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北京服装学院教研论文报告会论文汇编 控制系统校正的教学研究 信息工程学院李凯 【摘要】近年招牛规模的扩大，使学生实际情况发生了变化，因此需要开展控制系统校正方面的教学研究。 本文围绕控制系统校正的教学内容和方法做了细致的讨论。 笔者认为校正的教学内容至少应包括： 性 能指标、控制单元特性和设计方法。教学实践表明，以实例为线索，介绍设计步骤和思路可取得较好的 教学效果。 在教学中还应具体说明计算技巧和归纳总结控制单元的应J{J范围。 【关键词】性能指标；控制系统设计：教学方法 控制系统校正是自动控制原理课程重要的教学内容。近年本科学牛数量急剧增多，教学 计划的调整，因此需要开展控制系统设计方面的教学方法研究。按照多数困内自动化专业的 教学大纲，校正的教学内容通常包括： 性能指标的定义、控制单元特性、控制系统频域法 校正和根轨迹校正。 上述内容似乎同20世纪60年代的教学内容没有太大差异，考虑到学生的实际情况和计 算机辅助设计软件的广泛使用，应使学牛重点理解控制系统的设计思想和步骤，并能借助计 算机完成较复杂的控制系统的设计。下面简要说明本文的组织。在第二节讨论性能指标的教 学；在第三节结合实例说明在教授控制单元特性应注意的事项；在第四节讨论控制系统设计 方法的教学。 一、性能指标 多数教材以系统的阶跃响应曲线为基础说明性能指标的定义和用途，常用的时域指标 有：调节时间和超调量。常用的频域指标有：相角裕量，幅值裕量和截止频率。 除了常规介绍上述指标的定义。教学实践表明，应注意下列两个知识点的教学。 (1)通过实例使学生了解需要把控制系统的定性设计要求转化成定量的性能指标。应 使学生较清楚地了解性能指标同设计要求的关联关系，例如：调节时问反映了系统的响应速 度快慢，超调量则反映系统的平稳性和准确性。 (2)通过实例使学生了解性能指标的选用同设计方法的选用有密切关系。在设计实践 中性能指标应I司设计方法配套使用。多数客户常从时域方面提出设计要求，如果设计者偏好 采用频域法设计控制系统，则需要把时域指标转化成频域指标。尽管这方面的研究成果是相 对庞杂的，但有必要介绍常用的时频域指标的经验公式和与之关联的适用条件。 二、控制单元的特性 在控制原理课程中经常介绍控制单元主要有：超前校正、滞后校正，PID等。合理运用 控制单元的特性才能有效地改善控制系统的性能指标。在教学中，通常把控制单元的特性同 设计方法加以结合进行讲授是十分必要的。 在教学中，着晕解释控制单元的特性对参数的依赖关系，又需从整体说明特性曲线对参 n士1 数的依赖关系。例如：超前校正环节G。(s)=-二≥，0口1，参数口直接决定了的最 als+l 大超前相角数值。 同时参数口直接影响相频特性的整体趋势和轮廓。 无源网络、有源网络和带有微处理器的智能控制单元时常见的控制单元。 在教学中应 101 北京服装学院教研论文报告会论文汇编 说明它们的共同特点，并适当指明它们的不同之处。 三、设计方法 各类教材介绍了许多不同的设计方法。根轨迹法，频域校正法是最基本的校正方法。希 望频率特性法、并联校正、前置滤波、DEADBEAT法和I—J伦映射法也散见于不同的教材。 在学时宽裕情况下， 如何选择不l一的设计方法是一个值得关注的教学研究课题。但木文仅 限于讨论讨论基本的设计方法的教学研究。 下面以为频域法校正为例， 从设计步骤，应用范围和求解技巧三个方面说明控制系统 设计的教学组织。 设计步骤的教学： 尽管直接给出校正计算步骤，学牛也能仿照步骤完成设计任务。但 毕竟没有解释校正步骤后面隐含的设计思想。 在教学中笔者尝试先以设计实例为线索，通 过实例的设计计算归纳出控制系统的校正步骤，然后配合设计练习。上述方法取得较好的教 学效果。 可以使学生体会到校正步骤后面隐含的三个设计思路：1．设计先满足稳态指标再 满足动态指标； 2．按被控对象特点和设计要求，合理运用校正环节的技术特点；3．设计计 算需校