时间：2022-12-05 22:59:08
基于自动控制原理课程特点，一般意义上的Sem-inar教学并不适用。可在课程教学过程中穿插Seminar教学模式，一个学期内进行2~3次即可。归结起来，这种Seminar教学模式可分三部分：任务布置，课堂交流，成绩评定。
1.任务布置。在课程进行到某一阶段，将任务分配给学生。任课教师向学生提供一份详细的Seminar课程计划，内容包括Seminar教学目标、Seminar选题范围、成绩考评标准以及关于各个选题的相关参考。根据班级人数具体情况和选题范围，将学生分成若干小组，此环节教师要干预，保证每个小组既有成绩好的学生也有成绩较差的学生，这样既避免了小组间的优劣悬殊，又可以达到好学生带动差学生的目的。然后学生自由选题，每个小组领到一个题目，经过1~2周的课下准备，进行具体的课堂交流。
2.课堂交流。不同于一般的Seminar教学，每次只进行一个主题。在自动控制原理课程的Seminar中，要进行多个题目的讨论，每个题目为时20~30分钟，共计100分钟。首先每个小组选择代表宣讲或演示所选题目的分析研究结果，然后其他组员给予补充，时间约为8~10分钟。其后，教师和学生们在此基础上展开积极提问和热烈讨论，发表自己的不同意见，时间约为10~15分钟。随着讨论的不断深入，新的问题和观点会不断涌现，教师在Seminar上除了倾听、参与和评价学生们的讨论之外，还要注意控制讨论节奏，引导学生发言，保证课堂上每一个学生都有机会充分表达自己观点。最后，再由教师对整堂课的内容做出简明的梳理、总结、扩展和引申，时间约为3~5分钟。Seminar的目的在于使学生处于一个相对轻松、平等的环境，对课堂上学习过的一些知识，勇于发表自己的见解，进行观点交流、碰撞、融合和分享，使存在于学生内心深处的问题浮出表面。
3.成绩评定。教师对学生在Seminar的成绩评定，将作为期末成绩的组成部分。学生Seminar成绩的评定由课堂宣讲、个人发言对集体讨论的贡献情况、书面报告、出勤率四部分组成。课堂宣讲以小组为单位，或以多媒体辅助进行，它是学生口头展示分析结果，引发Seminar讨论的基础，教师根据学生准备情况评分，口头表达的学生代表酌情加分。Seminar上的集体讨论有助于学生在现有的分析总结基础上深化对于自己题目的认识，开展进一步的探索和分析，以形成完整的书面报告。书面报告所涉及分值将占Seminar成绩评定的较大分值，教师对书面报告要严格把关，同一小组的学生的书面报告不能雷同，应给予学生充裕的时间去完成。个人发言和出勤率，是用于衡量学生在参与Seminar讨论时的表现。一般情况下，个人发言和参与讨论情况所占分值比例较出勤率要高，因为讨论部分是Seminar最核心内容，是用于激励学生不再仅仅满足于“身在课堂上”，从而脱离他人讨论时的“旁观者”的身份，改被动为主动，积极参与发言。教师根据发言情况和发言的质量评定成绩。
二、实施Seminar教学的关键问题
1.构建具有自动控制原理课程特色的Seminar模式。自动控制原理课程是本科专业的专业基础课，其内容繁多，理论性和基础性较强，课程的特点并不适合一般意义上的Seminar教学模式。需根据自动控制原理课程的实际情况构建适合它的Seminar模式。不适合整个学期采用Seminar教学，最好在学期中，课程进行到某一阶段，适当地组织Seminar教学。任课教师根据实际情况制定选题范围，并给出成绩评定，作为学期成绩的重要组成部分。这样，教师应用两种不同的教学模式———传统的课堂讲授的教学模式和Seminar教学模式，引导学生进行探究式的教学活动。Seminar的引入，不是原有的课堂教学的对立或重复，而是对整个教学过程的一种有益补充、深化和应用。在这期间，采用一种任务驱动模式，引导学生探索主动学习。因此，适时引入Seminar教学模式进行教学改革，不失为自动控制原理教学过程的一种有益的尝试和探索。
2.制定合适的选题范围。Seminar的主题内容要兼顾课程的整体性、层次性，且具有一定的系统性、可讨论性和拓展性。任课教师需拟定详细的、条理清晰的整体筹划纲要，形成一以贯之的学术脉络，并将课程内容分割形成具体的、可操作性的相关主题，能够使讨论有序进行。
3.设立严格规范的课堂交流制度。Seminar教学活动不能简单化地等同一般的课堂讨论，否则将失去Seminar教学的意义，因此必须制定严格规范的交流制度。在制度的运作上，必须严格、公正、一视同仁，奖惩分明，评分严格。若有的同学出现抄袭报告的情况，雷同报告一起作废。表现优秀的同学要适当加分。交流过程中，及时控制讨论节奏，避免使活动流于一般的泛泛而谈，甚至出现游离于主题之外的闲聊和不负责任的空发议论，从而走向歧途。
4.任课教师应具备良好的素养和较强的控场能力。Seminar教学模式对任课教师的综合素质提出了更高的要求，要求任课教师具有较高的专业水平和奉献精神。能够即时把握学科发展动向，收集相关素材，提炼升华课程内容，以战略性的眼光制定选题范围，既能适合目前学生特点，又能体现专业课程内容的特点。Seminar教学模式的引入，无形中增加了教师的工作量，备课难度增大，课外指导学生的时间增加，批阅书面报告的时间和精力增加。这都要求教师具有敬业奉献精神，孜孜不倦，无怨无悔。在学生的讨论交流过程中，教师要善于及时地捕捉有价值的信息，例如新观点、建议和学生的困惑，以便有效进行下一步的教学。
三、Seminar教学模式在本科生培养中的积极意义
1.全面调动学生的积极性，变被动为主动。Semi-nar模式最大的特点是改变传统的学生只听不讲这一垂直的单向教学模式。要求学生根据指定任务主动去探索，寻找答案，然后在相对开放的平等空间里，亮出自己的答案，也亮出自己。这种模式也为参与者提供了相互激励的空间背景。
2.培养学生的查阅资料能力、表达能力。Seminar教学模式的引入，要求学生课前准备阶段必须广泛查阅资料，自主分析总结，这样他们将提前接触各类数据库的文献检索，并熟练操作技能。在语言表达能力方面，Seminar的讨论需要学生逻辑清晰地表达观点，重点明确地回答疑问，有理有据地进行辩论，积极理性地说服他人；在书面写作能力方面，学生对于选题的最终研究成果都要以报告的形式出现。
3.培养学生的团队合作精神。自动控制原理是专业基础课，面向学生90人左右，必须分成若干小组进行Seminar教学，设一组长负责联络本组同学，同一小组的同学面向同一任务，这时候需要小组成员分工合作，共同查阅资料，分析整理研究，课堂交流进程中，作为一个团体，回答其他小组的发问质疑，并提出问题。在整个准备过程中，相互学习，相互促进，相互激励，增进同学之间的学习情谊和集体荣誉感，培养他们的团队合作精神。
4.平等互动的独特模式，达到教学相长、共同提高的目的。Seminar教学模式的独特性体现在师生之间的平等关系，大家可以任意提出问题，发出质疑，双方平等互动。这个平等、公正、亲和的结构空间，“师不必贤于弟子，弟子不必不如师”，为“教学相长”的现实化提供了真正的可能。教师在整个讨论过程中，根据学生的提问、回答，不断地总结自己的教学经验和处理问题的经验。教与学有机地、动态地融合在一起。
四、结论
关键词：自动控制风机盘管变风量系统制冷装置新风机组恒温控制器电动阀
一、工程概况：
本空调工程全部采用吊顶暗装风机盘管加独立新风系统。室内风机盘管承担全部的室内冷负荷和湿负荷，新风机组把引入的室外新风处理到室内焓值，再按需求分配到各个房间。按舒适性空调设计，采用露点送风。系统冷热源选用风冷式空气源热泵，安置于天台上。空调水系统采用一次泵定水量系统，双管制，闭式循环。系统主机采用远程控制，各房间的风机盘管可单独控制调节。
二、空气房间温度自动控制是通过接通或断开电加热器，以增加或减少精加热器的热量，而改变送风温度来实现的。
空调温度自动控制系统常用的改变送风温度方法有：控制加热空气的电加热器，空气加热器（介质为热水或蒸汽）的加热量或改变一、二次回风比等。室温控制规律有位式、比例、比例积分、比例积分微分以及带补偿与否等几种。设计时应根据室温允许波动范围大小的要求，被控制的调节机构及设备形式，选配测温传感器、温度调节器及执行器，组成温度自动控制系统。
（1）控制电加热器的功率
控制电加热器的功率来控制室温的系统，其原理图及方框图见下
①是室温位式控制方案，由测温传感器TN，位式温度调节器TNC，及电接触器JS组成。当室温偏离设定值时，调节器TNC输出通断指令的电信号，使电接触器闭合或断开，以控制电加热器开或停，改变送风温度，达到控制室温的目的
②是室温PID控制方案，由测温传感器TN，PID温度调节器TNC及可控硅电压调整器ZK组成，可实现室温PID控制。
（2）控制空气加热器的热交换能力
控制进入空气加热器热媒流量的室温控制系统及其原理如下：
该方案是由测温传感器TN，温度调节器TNC，通断仪ZJ及直通或三通调节阀组成。当室温偏离设定值时，调节器输出偏差指令信号，控制调节阀开大或关小，改变进入空气热交换器的蒸汽量或热水量，从而改变送风温度，达到控制室温的目的。
（3）制进入空气加热器的热水温度
该温控方案组成与上面相同，不同的是控制三通阀来改变进入空气加热器的水温，改变热交换能力，达到控制室温的目的。
三、房间空气相对湿度自动控制的方法
空调房间温湿度控制：
空调房间温湿度的干扰因素的多样性，气候变化的多工况性以及房间存在的较大的热惯性等因素使得利用单回路直接控制房间温湿度的方法难以达到满意的调节效果。因此，应该另选有效的方法。针对空调房间的热特性，采用串级调节较适宜。其调节框图如图所示
室温调节器用于克服维护结构传热，室内热源散热引起的室温干扰。室温调节器根据房间内实际温度与设定温度的偏差调整送风温度的设定值。送风温度调节器则用来控制送风温度。这一环节主要克服在不同的季节，新风、回风混合比的变化引起的对换热器的出口状态干扰。使其在进入房间前受到一定的抑制，减少对室内状态的影响。采用串级调节后，还能改变对象的时间特性，提高系统的控制质量。
四、风机盘管空调系统的自动控制
（一）温控器
（1）风机盘管宜采用温控器控制电动水阀，手动控制风机三速的控制方式。风机启停与电动水阀连锁。
（2）冬夏季均运行的风机盘管，其温控器应有冬夏转换措施。一般以各温控器独自设置冬夏转换开关为好。
（二）节能钥匙
（1）房间设有节能钥匙系统时，风机盘管宜与其连锁以节能。
（2）当要求不高时，可采用插、拔钥匙使风机盘管启动或断电停转的方式。使用要求较高时，可增设一个温度开关。
（三）定流量水系统
风机盘管定流量水系统自控方式较简单易行，但节能效果没有变流量自控方式好。
五、风机盘管的定流量水系统自动控制
该工程使用定流量二管制，其风机盘管机组的控制通常采用两种方式。
（1）三速开关手控的二管制定流量系统
采用二管制水系统时，表面冷却器中的水是常通的。水量依靠阀门的一次性调整，而室温的高低是由手动选择风机的三档转速来实现的。
（2）温控器加三速开关的二管制定流量水系统
采用这种控制的水系统时，表面冷却器中的水是常通的，水量依靠阀门一次性调整。室内温度控制器控制风机启停，而手动三档开关调节风机的转速。
温控器选择AFT06*系列即可满足要求。该系列是带浸入式套管的。
六、变风量系统的监控
变风量系统的基本思想是当室内空调负荷改变以及室内空气参数设定值变化时，自动调节空调系统送入房间的送风量，使通过空气送入房间的负荷与房间的实际负荷相匹配，以满足室内人员的舒适要求或工艺生产要求。同时送风量的调节可以最大限度的减少风机的动力，节约运行能耗。
除了节能的优势外，VAV系统还有以下特点：（1）能实现局部区域的灵活控制，可根据负荷变化或个人舒适度要求调节。（2）由于能自动调节送入各房间的冷量，系统内各用户可以按实际需要配置冷量，考虑各房间的同时使用系数和负荷分布，系统冷源配置可以减少20%~30%左右，设备投资相应较大减少。（3）室内无过冷过热现象。
该系统采用单风管再加热VAV空调系统，其原理和控制系统图如下：
七、空调用制冷装置的自动控制
1、蒸发器的自动控制
空调用制冷装置系统的蒸发器和冷凝器温度的自动控制如图所示
空调负荷是经常变化的，因此，要求制冷装置的制冷量也要相应地变化。而制冷量的变化，就是循环的制冷剂流量的变化，所以需要对蒸发器的供液量进行调节，实现对载冷剂即被冷却物质的温度控制。空调用制冷装置的中常用的供液量自动控制的设备是热力膨胀阀。
热力膨胀阀的一种直接作用式调节阀，安装在蒸发器入口管上，感温包安装在蒸发器的出口管上。DV1和DV2是电磁阀，压缩机停时，电磁阀立即关闭，切断冷凝器至蒸发器的供液。
2、冷凝器的自动控制
在制冷装置上通常用冷却水量调节阀来调节冷凝温度。冷却水量调节阀是一种直接作用式调节阀，安装在冷凝器的冷却水进水管上，它的压力测量温包安装在压缩机的排气端，或冷凝器的制冷剂入口端，以感受Pl的变化。
3、制冷装置的自动保护
为了保证制冷装置的安全运行，在制冷系统中常有一些自动保护器件。制冷系统常用的自动保护包括排气压力保护、吸气压力保护、减压保护、断水保护、冷冻水防冻保护等。其系统图如下：
（一）排气与吸气压力自动保护
在制冷设备中设置了安全阀，还使用压力控制器来控制排气压力。当排气压力超过设定值时，压力控制器立即切断压缩机电动机电源，起高压保护作用；控制吸气压力的采用压力控制器PxS。它对吸气压力有保护作用。
（二）油压的自动保护
在制冷压缩机运转过程中，它的运动部件会摩擦生热。为了防止部件因发热而变形而发生事故，必须不断供给一定压力的油。油压控制器是一个压差控制器，用它可以实现制冷装置油压的自动保护。
（三）断水自动保护
为了保证压缩机的安全，在压缩机水套出水口和冷凝器出水口，装设了断水保护装置。该装置是由测量冷凝器出水口水的电阻的两个电极，配以晶体管控制电路的水流控制器SLS及继电器所组成。
（四）冻水防冻自动保护
在制冷装置运行中，蒸发器中冷冻水温度过低，容易发生冻结影响压缩机的正常运行，因此设置了冷冻水防冻自动保护系统。该系统是在蒸发器出口端安装了温度控制器TfS，当冷冻水出口处温度降至较低时，温度控制器使中间继电器断开，压缩机也就停止运转；在压缩机停转后，若蒸发器冷冻水温度回升到某一温度时，温度控制器使中间继电器接通，冷冻水泵和冷却水泵就重新启动，而压缩机也恢复运转。
4、水量调节阀的选择：
根据系统水管管径尺寸为：DN25DN32DN50三种，选择相应阀门口径的电动调节阀。结果如下：（品牌：丹佛斯）
阀门口径KV值经过阀们的流量（m^3/h）
压降(bar)压降(bar)压降(bar)压降(bar)压降(bar)压降(bar)压降(bar)压降(bar)压降(bar)
0.20.250.30.350.40.450.50.550.6
DN25104.475.005.485.926.326.717.077.427.75
DN32167.168.008.769.4710.1210.7311.3111.8712.39
DN504017.8920.0021.9123.6625.3026.8328.2829.6630.98
二通阀选择：DN25Kvs=10m^3/h编号：065Z3420法兰连接VL2（PN6）
065B1725法兰连接VF2（PN16）
065B1525法兰连接VFS2（PN25）
DN32Kvs=16m^3/h编号：065Z3421法兰连接VL2（PN6）
065B1732法兰连接VF2（PN16）
065B1532法兰连接VFS2（PN25）
DN50Kvs=40m^3/h编号：065Z3423法兰连接VL2（PN6）
065B1750法兰连接VF2（PN16）
065B1550法兰连接VFS2（PN25）
三通阀选择：DN25Kvs=10m^3/h编号：内螺纹：065B1425外螺纹：065B1325
法兰连接VF3，VL3
DN32Kvs=16m^3/h编号：内螺纹：065B1432外螺纹：065B1332
DN50Kvs=40m^3/h编号：内螺纹：065B1450外螺纹：065B1350
模拟量控制驱动器：AME15，AME16，AME25，AME35
AME电子驱动器用在DN50以下的VRB，VRG，VF，VL，VFS2，VEF2阀门。该驱动器自动适应行程到阀的终端位置以减少调试时间。电源电压：24V~。适配器编号：065Z7548，介质温度超过150℃。阀杆加热器，用于DN15~DN50的阀门，编号是065B2171。
手动平衡阀：MSV-C该阀用于平衡制冷、供热和生活用水系统的流量。其特点有：固定的测量孔板；带有2件针式测量接头；手轮具有关断功能，一圈360度均可读数；数字刻度指示，并具有锁定功能；固定孔板测量精度是+-5%，MSV-C为内螺纹。
八、风机盘管系统的监控
风机盘管系统的控制通常包括风机转速控制和室内温度控制两部分。
1、风机盘管系统的监控功能
（1）室内温度测量；（2）冷、热水阀开关控制；（3）风机变速及启停控制
其监控原理图如图
九、新风机组的监控
新风机组通常与风机盘管配合进行使用，主要是为各房间提供一定的新鲜空气，满足人员卫生要求。其基本监控功能有：（1）监测功能检查风机电机的工作状态，确定是处于开或关；检测风机电机的电流是否过载；测量风机出口处的空气温湿度，以了解机组是否已将新风处理到要求的状态；测量空气过滤器两侧的压差，以了解过滤器是否要求清洗；检查新风阀状态，确定是开还是关。（2）控制功能根据要求启停风机；控制水量调节阀的开度；控制干蒸汽加湿器调节阀的开度；换热器的冬季防冻保护（3）集中管理功能显示新风机组启停状态，送风温湿度，风阀，水阀状态。通过中央控制管理机启停机组，修改送风参数设定值
为实现上述功能，相应的硬件配置如下：
新风机组的新风阀配置开关式风阀控制器。这是因为新风机组的风量是根据工作区内人员数量计算出来的，一般不做调节，因此新风门只有开、闭两种状态。在风机开启时，风阀全开，停机时，风阀全关。风阀的控制通过一路DO通道完成。当输入为高电平时，风阀全开；低电平时，风阀全关。若要了解风阀的实际状态，还可以用一路DI接受风阀执行器的反馈信号。
十、电子机械房间恒温控制器RMTE
该控制器广泛应用于商业、工业和住宅建筑。适用于供热，制冷和全年空调系统的室温控制，特别是风机盘管和电加热器等。特点是：高度敏感，无基准振动问题，硬防火塑料底座和上盖，一体结构，易于安装，系统OFF位置，切断所有环路。RMTE-HC2适用于2管制供热/关断/制冷，温度范围是10~30℃。电源等级：230V+-10%50/60HZ电流等级：恒温控制器1A230V/AC风机6（2）A230V/AC
十一、区域电动阀ZV-2/3
该系列阀门与时间温度控制器一起用来控制家庭和商业的中央供热，热水及冷水系统中的水量。主要参数：适用于各种安装要求和偏好，适用于供热和供冷应用，性能可靠，使用寿命长，易于安装和接线，结构坚固。相关数据如下：
类型产品编号种类DN关闭压力KV螺纹（外）介质
ZV-215087N72402-通开/关152.5bar3.2G1/2”制冷/热水（+5/+90）
ZV-220087N7241202bar3.2G3/4”
ZV-225087N7242250.8bar6.8G1”
ZV-315087N72373-通分流器152.5bar4.3G1/2”
ZV-320087N7238201bar4.6G3/4”
ZV-325087N7239251bar5.7G1”
十二、SIEMENS3LD主控和急停开关
3LD1开关可用于控制主回路、辅助回路以及三相电机和其它负载。应用
它是手动隔离开关，符合IEC947-3/DINVDE0660第107部分(EN60947-3)标准，并且满足隔离要求。3LD1控制开关可以用于：起/停(ON/OFF)。控制该开关有三个相邻的主触头，在开关的任何一边都可以装第四个触头。这个触头可以是N触头或一个带1常开和1常闭触点的开关
SIEMENS3TH中间继电器
3TH系列中间继电器，适用于交流50Hz或60Hz，电压至660V和直流电压至600V的控制电路中，用来控制各种电磁线圈及作为电信号的放大和传递，符合IEC947，VDE0660，GB14048等标准。继电器动作机构灵活，手动检查方便，结构设计紧凑，可防止外界杂物及灰尘落入继电器的活动部位。接线端都有罩覆盖，人手不能直接接触带电部位，安全防护性很高；继电器电磁铁工作可靠、损耗小、噪音小、具有很高的机械强度，线圈的接线端装有电压规格标志牌，标志牌按电压等级著有特定的颜色，清晰醒目，接线方便，可避免因接错电压规格而导致线圈烧毁。
十三、压差控制器
根据阀门口径，选择以下几种：ASV-PVDN25ASV-PVDN32AIPDN50
ASV压差平衡阀可自动保证供热和制冷系统的水力平衡。该工程中采用的是定水量系统，压差控制器用在排气与吸气压力自动保护中。使用ASV阀门，可避免烦琐的调试过程，安装完阀门即可。在所有负荷下自动平衡系统，也有助于节能。安装时需安在回水管，且流向应与阀体上的箭头一致。
十四、参考文献
建筑环境与设备的自动化刘耀浩天津大学出版社
建筑设备自动化卿晓霞重庆大学出版社
关键词 工程教育认证；现代控制理论；复杂工程问题；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）18-0106-03
Abstract Engineering education certification is the professional cer-tification for the higher education institutions to set up specialized education， and it requires the undergraduate education to be aimed at the analysis and solution of complex engineering problems. In this
paper， the characteristics and purse of modern control theory course are pointed out， the problems existing in teaching this course for under-
graduates are stated， and some detailed methods of teaching reform on modern control theory are proposed. Using a multi-disciplinary method stimulates the students’ interest in learning， improves the tea-ching effect， and enhances the students’ analysis and solving ability for the complex automation engineering problem.
Key words engineering education certification； modern control theory；complex engineering problems； teaching reform
1 引言
近年来，由于我国设立工科专业的本科高校、开设的工科本科专业、工程教育本科在校生等规模比较大，工程教育认证得到越来越多工科院校的广泛关注与积极申请[1]。2015年3月，中国工程教育认证协会修订了《工程教育认证标准》，包括通用标准和各专业补充标准，并在“毕业要求”上做了重大改变，增加为12条要求，而且重点突出本科教育要落实在“复杂工程问题”的分析与解决[2]。虽然没有明确定义“复杂工程问题”，但认证标准对“复杂工程问题”特征属性进行了详细说明[2]。
作为控制理论的基础知识，现代控制理论是众多高校自动化相关专业的高年级本科生的必修课程，其课程教学也引起越来越多的重视[4-7]。江南大学自动化专业和电气工程及其自动化专业每年有近250名学生必修现代控制理论课程，所以探讨工程教育认证背景下现代控制理论课程的教学改革迫在眉睫。笔者根据多年从事现代控制理论课程教学的实践经验，深入分析该课程的特点、目的以及教学中存在的难点，针对如何提高学生对复杂工程问题的分析与解决能力，介绍一些具体的解决办法与途径。
2 课程特点及教学目的
现代控制理论是工科自动化相关专业的必选专业课程，其目的是使学生在学习自动控制原理基础上，对控制理论的有更深入、更广泛的学习与掌握。作为专业必修课程，现代控制理论的课程特点是：理论性偏强，过于抽象；内容丰富，综合性强。对于大学本科生而言，通过本课程的学习应该能够掌握状态空间分析方法的基本概念，在时域中建立控制系统的状态空间表达式数学模型的方法，求解控制系统的状态空间表达式的解，线性控制系统的能控性和能控性分析，线性控制系统的李雅普诺夫稳定性分析方法，线性定常系统的综合法，线性离散系统的分析和综合方法，并为毕业后从事自动化及其相关专业的学习和研究奠定坚实的理论基础。目前，工程教育认证要求现代控制理论课程要切实解决自动化复杂工程问题，提高学生对自动化复杂工程问题的分析与解决能力。
3 现代控制理论教学的特点与存在的问题
作为自动化、电气工程等专业的必修课程，现代控制理论是在完成自动控制原理、线性代数等基础课程之后开设的，使学生更深入了解本专业的基础理论知识、应用前景与发展方向。因此，教学过程中要注重教学内容的复杂工程应用性、实践性、针对性和专业性。参照工程教育认证标准，本科现代控制理论课程教学普遍存在如下问题，亟待改革。
理论性强，课堂教学沉闷 由于现代控制理论具有理论性强和内容抽象的特点，讲课重点通常落实在理论知识、概念和公式推导上，忽视对学生工程实践能力的引导与培养，从而学生很难将现代控制理论应用于实际工程系统的设计中，很难提高复杂工程问题的分析与解决能力。此外，很多教师采用多媒体课件进行教学，课堂上一味地播放演示文稿，缺乏与学生的交流和互动，致使课堂气氛沉闷，教学效果差。
教材内容单一，脱离工程实践 现有教材的特点主要有：内容重点关于理论概念和公式演算，通过简单示例来演示，包括RLC电路、电机系统、牛顿运动定律等[3]，其他专业相关的复杂工程示例偏少；概念抽象，公式复杂，从而缺失了工程形象感官，脱离了工程实践，教学效果往往达不到预期；与经典控制相比，现代控制理论对解决多变量复杂控制系统具有优越性，而这一特点在教学过程中往往被忽视，同时这一点也是解决复杂自动化工程问题的有力手段；此外，与经典控制理论之间的联系不够紧密。
课程时间安排滞后 以江南大学为例，在教学中，学生对该课程内容的学习效果还取决于基础数学线性代数的掌握情况，但是现代控制理论课程安排滞后于线性代数至少4个学期，大部分学生对线性代数的内容已经陌生，所以教学效果没有达到最好。
学生对仿真设计软件陌生 随着计算机技术的快速发展，虚拟仿真技术在自动化类专业课程教学中起到越来越重要的作用，且自动化相关专业所涉及的仿真软件非常多，如MATLAB[8]、LabVIEW[9]、Multisim[10]等。现代控制理论课程中的数学模型所针对的实际对象可以通过仿真软件来模拟，如电路、水箱等，尤其针对复杂自动化工程问题，仿真实验可以加强学生对控制理论的掌握，加深对控制理论的理解，同时增强学生的学习兴趣，如四旋翼无人直升机、倒立摆控制系统、球杆控制系统等[7]。然而，大多数本科生对这些仿真软件比较陌生，很难对控制理论问题进行仿真研究，尤其无法对复杂工程问题进行仿真研究。
4 教学改革措施与途径
由于现代控制理论课程存在对数学基础要求高，理论性偏强，课程安排滞后数学基础课程，缺乏工程实践验证等问题，教与学的过程中都存在问题，尤其在学生学习过程中存在数学推导枯燥无味、缺乏工程背景、所学知识难以理解等问题。由于是自动化相关专业的本科培养计划的必修课程，现代控制理论的教学改革研究引起众多高校教师的关注[4-7]。结合多年从事现代控制理论教学工作的经验，笔者从自身实践出发，参考工程教育认证中的毕业要求，提出相应的课程教学改革研究的思路与想法。
注重理论思维，简化理论推导，选取典型示例 教材是学生学习的主要参考，现代控制理论课程的教材和教学内容的适当选择对教学效果有至关重要的影响。在教学内容的选取方面应该做到：强调控制思想的逻辑贯通，弱化数学公式的推演，演示丰富有趣的实际示例，从而激发学生的学习兴趣。针对数学模型，选择示例演示也要根据具体内容进行安排、难易适中，实际教学中可以采用学生易接触和易掌握的示例，如RLC电路、质点运动等。
呼应经典控制，切合工程实践，解决复杂工程问题 现代控制理论是基于线性代数与矩阵论的专业基础课程，旨在增强学生的控制理论基础，加强和提升学生的控制思想和控制方法。教师在教学过程中应该将现代控制理论联系经典控制理论，不时将两者进行对比、对照（如数学模型、运动轨迹、稳定性、控制器设计等），从而使学生对现代控制理论基本概念的理解得以加强。此外，任课教师须从工程应用角度来提出现代控制的重要概念，如能控性、能观性、稳定性等，增强学生对理论概念的理解和激发学生的学习热情。针对现代控制理论教学内容，再结合教师自身的科研与学术经验，应安排一定的课时来着重阐述如何利用现代控制理论来解决复杂工程问题，如四旋翼飞机的控制器设计问题、复杂过程控制系统的分析与控制器设计等。
课内课外综合教学 借助于多媒体技术的快速发展，教学方法和手段也得到不断改进，但如何采用适当的教学方法与手段来活跃课堂气氛，进而达到比较好的教学效果，仍然需要进一步探讨。获得良好教学效果的首要前提：授课者必须明确教学大纲，深刻理解与掌握教学内容，备课充分。同时，课堂教学中除了演示文稿或抄写板书，必须注重教学方法的改进，结合多种教学方法来活跃课堂气氛，从而激发学生的学习兴趣：针对教学内容，设计构造性问题来激发学生思考、讨论和回答，通过互动交流来活跃课堂气氛；随着计算机与通信等技术的发展，多媒体教学多姿多彩，不再是单一的播放幻灯片，动画、音响和录像等其他多媒体形式也得到广泛应用，尤其在复杂工程问题的引入与讲解过程中更具有生动性和真实性，多样的教学内容来吸引学生的关注和学习兴趣；为加强现代控制理论课程的掌握，教师需要学生在课后进行习题演练，利用现有的一些课后作业辅导APP，及时与学生进行辅导交流，学生能够实时与教师交流，增强学习兴趣和学习效果。
虚拟实验教学改进 现代控制理论的教学目标除了要求学生学习与掌握理论知识，还要求学生能够应用控制系统的设计方法解决实际问题，为本科毕业设计（论文）和研究生阶段学习打下坚实基础，因此，现代控制理论教学需配备相应的实验（或虚拟实验）教学。现代控制理论主要考察多变量系统，为了增强学习效果，可以通过仿真软件对多变量系统进行仿真实验，应用相对比较广泛的软件有MATLAB、LabVIEW、Multisim等仿真软件。运用MATLAB和LabVIEW软件所包含的控制工具箱和库函数，可以简单快捷地设计控制器，并应用到系统数学模型或实际模型的控制中，更能直接体会与感受控制器的性能特点与控制效果。使用LabVIEW软件可以设计前面板，模拟实际对象，更具有可观赏性；使用Multisim软件可以设计复杂电路，模拟真实电路，观察电流、电压变化情况，对系统的分析与综合更具有直观性，加强学生对所学内容的理解。同时，MATLAB软件的M语言和LabVIEW软件的G语言的程序编写控制算法程序可以加深学生对工程实践中控制算法的实质与具体实现的理解。由于课时的局限性，大部分院校都没有开设实验课程，但可以通过教师展示实验流程和提供实验方案，安排学生课后完成相应实验内容。
5 结语
针对《工程教育认证标准》中毕业要求强调的复杂工程问题的分析与解决，笔者结合现代控制理论课程的教学特点和目标，根据自身教学经验分析教学过程中的关键问题，给出相应的教学改革策略。根据本文的教学改革方案，对现代控制理论课程进行教学实践，并从教学过程中不断总结与分析，使得学生掌握现代控制理论的理论知识与设计应用，增强复杂工程问题的解决能力。
参考文献
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论文摘要：探讨了电气及自动化专业控制类相关课程关系及地位，结合控制类课程的问题进行深入的分析与研究，从教学内容、方法及形式、教材建设、实践教学等方面进行全方位、多层次的改革探索和实践，将对教学质量和人才培养方面有明显效果。
对于电气及自动化信息类专业学生来讲，控制类相关课程具有重要地位，主要包含“自动控制理论”、“现代控制理论”、“运动控制理论”、“仪表及过程控制”、“计算机控制”等相关课程。“自动控制理论”和“现代控制理论”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、基本方法的一门专业基础课该课程，是一门重要的控制类专业的基础课，具有较强的理论性，对于工程实践具有重要的指导作用，因而受到人们的广泛重视。目前不只是控制类专业，越来越多的非控制类专业也都把自动控制理论作为一门重要的专业基础课来学习。但是“自动控制理论”、“现代控制理论”课程数学计算和理论分析比重大，是本科生遇到的最抽象、难度最大的课程之一，加之未接触专业课，没有具体应用的物理模型，仅以数学模型为基线讲，学生往往会认为“自动控制理论”与专业无关而无学习兴趣，这是多年来常规教学始终感到困惑的原因。而后续“运动控制理论”、“仪表及过程控制”、“计算机控制”专业课是以电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。如何讲授“强理论性”课程，使学生真正认识到学好理论可获得对电气信息类多门专业课的理论支撑，从而学好后续专业课程是教学改革的主要目的。需结合“自动控制理论”、“现代控制理论”专业基础理论课程与“运动控制理论”、“仪表及过程控制”，“计算机控制”专业课程的问题进行深入的分析与研究，从教学内容、方法及形式、教材建设、实践教学等方面进行全方位、多层次的改革探索和实践，将对教学质量和人才培养方面有明显效果。
本项目探讨了如何更新和重组控制理论相关课程的教学内容，保证教学内容的系统性、先进性和实用性，以适应形势发展的需要。提出如何学习和掌握这些课程，包含“自动控制理论”、“现代控制理论”、“运动控制理论”、“仪表及过程控制”、“计算机控制”等控制类课程的教学内容的一些方法和措施。
一、教学内容、方法及形式改革
1.教学设计
近年来，不断更新观念，压缩精简陈旧过时的教学内容，加强现代理论及现代方法的内容，很好地解决先修课程和后续课程的衔接问题，避免内容的重复，进一步优化课程体系。建立一套适应性强的包括理论讲授、计算机辅助设计、实践教学和强化训练等方面在内的全方位教学新体系。
2.教学方法
将课堂教学、实验教学、课程研讨、网络教学等有机地结合起来，并充分利用多媒体教学手段提高教学效率、创造视觉的新感受、激发学生的学习兴趣和热情。内容取材时，不仅体现控制理论课程内知识点之间的内在联系，还体现课程群之间的相互关系。
3.教学手段
在教学组织过程中，积极采用现代信息技术改进传统的教学手段，在多媒体教学、网络课程等方面努力探索。统一制作“自动化概论”、“自动控制理论”、“现代控制理论”、“运动控制理论”、“过程控制理论”、“计算机控制”电子教案和cai课件，并将授课课件发布在课程网页上，可供学生课余预习、浏览、复习等。另外，教学大纲、授课计划、实验指导书、学习指导以及教材和参考文献均可通过网络方便查阅。在课程开始即公布授课教师的信箱和电话号码等联系方式，密切授课教师与同学之间的联系，使学生有问题可及时获得老师的辅导答疑，也可通过网上答疑相互交流，打破班级与时间的束缚，在平行班级中实行听课和答疑共享。
4.教学改革与教学研究
精简教材和教学内容，教学组定期进行集体备课，加大对该课程与前后各门课程之间的衔接研究，避免内容上的重复，使其与其他相关课程融合为一个有机的整体。建设可用于大多数工科专业的“控制理论”平台课程。不断改进和完善本课程的新体系结构，充分体现其基础性、应用性、前沿性和系统性；配合新的教材和课程体系，研究并建立配套的新实验体系，强化自主性、设计性、综合性和创新性；以matlab软件为基础，构造开放式小车倒立摆综合实验平台，将分析、设计、仿真、虚拟实验、模拟实验融为一体；开发先进的多媒体课件，将matlab平台和虚拟实验融入到教学过程中，使教学更为直观生动，更具趣味性和吸引力；完善了课程网站，完成了课程辅助教材的修改和编写，各类题库建设、网络统计功能、远程教学管理系统、虚拟实验内容的扩展及网络版的开发等；使其真正成为学生自主学习、师生互动、双向交流的园地；教考分离，采用试题库出题，统一考试，流水阅卷，考后进行详细的试卷分析。
二、实践教学改革
实践性教学环节是学生能力培养中的重要环节。工科学生除要掌握一定的工程技术知识外，还要有较强的实际动手能力。
1.改革实验课教学，建立体化实验教学体系
实验教学是“控制理论”课程的重要组成部分。通过实验不仅能够培养学生分析问题和解决问题的能力，验证所学理论，而且对所学内容能够提出一些新的见解。为了适应教学改革的需要，在实验室建设方面的指导思想是：将传统的模拟实验与matlab环境下的仿真实验相结合，将基础理论验证类实验与自主型、综合型、设计型实验相结合，将基本实验与创新实验相结合，建立一个立体化的实验教学体系，从而满足不同阶段实践教学的需要，为激发学生的创新意识提供硬件平台。
由于实验课内容和形式的多元化，大大激发了学生做实验的主动性、积极性和创新性，学生可以通过预约或上网自主地开展多项实验，进行理论验证、性能分析和综合设计，对提高学生的实践能力和本课程的学习都将起到良好的作用。
课程组织形式与教师指导方法，对于教学大纲规定的必做实验，由任课教师和实验教师共同指导完成；对于设计性、综合性、创新性实验，学生自己利用课余时间完成，可以预约指导教师给予宏观上的指导。
2.积极开展大学生科研实训活动、参与教师科研项目
引导学生积极参加大学生科研实训项目，吸引有兴趣的学生参与教师的科研活动，培养学生严谨的科学态度、创新意识、创业和团队合作精神，提高学生初步的科学研究能力以及工程实践能力，培养学生获取知识及撰写论文的能力。
三、控制理论专题授课方案
根据“自动控制理论”、“现代控制理论”、“运动控制理论”、“仪表及过程控制”课程大纲的要求，在适当时候，以某一专题讲座的方式授课。将各种教材进行比较、处理、揉合，组织成各个专题，以高质量、高水平、高效率来达到最佳教学效果。由于专题授课具有综合性、整体性和探讨性，使其信息量得以加大，知识在综合和分析中得到延伸，既提升授课内容，使之浓缩为精华，又吸引了学生的注意力和参与兴趣。
四、应用现代教育技术
开发研制了计算机辅助教学课件。教学课件以教材为蓝本，包含简明、清晰的授课讲义、重点、难点、例题演示、控制系统计算机仿真和控制系统分析计算等内容，既有课本内容的直接再现，又增加很多有助于讲解理论和计算方法的表现手段。课件以计算机为载体，既可用于课堂教学，又可通过上网，供学生进行自学和课后复习使用。控制理论的分析方法有很多图解法，如频域分析、根轨迹法、状态空间法等。利用计算机强大的计算能力仿真能力和丰富的色彩，可轻而易举地准确绘制出清晰美观的画面。采用动画技术后，图形的来龙去脉可用动态演示。计算机的图形演示与教师的讲授相结合，使教学内容形象化、具体化和生动化，增进学生的理解，提高学生的学习兴趣。
计算机仿真技术在实验教学中的应用为实验教学带来极大的方便。仿真实验具有建模方法简单、参数调整方便、结果可视性好等优点，克服常规实验内容单调、缺乏变化、元器件制约参数调整以及实验设备数量有限等不足。在教学中适当介绍并应用matlab软件，并设计出计算机辅助实验教学软件包，提供一个方便易用的图形用户界面，将matlab控制工具箱的相关功能集成一体。
网络教学平台开发。网络教学能真正体现学生的主体作用。在网络中，学生可以利用网络的交互性、检索性等特点来选择自己需要的内容进行独立学习。学生可以在任何时间进行自主学习，并且与教师在网上交流，探讨问题，在教学中发挥积极作用。
五、建立科学、有效的教学信息回馈
坚持洛阳理工学院本科毕业班所有学生中，实施“‘控制理论’相关课程的学习调查”制度。不定期进行相关问卷，包含这门课程是否易学、学习难点、学习方法、是否能学以致用等几个方面的内容，充分了解学生学习这门课的基本情况，为课程改革提供必要的依据，收到良好的效果。
六、结束语
在新世纪中，控制类学科将具有更加光明的前景，控制类研究内容将具有挑战性，研究的范围将更加广阔，电气自动化专业控制类课程的内容将不断地发展和更新，电气自动化专业控制类课程设置及教学内容改革研究也将进一步进行下去。
参考文献：
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[2]黄缘虹,等.从倒立摆装置的控制策略看控制理论的发展和应用[j].广东工业大学学报,2001,9(18):49-52.
[关键词]自动控制理论；Matlab；模糊控制；鲁棒控制；最优化控制
中图分类号：TP13-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0310-01
随着控制系统复杂性的增加，不确定因素的增多，要求各控制理论分支有进一步的发展，弥补各理论分支的缺点与不足，以满足更高的控制性能指标。现有的控制理论在线性系统控制中大都能取得良好的控制效果，但对离散、非线性复杂系统领域的研究大都刚刚起步，或处于初级阶段，远未达到人们的期望。而实际工业生产过程的模型一般都很复杂，通常具有非线性、分布参数和时变等特性。因此将控制理论的研究领域推广到非线性复杂系统有重要的实际意义。另外与宏观复杂系统控制相对的量子控制（Quantum Control）也正在作为一个全新的学科领域蓬勃崛起，它的发展也依赖于完善的控制理论和优化控制策略。近年来随着微电子、半导体、计算机等技术的快速发展也强有力的推动了自动控制理论的发展。
一、现代控制理论的产生及其发展
控制理论作为一门科学，它的产生可追溯到18 世纪中叶的第一次技术革命，1765年瓦特发明了蒸汽机，应用离心式飞锤调速器原理控制蒸汽机，标志着人类以蒸汽为动力的机械化时代的开始，后来工程界用控制理论分别从时域和频域角度讨论调速系统的稳定性题，1872年劳斯（Routh E J）和1890年赫尔维茨（Hurwitz）先后找到了系统稳定性的代数据，1932年奈奎斯特（Nyquist H）发表了放大器稳定性的著名论文，给出了系统稳定性的奈奎斯特判据。美国著名的控制论创始人维纳（Wiener N）总结了前人的成果，认为客观世界存在3大要素：物质、能量、信息，虽然在物质构造和能量转换方面，动物和机器有显著的不同，但在信息传递、变换、处理方面有惊人的相似之处，1948 年发表了《控制论―或关于在动物和机器中控制和通讯的科学》，书中论述了控制理论的一般方法，推广了反馈的概念，确立了控制理论这门学科的产生。
1.经典控制理论。第一代称为“经典控制理论”时期，时间为20 世纪40～50 年代。它研究的主要对象多为线性定常系统，主要研究单输入单输出问题，研究方法主要采用以传递函数、频率特性、根轨迹为基础的频域分析法，它的控制思想首先旨在对机器进行“调节”，使之能够稳定运行，其次是采用“反馈的方式，使得一个动力学系统能够按照人们的要求精确地工作，最终实现对系统按指定目标进行控制。”
2.现代控制理论。第二代称为“现代控制理论”时期，时间为20 世纪60～70 年代。经典控制理论对线性定常系统可产生良好的控制效果，但是它对多输入多输出、时变、非线性系统的控制却力不从心。所以50 年代末60 年代初，学者卡尔曼等人将古典力学中的状态、状态空间概念加以发展与推广，将经典控制理论中的高阶常微分方程转化为一阶微分方程组，用以描述多变量控制系统，并深刻揭示了用状态空间描述的系统内部结构特性如可控性、可观性，从而奠定了现代控制理论的基础。
3.第三代控制理论。以上所提的经典控制理论和现代控制理论都是建立在数学模型之上的，所以统称为常规（传统）控制。它们为了控制必须建模，但许多实际系统的高维性及系统信息的模糊性、不确定性、偶然性和不完全性给基于数学模型的传统控制理论以巨大的挑战。是否可以改变一下思路，不完全以控制对象为研究主体，而以控制器为研究对象；是否可以用人工智能的逻辑推理、启发式知识、专家系统解决难于建立数学模型的问题呢？智能控制的出现正源于这一思想。1967年Leondes 和Mendel 首次正式使用“智能控制”一词，1971 年傅京孙教授指出，为了解决控制问题，用严格的数学方法研究新的工具来对复杂的“环境2对象”模型进行建模和识别以实现最优控制，或者用人工智能的思想建立对不能精确定义的环境和任务的控制设计方法，这两者都值得试一试，而重要的是把两种途径密切结合起来协调的进行研究。沿着这一思想出发，现代控制理论将微分几何、微分代数、数学分析与逻辑推理、启发式知识建立和发展了智能控制理论相结合从而形成第三代控制理论大系统理论和智能控制理论。
二、Matlab工程软件
关键词：自动控制；原理；应用
1 概述
人类社会的发展离不开自动控制的发展，二者有着密切的联系。研究自动控制技术对于人类来说从危险、复杂与烦琐的劳动环境中解放出来十分有利，而且还可以大大的提高劳动效率。迄今为止，自动控制科学不仅对整个科学技术作出了非常重要的贡献，也为人类社会带来很多效益。但是随着现代科学技术的不断发展，人们又对自动控制与系统工程提出了更多更新更高的要求。自动控制理论与系统工程正面临新的发展机遇与严峻挑战。[1]
2 自动控制的原理
在现代科学技术的领域中，自动控制技术已经起到越来越重要的作用。所谓的自动控制，就是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置或控制器，使设备、机器或生产过程（统称被控对象）的某个参数或工作状态（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。
自动控制理论是一门研究自动控制共同规律的科学技术。自动控制发展初级阶段，主要用于工业控制，采用自动调节原理，以反馈理论为基础，“二战”期间为了设计和制造火炮定位系统、雷达跟踪系统、飞机及船用自动驾驶仪以及其他军用设备，也更加促进了自动控制理论的完善与发展。到战后，逐渐形成了完整的自动控制理论体系，则是以传递函数为基础的经典控制理论，主要的研究对象是线形定常数系统，单输入-单输出的分析和设计。[2]
3 自动控制的应用
3.1自动控制在污水处理中的应用
现在，自动控制理论与技术有两个发展方向，一是将不同的方法结合在一起，各自发挥优势，进而相互取长补短，形成新的控制系统，得到单一方法不能达到的效果；二是对理论或方法本身进行深入研究。控制理论在污水处理领域的应用主要以第一个方向为主。因为经典控制以及现代控制的理论研究都非常成熟，现在用在污水处理领域中的多是各种智能控制的混合算法。[3]
3.2 自动控制理论在光伏逆变电源中的应用
自动控制理论在光伏逆变电源中应用，主要包含对控制方法以及模糊控制理论的研究等。首先是模糊控制理论在光伏逆变电源中的应用，把模糊控制理论应用到光伏逆变电源并网中，可以将误差电流与参考电流作为系统的参考控制量，可以采用尽可能少的模糊控制的参数，能够在一定程度上降低模糊判断的时间，从而达到了一个比较好的控制效果。其次是模数控制理论的运用。所谓模数控制理论就是提高将模拟电路和数字电路混合起来，进而实现对逆变电压的同步与跟踪进行控制。再次是控制方式的探究。在现代的控制方式里，大规模的集成技术得到了快速的发展，使得小规模的元器件逐渐被专用芯片以及智能芯片代替。最后是复合控制理论在光伏逆变电源中的应用。复合控制的理论是基于内模原理的控制策略，其所采用的方法就是将动力学的模型放到逆变电源的控制器当中，从而形成一种反馈精度非常高的逆变电源。[4]
3.3 在煤炭发电中自动控制技术的应用
3.3.1 对于发电设备与装置的控制与保护
以往的煤炭发电企业采用的发电的保护设备与装置具有比较单一的功能，同时采用了比较过时的监控方法，难以很好的保护生产过程中发生的超限报警以及连锁跳机等故障，而自动控制技术的应用，对于煤炭发电的装置与设备进行了非常好的保护。
3.3.2 对于单元炉机组进行合理的整合与统一
随着科技的不断发展，煤炭发电站也开始采用先进的自动控制新技术，使得煤炭发电达到了由机-电控制一体化向机-炉-电一体化的合理统一以及整合，高新的单元炉机组运转方式的采用，完全呈现出发电机组的整体实力，同时很好地体现出其优势，有效地简化整个监控系统，并发挥出其独特功能，使日常检测监控的程序变得更为简便，节省相关的资金投入。[5]
3.4 粮油加工中单路闭环反馈系统的运用
为了使粮油的生产加工中实现准确性以及连续性，在其比较关键的地方采用以PID 智能控制器为关键内容的自动控制系统，而且应用越来越广泛。其工作原理是PID 智能控制器与电子变频设备、温度、物位等变送器、电气定位阀门等组成闭环负反馈来控制压力、物位、液面、温度等工艺。[6]
3.5 自动控制系统在小农户滴灌中的应用
本系统是在棉花滴灌管理建设的基础上，所研发的适用于小农户使用的滴灌自动控制系统。此系统的适用面积为12～50hm2，并且不用通过培训就能了解并应用。此系统主要是对施肥设备、水泵以及滴灌系统电磁阀的开关进行控制来实现自动灌溉。[7]
4 总结
自动控制在社会生活中的应用无处不在，本文只就其中的几方面做了介绍。虽然自动控制面临的问题和挑战非常严峻，但是其发展机遇还是很良好的。首先，要加快结合控制硬件、软件以及智能，逐步实现智能化；其次，要逐步达到自动控制与计算机科学、信息科学、人工智能与系统科学的结合，为自动控制提供新思想、新技术与新方法，推动智能控制的不断发展。
参考文献：
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关键词：自动控制；智能控制；智能系统
1、引言
智能控制从二十世纪60年代出现，发展迅速，各种智能控制五花八门，涉及众多的学科，对生产、生活和科研产生了重要影响，所以需要对智能控制进行一个较为全面和深入的认识。
智能控制是门边缘交叉学科，被广泛采用于军事航空、工业、农业、服务业等众多领域；它源于自动控制，是自动控制发展的高级阶段。
2、自动控制
自动控制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。控制理论的发展过程一般分为三个阶段【1】： 40年代―60年代初“古典控制理论”；60年代中―70年代初期“现代控制理论”；70年代中期―至今，“大系统理论”和“智能控制理论”。
2.1 智能控制
“智能控制理论”― 智能控制理论的研究和应用是现代控制理论在深度和广度上的拓展。智能控制，在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。
智能控制的发展：萌芽期，20世纪60年代；深化时期，20世纪70年代―以模糊集合论为基础，智能控制在规则控制研究上取得了重要进展；迅速发展时期，20世纪80年代―专家系统技术的逐渐成熟及计算机技术的迅速发展，使得智能控制和决策的研究也取得了较大进展，神经网络理论及应用为智能控制的研究起到了重要的促进作用，从而出现了神经网络控制；20世纪90年代以来的20多年来，智能控制理论与智能化系统的发展更为迅猛。智能控制理论被誉为最新一代的控制理论，智能控制的应用已在各个领域，“智能性”已经成为衡量“产品”和“技术”高低的标准。
3、智能控制的主要研究方法【2】
基于人工神经网络理论、模糊数学理论、模式识别理论及专家系统理论等，并融合生理学、心理学、行为学、运筹学、传统控制理论等多学科的知识和方法，出现了许多智能控制理论和方法，分析当前国际最新智能控制方法及应用的状况和发展趋势，智能控制的主要方法有：（1）专家控制，（2）模糊控制，（3）神经网络控制，（4） 分级递阶智能控制，（5） 拟人智能控制，（6）集成智能控制，即将几种智能控制方法或机理融合在一起而构成的智能控制方法，（7）组合智能控制方法，即将智能控制和传统控制有机地结合起来而形成的控制方法，（8）混沌控制，（9）小波理论。
当前的研究热点是：（1）专家控制，（2）神经网络控制，（3）模糊控制，（4）混沌控制，（5）集成智能控制。
4、智能控制的应用
智能控制的应用已经十分广泛，从实验室到工业现场，从日常家用电器到先进火箭制导，从制造业到采矿业，从飞行器到武器控制，从工业机器人到康复假肢等，都有智能控制的用武之地。
4.1 工业过程中的智能控制
生产过程的智能控制主要包括两个方面【2】：局部级和全局级。局部级的智能控制是指将智能引入工艺过程中的某一单元进行控制器设计。全局级的智能控制主要针对整个生产过程的自动化,包括整个操作工艺的控制、过程的故障诊断、规划过程操作处理异常等。
例如生产中的监控智能化【3】。工业众多的连续生产线，如炼钢、化工、加工材料、造纸等，其生产过程需要监视和控制，以保证高性能和高可靠性。为保持具有一定精度的物理参数，确保产品优质高产，已在一些生产线或工业装置上采用了有效的智能控制模式。
4.2 机械制造中的智能控制
在现代先进制造系统中，需要依赖那些不够完备和不够精确的数据来解决难以或无法预测的情况，人工智能技术为解决这一难题提供了有效的解决方案。机械制造行业中智能控制广泛地应用，利用模糊数学、神经网络的方法对制造过程进行动态环境建模, 利用传感器融合技术来进行信息的预处理和综合。可采用专家系统的“Then-If”逆向推理作为反馈机构，修改控制机构或者选择较好的控制模式和参数。利用模糊集合和模糊关系的鲁棒性，将模糊信息集成到闭环控制的外环决策选取机构来选择控制动作。利用神经网络的学习功能和并行处理信息的能力，进行在线的模式识别，处理那些可能是残缺不全的信息。
例如智能化新一代PCNC数控系统。它将计算机智能技术，网络技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环控制体系。
4.3 日常生活中的智能控制
日常生活中早上出门的时候，晚上睡觉的时候，人们常常会忘记是否关好灯、窗；在寒冷的冬天，做完一天工作下班时，想回家就能吃饭洗个热水澡，但只能是想想；有赖床的习惯，每天早上在无数次闹铃声中挣扎；上班时，家里无人或只剩下老人和小孩时，如遇到危险情况：煤气泄漏、小偷入室等，只能等下班或是事故发生后才能知道。在传统的家居生活中，常常会碰到以上的麻烦或是更多，随着智能控制和智能系统的出现并融入到日常生活的家电和生活中，出现了智能的家电、智能的家居、智能的生活。智能家居现在已经出现，并大量的进入到许多人的生活中。
例如美特家居系统―它能够轻而易举的完成对家电、灯光、音量、窗帘、门禁等基础设施的控制，而且还可以自动完成清晨大自然闹钟，花园浇水、电话遥控开门、电视定时播放指定频道、灯光感应及亮度调节、远程保安、电视电脑、家庭无线办公、声音识别、红外感应、煤气泄漏信息传递、安全防卫报警、以及多功能手机、PDA 远程实时监视等。
5、结语
智能控制理论经过多年的发展，已经取得了可叹的成果，但目前出现的一些智能控制方法或技术，尚不能称完善的理论，这些智能控制方法，大都是构造一种智能控制器形式。抓住控制的三要素：对象的情况和特点、控制性能要求、控制器设计的工具，随着各门前沿科学的发展以及认识的提高，智能控制的发展将越来越完善。
参考文献
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【2】李文，智能控制及其应用综述，重庆邮电学院报（自然科学版），2006
【3】杨寅哲，智能控制的应用与研究，科技创新导报，2008
Survey of intelligent control and its application
Cao Qiong
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。
参考文献：
[1]王万良.“自动控制原理”课程教学中的几个关键问题[J].中国大学教学， 2011，8：48-51.
[2]王亮，许军， 等.《自动控制原理》全方位教学改革体系的构建思考[J].教育教学论坛.2016，18：25-27.
在分析会计舞弊风险环境下人本主义对内部控制行为模式转换的引导作用前，有必要界定人本主义在管理实践理论，特别是内部控制行为理论中的具体定义。人本主义是德文Anthropologismus的意译，又可以译为人本学，是一种把人生物化的形而上学唯物主义学说。由于会计舞弊的日渐盛行与蔓延及舞弊行为的主体就是人，因此无论是在中国古代还是西方，对人性的研究与探讨都一直是管理思想的主线，人们正是基于对人性的不同认识而构建了不同的思想体系和管理控制系统，从而形成各具特色的管理控制之道并指引管理实践和内部控制理论。
一、以人本主义为导向的内部控制行为产生的背景
以往，企业在设计内部控制程序时对机械化的规章制度和既定程序的依赖性很强，正如同在当时的经济形态下物质资源的占有对生产发展的决定性作用。而如今社会已经慢慢步入知识型和信息型的经济形态，无论是企业的生产能力还是内部控制活动，对物质资源和机械化制度及程序的依赖性已经大大减弱，而对企业的主体——人的依赖性空前增强，人自身的发展与企业的发展呈现出高度一致化的倾向。以人本主义为导向的内部控制行为就是在这样的经济形态大背景下产生的。这种新型的内部控制行为模式以人为中心，以人性及素质的培养和成长为目的，通过内部控制行为使员工培养出讲究诚信和道德的高素质企业文化价值观，实现提高企业竞争力，降低会计舞弊风险的目的。
二、以人为本是内部控制行为模式转换的认识论根源
认识论，又称知识论，是探讨人类认识的本质、结构，认识与客观实在的关系，认识的前提和基础，认识发生、发展的过程及其规律，认识的真理标准等问题的哲学学说。以人为本是认识论探讨的核心问题，可以广泛应用于各种管理模式和控制过程。对企业来说，只有充分发挥人的主观能动性，调动人的积极性、主动性和创造性，才能实现企业和人共同发展的最终目的。本文提出的以会计舞弊风险为导向的内部控制行为模式的转换，正是以舞弊的主体——人为核心，设计符合企业和员工实际情况的内部控制行为模式，最终实现企业与人的共同进步与发展。因此，企业在进行内部控制行为模式的转换过程中，必须时刻以“以人为本”作为转换的指导思想和认识根源。
三、以人为本是内部控制行为模式转换的基础
内部控制行为模式的转换主要是从以制度为核心的传统内部控制模式向以人为核心，以会计舞弊风险为导向的内部控制行为模式进行转换。因此，在转换过程中，企业必须时刻贯彻以人为本的原则，把以人为本作为转换的基础。内部控制行为模式的转换需要企业员工的支持，如果企业员工都认同企业行为模式的控制，使个人目标与企业目标保持一致，并愿意积极主动地参与企业的内部控制建设，把自己当成企业控制的主体，具有主人翁精神，企业才能实现内部控制行为模式的真正转换。以人为本，正是建立在这样的基础上的，能够有效地从根本上实现这一目的的理论依据。
（一）人本管理是内部控制行为模式转换的理论基础人本管理是相对于传统的物本管理应运而生的。传统的物本管理模式以物为中心，即使是关注到人，也是探讨如何对作为生产要素的人的劳动方式进行改善，或者是对群体的协作方式进行合理的组合，以求最大限度地提高生产效率。因此，传统管理理论强调的是科学、理性和技术，关心的中心问题是效率、产量和利润，人只不过是达到这一目的的工具和手段，同资本、机器处于相同的地位。然而这种管理理论已经明显不适应当今的知识经济大环境，无论是企业还是事业单位，都已经开始逐渐步入以人为本的新型态管理模式，因此，只有选择人本管理作为理论基础，才能有效实现内部控制行为模式的转换。
（二）人性本质是内部控制行为模式转换的价值观基础关于人性，不论是中国古代的“性善论”和“性恶论”还是西方世界柏拉图和亚里士多德的思考，都表明了一个观点：人的行为受到其人性本质的影响，人性本质是其行为和思想的价值观基础。管理学家道格拉斯•麦格雷戈指出：“每一个管理决策或每一项管理措施的背后必然有某些关于人性本质以及人的假定。”对企业内部控制行为模式的转换而言，人性本质同样不可忽视，通过分析传统的企业价值观和人性价值观的区别以及人性价值观对内部控制行为模式转换的影响，将能够有效论证人性本质是内部控制行为模式转换的价值观基础这一观点。在经济学的基本假设中，企业的目标是实现利润的最大化，因此在设计和实施内部控制和管理决策时，也一直是以利润最大化为直接动力，从而形成了围绕经营利润和企业成长发展为核心的传统企业价值观，这种传统的价值观宣扬企业整体的利益至上，员工和管理层都是为服务企业而存在的，必须服从和遵从企业为其安排的职责以及企业设计的各种规章制度。然而长久以来，确定企业存亡和兴衰的因素更多地倾向于它所带来的社会效益和自身体现的品牌价值及企业文化。从哲学角度来看，就是充分发挥人的“主观能动性”，强调人在企业中的主体地位，是一种针对人性本质和员工素质成长的人性价值观观点。这种价值观与传统价值观最大的区别在于突出“以人为本”在企业中的核心地位，让员工拥有充分发挥自己才能的空间，增强他们对企业的忠诚感。过去人们一直觉得，要防止会计舞弊风险，就必须通过设计各种强制性的制度和规范来约束员工。然而随着安然、世通和巴林银行等舞弊事件的曝光，人们开始慢慢意识到，法律、制度不能从根本上消除人性的弱点。换言之，以人为本的价值观能够从人性深处形成和改变人们的意识和思想，这是其无可比拟的优势。
四、以人为本对内部控制行为模式转换的影响
（一）人性本质价值观对内部控制行为模式转换的影响对企业而言，树立以人性本质为核心的企业文化价值观，将有助于企业加速推进以人为本，以会计舞弊风险为导向的内部控制行为模式转换的进程，从而加快实现企业与人的共同目标的实现。人性本质价值观对内部控制行为模式转换的影响主要体现在从根本上建立起员工对企业的忠诚感和作为企业主体的认同感。不同于传统意义上的企业价值观主张通过制度和规范对员工进行约束和管理来实现员工对企业的绝对服从，人性本质价值观倡导企业关注员工的真实需要和精神文化的培养，令员工与企业更加契合，继而使员工从内心深处认同企业的管理及控制模式，最终有效实现内部控制行为模式的转换。
（二）以人为本对内部控制行为模式转换的具体影响要建立以会计舞弊风险为导向的内部控制行为模式，就要坚持以人为本的基本思想原则，以人为本对内部控制行为模式转换的具体影响可以从以下几个方面阐述：
1.强调以人为本对内部控制行为模式转换的重要影响，必须要增强企业所有员工对规则、制度的遵从的自觉性。企业在实施内部控制行为模式转换时，必须把人放在控制的中心地位，努力建立一个学习型的组织和创新型的企业文化环境，使得员工能自觉学习、主动合作、善于沟通，并以此激发员工的主动性、积极性和创造性，做到人尽其才，才尽其用。这里所指的员工包括企业的全体员工，只有全体员工都能够清晰并切实地遵守规定和约定，才能使“规定”和“约定”发挥其指导、约束、规范现代企业及企业员工行为的作用。
2.人本管理是依赖人的管理。内部控制行为模式的转换不仅需要最大限度调动员工的积极性，还要重视引导和支持员工的学习，提高员工的素质和专业能力，有效防止会计舞弊风险的产生。以人为本的思想将促使企业尽快形成以富有活力的人文精神为核心的企业文化价值观。特别是对国内企业而言，受到传统中国文化及价值观念的影响，就需要企业用更人文的方式来进行管理和控制，把沉淀在人们心里的传统观念成为企业内部控制行为模式的积极因素。
3.人本管理是以员工为评价主体的管理。各项具体内部控制行为要考虑员工的意见，让员工了解其目的和意义，并积极汲取他们的合理建议，使内部控制行为模式更符合人性化的基本原则，充分发挥每一个员工的工作技能和道德素质，在内部控制行为模式中体现每个员工的主体性和能动性。以人为本的原则将有助于推动企业提高员工素质，推进民主管理。以人为本强调“人”在内部控制行为模式中的作用，员工的培训和再教育将为建立以人文本的内部控制行为模式提供重要的帮助和引导。此外，要真正做到以人为本，企业还必须实现公开化管理的基本要求，公开化管理有助于培养员工的忠诚感，增强团队精神，使他们认识到自己在内部控制行为模式中的主体地位，激发员工的工作热情，产生最高的效率，从而实现降低会计舞弊风险，促进企业平稳高速发展的目的。
五、人本主义在内部控制行为模式转换中的引导作用
人本主义强调在实现企业目标的同时实现员工个人的目标。对员工而言，特别是对管理者而言，工作不仅仅是为了谋生，更是实现自身价值的需要。因此，企业在实现以会计舞弊风险为导向的内部控制行为模式的转换过程中，必须时刻将员工置于内部控制行为模式的核心地位，努力培养员工的主人翁意识，激发员工的工作积极性，体现员工自我实现的价值，建立良好的企业内部文化，从根本上防止会计舞弊风险的产生，引导内部控制行为模式的有效转换。
六、人本管理及相关应用
人本管理是以人为中心，以人的成长、发展为目的的科学管理方法，是人类管理理念从物本管理向前推进发展为“以人为中心”的一个新阶段。人本管理可以广泛应用于企业的各个职能部门和控制领域。在对高级管理层的管理模式下，人本管理可以理解为一种管理层自我实现的发展模式，要做到这一点，首先必须做到准确的自我认知，在心里对自己的职业生涯有清晰地规划，同时对自我认识与现实情况的差距有清醒的认识，从而能够在管理过程中尽量缩小这种差距，充分发挥自己和员工的潜能。而在对低层级员工的管理模式下，人本管理又可以理解为一种激励模式，这种激励模式不同于传统的物化管理下的物质激励，而是通过鼓励员工去实现自己职业理想的精神激励。这种不同方式的应用，表明了人本管理在现代企业管理中的重要地位，同时也为企业内部控制行为模式的转换提供了理论基础。
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精确的解析。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，并且图形绘制精确完美，数据计算准确。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）=―获得最大相位稳定裕度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。
参考文献：
[1]薛定宇.控制系统仿真与计算机辅助设计[M].北京：机械工业出版社，2009.
关键词：过程控制系统；综合性教学；DCS
作者简介：杨光祥（1973-），男，重庆人，重庆工商大学计算机科学与信息工程学院，副教授；曹晓莉（1970-），女，重庆人，重庆工商大学计算机科学与信息工程学院，教授。（重庆400067）
基金项目：本文系重庆市工商大学教改项目（项目编号：11325）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）13-0067-01
一、“过程控制课程”概述
“过程控制”是一门与工业生产过程联系十分密切的课程，是大多数自动化及其相关专业的专业主干课，其专业性和实践性较强，在自动化专业的课程体系中占有重要的地位。随着科学技术的飞速前进，“过程控制”也在日新月异地发展。这门课程的教学，使学生能运用自动控制理论，结合实际工业生产过程和过程工业生产过程的分析、设计、运行与开发研究工作。[1]
工业自动化在整个社会生产中起着非常重要的作用，“过程控制”覆盖范围广，基本设计了国民生产中包括诸如石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织等领域。[2]因而，“过程控制”在国民经济中占有极其重要的地位。随着生产规模的不断扩大，“过程控制系统”经历了基地式气动信号控制系统、电动模拟信号控制系统、计算机集中控制系统和集散控制系统等几个阶段。[3]“过程控制”是控制理论、工艺知识、计算机技术和仪器仪表等知识相结合而构成的一门应用科学。
本课程需要加深学生对过程控制内容的理解，培养学生的实践能力，使学生在过程控制系统的设计和分析过程中将所学的理论知识融会贯通。因此，“过程控制系统课程”的实验非常重要，对提高学生学习兴趣、拓宽其知识面、加深对理论课程的认识等都具有非常重要的意义。
但是，在教学过程中发现，原有实验设备落后，已经严重老化，实验体系存在不合理的情况，而且实验设备所采用的技术是基于8位单片机的孤岛式自动控制仪表，已经远远落后目前的电子信息技术发展，严重制约着本课程实验的顺利进行。因此，笔者对该课程进行了探索性地教学改革，主要针对教学方法、实验环节方面提出改进的教学方法和措施，加强理论研究与实践教学相结合，合理增加先进性控制理论及设计验证实验，着重对传统实验设备替换和补充，开发出新型的实验教学设备，强调对学生创新思维和能力的培养。
二、教学方法改革思路
针对上述问题，结合目前国内外的技术发展趋势，课程组在教学过程中多次组织教师进行探讨和研究，提出了课程改革的措施。
1.理论教学改革
理论教学主要针对提高学生学习兴趣、增加其知识面、增强课后作业练习三个方面进行。其改革结构如图1所示。
在理论课程内容中，PID控制理论部分主要是讲述传递函数、微分方程及其动态特性等理论知识，学生学习起来感到枯燥乏味。因此在多媒体课件中增加了大量的图形及生产过程示意图，并且增加了部分课题组科研工作中的实际项目例子，这样极大地提高了学生的学习兴趣。比如，在讲述串级控制系统的章节就增加了生产纸浆的网前箱温度-温度系统，如图2所示。
PID控制理论部分相对学时比较多，实际的控制仪表应用则偏少，而对控制器的介绍相对比较少。因此在理论课程中增加对实际仪表部分的介绍，增加了智能仪表、网络仪表等，主要讲述其在工业生产过程中的实际应用。这样学生在学习完成后对工业生产所使用的基本仪器仪表也有了初步的认识，对以后工作打了比较好的基础。
学生作业一直是学生被动接受的内容。考虑到实际情况，在讲授过程中，采用大型作业和小型作业相结合的原则，要求学生对某一生产过程系统的压力、温度、流量等参数的PID控制系统进行自行设计。比如采用串级控制系统、均匀控制系统等不同的结构，并且对所使用的执行器和变送器种类进行归纳和总结，并在课堂上选定几个学生进行讲解和讨论。这样学生可选择的范围较大，避免了抄袭或应付式完成作业，又对现场应用的执行器有了一定了解，避免了空洞的讲解，学生收获很大。
2.实践教学改革
本课程设计有8学时的实验学时。由于原有THJ-2实验设备已经严重老化，部分控制系统已经不能够使用，因此本着节约成本的原则，本课题组成员自行进行了实验设备控制系统的改造。在改造之前分析了当前能够跟上技术先进性的过程控制系统及装置。由于DCS控制器是当今工业过程控制的发展方向和主流，[4]国外著名的DCS生产厂商及其产品均已进入中国，如日本横河电器公司的CENTUM-XL、美国HONEY -WELL公司的TDC-3000和瑞士ABB公司的Industrial IT等，用于冶金、石油、化工、电力等行业中。因此本课题小组采用分布式控制系统（DCS）替代原有的独立式单片机控制系统，其自行开发的实验设备与陈旧部分可用的实验仪器结合，重复利用现有资源，避免了教育经费的浪费，其结构如图3所示。其中深色部分是自行开发的设备，而浅色框代表可重复利用的旧设备。
在自行开发的实验设备中，课题组也自行开发出多个实验模块，从技术上进行全面升级，从实验范围上拓宽传统的PID控制，从理论上加强学生对传统PID的认识并拓宽知识面，使其接受与企业实际生产紧密结合的前沿技术产品。经过实验设备改造和实验环节改革，学生接触的实验设备与现场实际相吻合，学生亲自动手校验、调节设备，提高了学生的动手能力，加强了他们的学习兴趣，而且加深了他们对设备原理的理解，把理论认识和感性认识结合起来。
三、改造实验设备及功能
对实验环节的控制系统进行自行改造升级，主要采用分布式控制系统替代原有旧系统，这样可以灵活开发出多种结构的控制模块及其他辅助模块，帮助学生更加充分进行实验环节。开发的DCS扩展功能库主要包括如下部分：RS485通信模块、模糊控制模块、预测控制模块、自适应控制模块、传感器类型库、LCD库、人机接口库、USB库和二次开发库。
学生在实验过程中可以灵活地配置和使用以上模块库，极大地提高了他们的学习兴趣和对计算机、嵌入式系统、控制仪表等原理的理解与实际动手能力。
四、结论
对过程控制系统与装置课程进行理论和实验的综合的教学改革，使得本专业学生在学习本课程上提高了兴趣，变被动为主动，增强了其动手能力，大大拓宽了他们的就业范围，也提高了其在工作中的适应能力，使教学质量和学生的综合素质都得到较好的提升。
参考文献：
[1]方康玲.过程控制系统[M].武汉:武汉理工大学出版社,2007.
[2]唐玉玲.过程控制课程教学改革及实践[J].科技信息,2011,(19):10-11.
摘要：无模型自适应控制方法是一种在设计控制器的过程中不需要建立被控系统数学模型的新型控制方法。无模型自适应控制在很多地方是优于传统控制方法的，它的控制过程既不基于被控系统的数学模型也不基于特定的数学规则，而是基于一组实时的在线辨识回来的控制信息，用无模型自适应控制方法设计的控制器具备先进控制器的特征，具有很强的结构自适应和参数自适应。因此，本文对无模型控制方法进行研究探讨，以期推进自动控制理论的发展。
关键词：无模型;自动控制;方法
一、无模型控制思想的产生背景
随着科学技术的快速发展，自动控制理论必将在民用的工业和军事技术产业当中得到了广泛的应用和发展。大型化的工业生产机器和微型化的民用产品是控制科学技术发展的两大趋势，本论文的主要研究内容是针对大型化、复杂化的滞后非线性系统的智能控制。随着各个产业对节能环保的要求越来越高，在化工、炼油、电力、冶金等大型复杂的生产过程中先进的控制系统的使用显得尤为重要。而诸如此类的生产过程都是典型的非线性滞后系统，这些系统具有控制对象不确定性、多个变量、较大的滞后性和强耦合性等共同特点，所以通过获取系统的精确数学模型而进行控制的方法是困难的，即便被控系统数学模型可以建立起来，而一些未建模的动态特性也是不可避免的。这是现代控制理论的不足之处，即在很大程度上依赖于受控系统数学模型结构，如不能建立数学模型那么也就不能进行控制了。在以后的研究中主要集中于对被控对象的建模、自适应控制、系统辨识、鲁棒控制等方向，试图打破传统控制思想的局限，试着针对工业生产过程的特点，力求寻找对数学模型要求不高、辨识计算方便、控制效果好的控制理论和方法。总的来说如果想要解决这个问题，就需要从另外一个角度思索，寻找不同于以往的研究方向，尽量避免过分依赖被控对象数学模型。无模型自适应控制（Model Free Adaptive Control，MFAC）就是为了解决这个现代控制理论的本质问题而产生和发展起来的一种先进的控制理论和方法。无模型自适应控制（MFAC）的实质就是一种在设计控制器的时候不需建立数学模型的自适应控制方法，即控制器的设计过程只使用被控系统的 I/O 数据，控制器中不含有被控对象数学模型的任何信息的控制理论与方法。
二、无模型控制方法的发展现状
无模型控制理论既包含经典控制理论和现代控制理论的优点，又在很大程度上突破了这些理论局限性，创新性的提出来一个全新的控制方法。自从提出以后就受到国内外许多专家和学者的广泛关注。在我国，早期的研究方向是围绕与无模型控制律基本形式有关的问题，这方面的问题最先由韩志刚教授在 1994 年的文献中正式提出的，随后其在文献中又提出了一系列基于功能组合途径上的一种 MFAC 控制方法和应用实例，此处所说的功能组合的意思是指控制律的推导不建立在被控系统的数学模型上，而是根据被控系统对控制律的控制功能的要求进行组合并且优化系统设计，其重点研究的内容不是被控系统的本身，而是从控制器出发的。经过验证基于功能组合途径之上的 MFAC 虽然控制效果比较理想，但是有一个缺点就是控制律算法欠缺数学解析过程，很多的参数需要现场测定，这个缺点使得 MFAC 的控制方法在实际的使用过程困难重重。文献从被控对象本身出发，详细的阐述了各种非线性系统动态线性化方法的 MFAC 控制方法，推导得出了一般非线性系统的几种线性化的方法，其中有紧格式线性化、偏格式线性化以及全格式线性化等方法，利用这些线性化方法得出的 MFAC 控制器在处理一些复杂的、大延时、快速时变系统的时候更具有优势。
经过国内外专家学者的多年研究实践，无模型控制技术取得了很好的成绩，已经成功使用在炼油、轻工、电力、化工、焦碳、造纸、化肥等行业。美国通控集团公司也开发出了一系列的 MFAC 产品，包括：CyboconMFA 控制软件，Cybocon CE 通用先进控制器以及 Cybocon HS 高速自适应控制软件等等。在国内的一些化工和电力等行业虽然已经部分有使用 MFAC 控制技术的例子，但是在普及性上还远远不及国外的水平，在产业化规模化的道路上还有很大的空间。
三、无模型控制方法的优势分析
无模型自适应控制（Model Free Adaptive Control, MFAC）实质是在设计控制器的时候不使用受控对象数学模型的任何信息，是一种基于受控对象 I/O 信息的一种新型控制理论与方法。
无模型自适应控制器设计途径是一种非经典的途径，其最为主要的特点就是系统建模与在线反馈控制一体进行，突破传统 PID 的概念以及控制器设计的束缚，引进了功能组合设计方法。可以概括为无模型控制器在设计的时候不需要针对某个特定的被控系统进行控制器设计，也无需对控制器的所需参数进行复杂的整定，且还具有一定的系统稳定性分析来保证系统的闭环稳定。
无模型自适应控制器所具备的一些优点是现在正在应用的其他控制器所无法替代的。许多控制中的难点问题，无模型控制器几乎都可以实现稳定的闭环控制。在算法运算过程中加大算法的集成度能够简化泛模型系统，包括无模型控制算法的所有功能，对大时滞、强干扰、强耦合、时变、非线性都可以达到很好的控制性能。
基于无模型的自适应控制算法不但具备传统 PID 和现代控制理论的优点，还有一个明显的优势就是在不需要被控系统的数学模型的情况下，还能够使被控系统达到闭环稳定状态，是一种控制效果非常好、算法实现简单的新型控制方法。在炼油、轻工、化工、焦碳、造纸、化肥、电力等领域的应用收到令人非常满意的控制效果。
参考文献
[1] 胡寿松，自动控制原理(第四版)，北京：科学出版社，2001
