段和生动活泼的教学方式，使课堂教学图文并茂、生动活泼，发挥和调动学生的学习积极性，采用启发式教学，由浅入深。在课堂教学中，通过布置思考题和预习的形式，要求学生课前充分准备，由学生上台讲述有关内容，既考察了学生学习的自觉性和理解能力，又锻炼了学生的表述能力，同时，还加深了对知识的理解和记忆。为了避免教师在讲台上唱独角戏，学生被动接受知识的局面的出现，应采用了讨论课的形式，进行教学互动，使课堂教学生动活泼。为了在教学中充分发挥学生的主观能动性，要培养学生的创新能力，我们一改传统教学中只注重知识的传授而忽视学生思维能力培养的教学方法，更注重在知识的传授过程中来引导、启发学生积极思维的启发式教学方法，使得学生在获取书本知识的同时，其思维能力也有很大的提高。教学过程中掌握好教学节奏，合理的留取学生思考的时间，就能真正的实现教与学的互动，充分激发学生的发散思维，调动学生学习的积极性。

2.4注重对学生进行系统化、工程化概念的强化

例如有意识地在教学中特别加强加深有关系统数学模型内容的讲述，深入浅出地介绍多种机电、热力、液力系统的数学模型的推导过程和结果，使学生能更多更分地了解到一些控制问题的实际工程背景。

2.5改革考核方式

为了使得学生能够在学好理论的同时将其运用到实际中，激发兴趣，强调过程考核，并且提高考试成绩和及格率，突出教学重点，对这门课实施考试改革以配合教学改革[2]。通过考试改革可以带动教学改革进程，构建融会贯通、紧密配合、有机联系的课程体系。为了培养学生的学习能力和实践能力，同时检查教学效果，在一些章节后组织编排综合型的题目，让学生以小论文的形式提交，将其成绩记录到期末总成绩的平时成绩中。这门课的教学内容可以分成两大部分内容的研究：前三章为控制系统的时域分析，偏重经典理论的研究；后两章为控制系统的频域分析，偏重工程实际应用。针对这样的内容特点，安排两次大作业，让学生对一个生产生活中的实例从时域分析和频域分析方法入手分析系统的稳态过程和暂态过程。大作业成绩也记录到期末总成绩的平时成绩中。最后卷面成绩折合成60%，平时成绩占40%。

3实验课教学改革

3.1将matlab应用于虚拟实验中

《自动控制原理》是电气专业学生重要的专业基础课，是后续专业课程的基础。各高校对该课程实验设置与投入都给予了高度重视。但是，其硬件实验存在着实验设备易损、实验结果不稳定等问题，如何让学生直观、便捷地了解《自动控制原理》的基础知识，准确、方便地从实验结果中进行推理是实验教学改革的一个重要问题。虚拟实验是现代实验教学的发展模式，它有效地补充和完善了传统实验，缓解了实验设备不足和滞后等问题。近年来matlab在

《自动控制原理》虚拟实验中得到了广泛的应用。matlab包含了进行控制系统分析与设计所必须的工具箱函数，可以分析连续系统，也可以分析离散系统，并可以进行极点配置控制器设计和最优控制系统设计等多项操作。现以连续系统中的时域分析法、频域分析法及根轨迹分析法为例介绍。

基于matlab开发的虚拟实验仿真系统，具有方便、直观、便捷、不易损坏、操作简单等优点。根据实验要求，利用matlab软件建立的虚拟实验仿真系统，实现了人机交互，通过对相关参数的设置，成功地对控制系统进行仿真，便于学生对知识的理解，也为学生学习和实验带来便利，使学生能够更为深刻地理解自动控制的基础理论，达到很好的实验效果。这种虚拟实验系统有效地发挥了现有各种信息化教育资源的优势，优化了资源配置，便于实现教育资源的广泛共享。

3.2设立开放实验室

采用设立开放实验室，使学生在掌握基本实验的基础上，充分利用已有的实验设备，增强动手能力。目前开放实验室内容还在继续完善中，已有包括多种电机控制、单容水箱模型、液位综合实验、机器手模型、简单飞行器控制模型等实际系统的模型。学生们可以利用这些模型来检验和巩固自己课堂中所学的系统分析以及系统设计的方法。

4、结束语

在自动控制原理课程建设过程中，这些建议极大地调动了学生学

习自动控制原理的主动性，培养了学生的创新能力和工程实践能力。虽然取得了比较好的教学效果，但仍需在今后的教学中作进一步的探索与改进。

参考文献：

[1]李春卉，苏欣平，周京京. 浅谈“自动控制原理”教学中创新能力的培养[j]. 中国电力教育， 20xx（22）： 105-106

[2]王艳.自动控制原理教学方式考试形式与实验的改革[j].电气电子教， 20xx（4）：72

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自动控制原理学习心得（7篇）