【基于CDIO模式的自動(dòng)控自原理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)8000字（論文）】

基于CDIO模式的自動(dòng)控自原理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)摘要CDIO工程教育模式是近年來國(guó)際工程教育設(shè)計(jì)的最新成果，其培養(yǎng)大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式全面提高學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力。自動(dòng)控制原理是自動(dòng)化專業(yè)的核心課程，自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)是連接控制理論與實(shí)際工程的橋梁。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入CDIO教育模式，通過設(shè)置以實(shí)際工程為對(duì)象的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將不同的專業(yè)課程知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的整合，全面提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和溝通協(xié)調(diào)能力，為走向工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。介紹以MATLAB/RTW為核心、基于CDIO工程教育模式的“自動(dòng)控制原理”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)驗(yàn)證性和分析性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可在此平臺(tái)上從軟件和硬件兩方面進(jìn)行一系列更貼近實(shí)際工業(yè)應(yīng)用、針對(duì)任意對(duì)象的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，能使學(xué)生更全面深入理解課程內(nèi)容，切實(shí)提高學(xué)生面對(duì)工程實(shí)際問題時(shí)的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力。關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制原理；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；CDIO模式一CDIO教育模式 41.1CDIO 41.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的原理 4二在自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)中引入CDIO理念 52.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 52.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的結(jié)構(gòu) 5三、基于平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)組織和考核 73.1實(shí)驗(yàn)組織方式 73.2考核方式 8四基于CDIO理念的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 84.1以工程項(xiàng)目為引導(dǎo) 84.2合理安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)度 94.3改進(jìn)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn) 94.4開設(shè)綜合型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn) 10五結(jié)束語 11參考文獻(xiàn) 11引言對(duì)自動(dòng)控制原理課程自動(dòng)控制原理目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是利用數(shù)學(xué)分析和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，包括操作和數(shù)學(xué)知識(shí)很多推導(dǎo)，所以在學(xué)習(xí)過程中，許多學(xué)生覺得控制理論知識(shí)是枯燥的，學(xué)習(xí)積極認(rèn)真，它將需要使用的方式引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)理論將被應(yīng)用于控制理論，在知識(shí)的鞏固和提高學(xué)習(xí)的積極性。這所學(xué)校主要用于工業(yè)自動(dòng)化控制，大部分學(xué)生的工作面是實(shí)際的控制系統(tǒng)工程，所以我們需要培養(yǎng)學(xué)生把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐意識(shí)的教學(xué)過程中，形成系統(tǒng)的概念。培訓(xùn)理念的目標(biāo)不僅要求在課堂上引入工程系統(tǒng)理論，還要通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)和提高學(xué)生具備專業(yè)素質(zhì)和合格的工程技術(shù)人員的能力。自動(dòng)控制最為傳統(tǒng)的課堂教學(xué)來驗(yàn)證理論方法的原理，在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按部就班的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法使學(xué)生缺乏實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)與思考，教學(xué)效果不理想，影響學(xué)習(xí)的積極性，導(dǎo)致理論與實(shí)踐脫節(jié)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)，不能在今后的工作將是專業(yè)知識(shí)的實(shí)際工程系統(tǒng)中的應(yīng)用。一CDIO教育模式1.1CDIOCDIO是指構(gòu)思Conceive、設(shè)計(jì)Design、實(shí)現(xiàn)Implement和運(yùn)作Operate，是由麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)聯(lián)合創(chuàng)立的工程應(yīng)用的工程教育模式，提出了一種綜合運(yùn)營(yíng)能力，培訓(xùn)實(shí)施和12標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試評(píng)價(jià)，倡導(dǎo)“近做“工程實(shí)踐教學(xué)理念，讓學(xué)生去創(chuàng)新，接觸的課程實(shí)踐，內(nèi)容知識(shí)的學(xué)習(xí)、培訓(xùn)系統(tǒng)工程能力的學(xué)生，使學(xué)生有項(xiàng)目開發(fā)的能力，強(qiáng)大的設(shè)計(jì)和施工，有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)精神、領(lǐng)導(dǎo)能力、溝通能力和英語語言能力，并改善和輕重量的理論實(shí)踐，高等教育系統(tǒng)，中國(guó)的個(gè)人學(xué)術(shù)技能的重視而忽視團(tuán)隊(duì)精神，小鬼最后對(duì)知識(shí)和學(xué)習(xí)的輕視開拓創(chuàng)新的文化，滿足實(shí)際工作的需要。自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，本文所涉及到的是學(xué)習(xí)的思維和能力培養(yǎng)目標(biāo)CDIO教育模式構(gòu)建的內(nèi)容體系，有機(jī)整體的自動(dòng)控制原理課程體系通過結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)。1.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的原理本平臺(tái)設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)是借助MATLAB的RTW工具箱實(shí)現(xiàn)控制程序代碼的生成，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程，提高了可靠性。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖1所示的體驗(yàn)過程中，算法的開發(fā)，從設(shè)計(jì)到應(yīng)用在環(huán)仿真和半物理仿真實(shí)現(xiàn)了控制器的硬件在四階段的應(yīng)用，包括在控制算法的開發(fā)和算法的實(shí)現(xiàn)是相互獨(dú)立的，這是必要的開發(fā)手冊(cè)編寫控制算法的控制器硬件，往往要經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試，導(dǎo)致低效率和開發(fā)成本高的發(fā)展，和寫的代碼的可靠性，不符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品中的應(yīng)用。自動(dòng)控制理論是自動(dòng)化專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程，是運(yùn)動(dòng)控制、過程控制和智能控制的理論基礎(chǔ)。隨著控制理論在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空等各個(gè)方面的廣泛應(yīng)用，控制理論與各個(gè)行業(yè)正變得越來越密切相關(guān)，而現(xiàn)代企業(yè)對(duì)人才的自動(dòng)控制要求越來越高。實(shí)驗(yàn)是自動(dòng)控制原理課程的一個(gè)重要組成部分，通過實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，但建立控制理論和工程實(shí)踐之間的橋梁，鞏固理論知識(shí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)的興趣。CDIO工程教育模式是近年來國(guó)際工程教育設(shè)計(jì)的最新成果，代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate)，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO大綱將工科畢業(yè)生能力的培養(yǎng)分為四個(gè)層次的人際關(guān)系處理能力和團(tuán)隊(duì)工程系統(tǒng)工程的基本知識(shí)、能力和個(gè)人能力的培養(yǎng)，使學(xué)生在四個(gè)方面實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)的綜合程序。[2,3]CDIO高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入自動(dòng)控制原理”，以技術(shù)知識(shí)為核心，以人文社會(huì)科學(xué)為主的綜合性知識(shí)，隨著自動(dòng)化技術(shù)的高質(zhì)量專業(yè)人才的培養(yǎng)。二在自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)中引入CDIO理念2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基于自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的CDIO模式，將提高自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，個(gè)人和團(tuán)隊(duì)的工作能力和工程系統(tǒng)的能力。根據(jù)CDIO教學(xué)大綱、自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)可以從課程體系入手，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的實(shí)際工程背景，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ν怀龅男问?，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和分析問題解決問題的能力，提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)。相比于傳統(tǒng)的開發(fā)過程，RTW（Real-TimeWorkshop，Real-TimeWorkshop）為一體的MATLAB工具箱，可以直接生成優(yōu)化的、便攜的，對(duì)[3]從Simulink仿真模型的可執(zhí)行程序不同的目標(biāo)系統(tǒng)，如圖2所示，控制系統(tǒng)的開發(fā)周期大大縮短，降低了設(shè)計(jì)的難度。2.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)是利用MATLAB/RTW自動(dòng)代碼生成功能的構(gòu)建，是一個(gè)被控對(duì)象的半實(shí)物仿真平臺(tái)的任何硬件，就可以控制對(duì)象的建模、控制算法的設(shè)計(jì)，在控制器的軟件在環(huán)仿真一系列完全接近控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟，工業(yè)應(yīng)用課程的硬件和算法的數(shù)字仿真，該平臺(tái)擴(kuò)展的執(zhí)行器和傳感器的硬件，也可以完成半實(shí)物仿真的實(shí)物和完整的控制系統(tǒng)的驗(yàn)證。平臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它由主工作站、控制器和被控對(duì)象模擬器等三部分組成。主工作站是普通PC兼容機(jī)，操作系統(tǒng)是WindowsXP，運(yùn)行MATLAB軟件就可以了。它的主要作用是在仿真對(duì)象建模與分析、控制算法設(shè)計(jì)、Simulink仿真，目標(biāo)機(jī)代碼生成，編譯，并對(duì)控制器的硬件下載鏈接，在實(shí)時(shí)監(jiān)控的模擬過程的真實(shí)控制器與被控對(duì)象的仿真機(jī)、參數(shù)在線調(diào)整、數(shù)據(jù)記錄等，并在仿真的數(shù)據(jù)后處理。在DSP開發(fā)板上的2812系列的電子控制系統(tǒng)，不僅因?yàn)樗梢蕴峁?2路PWM信號(hào)輸出通道，中斷邏輯電路來滿足硬件控制任務(wù)的要求，更重要的是DSP的MATLABRTW工具箱提供了一個(gè)用C代碼編寫的通用硬件接口，S-函數(shù)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)模塊封裝，目標(biāo)環(huán)境支持硬件可以生成在目標(biāo)環(huán)境中執(zhí)行的可執(zhí)行文件。事實(shí)上，提供TIC2000和C6000驅(qū)動(dòng)模塊支持包括一系列的DSP，摩托羅拉mc680和PowerPC不同硬件的RTW工具箱，通過更換控制器的硬件，這個(gè)平臺(tái)可以在不同的硬件完成仿真實(shí)驗(yàn)。目標(biāo)模擬器由數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)支持一個(gè)完整的模擬控制對(duì)象，并且可以通過A/D和D/A模擬過程中端口連接控制和控制傳輸（加入致動(dòng)器和傳感器硬件模擬真實(shí)環(huán)境）構(gòu)成一個(gè)反饋控制環(huán)路。XPCRTW目標(biāo)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，基于數(shù)學(xué)原理操作系統(tǒng)模擬機(jī)，它不需要在目標(biāo)機(jī)器上安裝任何操作系統(tǒng)，只需要使用特殊的啟動(dòng)盤啟動(dòng)，同時(shí)提供一個(gè)商業(yè)I/O板超過300種驅(qū)動(dòng)模塊包括研華，通過自動(dòng)代碼生成表單驅(qū)動(dòng)的硬件，更重要的是，該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)功能的界面，功能強(qiáng)大，易于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與處理?；谶@個(gè)平臺(tái)，學(xué)生可以結(jié)合自動(dòng)控制原理的過程控制、計(jì)算機(jī)控制等相關(guān)課程，完成接近工業(yè)應(yīng)用，任意控制算法（PID反饋控制，魯棒控制，等），指控任意控制器的硬件設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的驗(yàn)證對(duì)象。中原工學(xué)院電信學(xué)院現(xiàn)有自控原理課程綜合性實(shí)驗(yàn)是在硬件連接和軟件界面都做好的XY運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)上完成的，該平臺(tái)由運(yùn)動(dòng)控制器、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)、電控箱、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)等設(shè)備連接而成，由直流伺服電機(jī)接受控制器的命令調(diào)整運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的位置，學(xué)生實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是在構(gòu)建好的平臺(tái)上通過點(diǎn)擊開發(fā)好的操作界面調(diào)試參數(shù)完成設(shè)計(jì)。[6]為了更貼近實(shí)際工程應(yīng)用，讓學(xué)生完成對(duì)工業(yè)對(duì)象（DC電機(jī)位置控制系統(tǒng)）的建模、校正設(shè)計(jì)、控制器實(shí)現(xiàn)為主線的一系列工作，可在原有平臺(tái)硬件的基礎(chǔ)上通過替換相應(yīng)的硬件由學(xué)生完成運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證：先替換原運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)中的控制器為DSP，并在平臺(tái)中加入主工作站，在其上根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)辨識(shí)電機(jī)位置控制系統(tǒng)的模型、設(shè)計(jì)其控制算法、完成全數(shù)字仿真驗(yàn)證，并構(gòu)建控制程序模塊下載至DSP控制器中；之后替換電機(jī)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為工控機(jī)，其上為模擬對(duì)象的傳遞函數(shù)，并與DSP連接完成硬件在回路上的仿真；最后再將真實(shí)的電機(jī)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)放回控制回路，與DSP連接進(jìn)行對(duì)真實(shí)對(duì)象的控制系統(tǒng)驗(yàn)證。三、基于平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)組織和考核3.1實(shí)驗(yàn)組織方式為了有效地提高學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，可以結(jié)合CDIO教學(xué)模式的四個(gè)階段，采取以下形式實(shí)驗(yàn)：將學(xué)生分為3到4人的單位的幾組，每一組根據(jù)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)應(yīng)符合教師讓團(tuán)隊(duì)成員提出的，通過設(shè)計(jì)的過程控制系統(tǒng)，討論設(shè)計(jì)思路，同時(shí)，根據(jù)各自的專業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)任務(wù)分工利益的成員，具體任務(wù)的成員；根據(jù)對(duì)象的全面分析和設(shè)計(jì)指標(biāo)，選擇系統(tǒng)建模完成最合適的選擇方法模式識(shí)別，根據(jù)對(duì)象的屬性確定控制算法設(shè)計(jì)的連接平臺(tái)；硬件建設(shè)，包括A/D控制算法的控制程序模塊、D/A、定時(shí)器中斷，并通過自動(dòng)代碼生成的DSP控制程序的方式；由團(tuán)隊(duì)成員討論確定仿真實(shí)驗(yàn)和物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的流程和順序的需要的方式，并完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。3.2考核方式考慮到傳統(tǒng)的提交報(bào)告的實(shí)驗(yàn)考核方式可能存在的抄襲、無法全面衡量實(shí)驗(yàn)情況的弊端，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用考勤、逐項(xiàng)工作考核、最后答辯三種方式相結(jié)合的考核形式，具體內(nèi)容見表1。其中平時(shí)考勤占10%，對(duì)細(xì)分的每一實(shí)驗(yàn)步驟的完成情況逐一考核，占總分?jǐn)?shù)的70%，實(shí)驗(yàn)完成之后采用每組PPT結(jié)合口頭匯報(bào)的形式對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行展示，教師和其他同學(xué)對(duì)其中的關(guān)鍵點(diǎn)和存在的問題進(jìn)行討論，該考核內(nèi)容占期末成績(jī)的20%。這種考核方式不僅能有效地督促學(xué)生認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)，便于教師對(duì)實(shí)驗(yàn)完成情況的檢驗(yàn)，同時(shí)也能夠鍛煉學(xué)生的總結(jié)和表達(dá)能力。四基于CDIO理念的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)4.1以工程項(xiàng)目為引導(dǎo)近年來，在控制理論的研究取得了重要進(jìn)展，但在工業(yè)控制系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用這些先進(jìn)的控制理論是有限的，如工業(yè)控制自動(dòng)化專業(yè)，學(xué)生必須能夠更好的控制理論應(yīng)用于實(shí)際工程系統(tǒng)。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程自動(dòng)控制的原理，需要學(xué)習(xí)的理論知識(shí)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力是理論應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)過程中的領(lǐng)域，同時(shí)，向?qū)W生介紹技術(shù)控制理論與控制，引導(dǎo)學(xué)生開闊視野，從整體上把握專業(yè)發(fā)展方向?；贑DIO模式的概念，對(duì)自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)，可用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的實(shí)際工程項(xiàng)目，讓學(xué)生直觀地感受到了控制理論在工程實(shí)踐中的應(yīng)用，激發(fā)理論學(xué)習(xí)的積極性，由基礎(chǔ)知識(shí)的積累。例如，第一個(gè)實(shí)驗(yàn)可以是一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，真正的控制系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，如電機(jī)控制系統(tǒng)，液位控制系統(tǒng)等。通過演示實(shí)驗(yàn)，向?qū)W生介紹每一部分的控制系統(tǒng)，控制結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)過程，控制性能的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用主要集中在物理意義的模型參數(shù)與控制系統(tǒng)的理論，使學(xué)生了解實(shí)際的模型和接觸抽象的數(shù)學(xué)模型。簡(jiǎn)要介紹了自動(dòng)控制理論的應(yīng)用和重要性，提出了“自動(dòng)控制理論”課程的學(xué)習(xí)興趣，提高了理論學(xué)習(xí)的積極性。4.2合理安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)度自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)不僅掌握一些測(cè)量?jī)x器和模擬設(shè)備操作的目的原則，更重要的是鞏固理論知識(shí)，通過實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、系統(tǒng)工程。自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)課可根據(jù)理論課的進(jìn)度安排，建立實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)形式。如演示實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)等。綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)可以設(shè)置不同層次的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和愛好選擇。在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)課安排的演示實(shí)驗(yàn)，演示實(shí)驗(yàn)班設(shè)置2~4小時(shí)，通過一個(gè)實(shí)際的工程系統(tǒng)，如DC電機(jī)速度控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理：首先在前兩章的基礎(chǔ)上介紹了教材的自動(dòng)控制原理，如何構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)；其次，結(jié)合課程教材的理論遵循時(shí)間域和頻率域和根軌跡分析系統(tǒng)做簡(jiǎn)單的解釋；最后介紹了業(yè)績(jī)修正的方法和系統(tǒng)分析系統(tǒng)。這樣，通過工程實(shí)驗(yàn)將自動(dòng)控制理論與理論聯(lián)系起來，使學(xué)生從一開始就關(guān)注理論課，同時(shí)確立了實(shí)驗(yàn)研究的信心。根據(jù)日程安排和自動(dòng)化在自動(dòng)控制理論課程的實(shí)驗(yàn)，結(jié)合工程自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果其他院校，在開放初期課程的初步驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，如典型的鏈路和時(shí)域響應(yīng)分析和穩(wěn)定性分析，電路仿真，使學(xué)生充分熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備和加工簡(jiǎn)單故障分析。在開環(huán)過程中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，如線性系統(tǒng)根軌跡分析和頻率響應(yīng)分析，建模和仿真學(xué)生熟悉典型控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，掌握MATLAB編程和Simulink建模。后期課程開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)，如控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，水的溫度和濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和調(diào)試的方法，讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)過程中的控制系統(tǒng)，注重學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。最后的實(shí)驗(yàn)過程可以設(shè)置為一組創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，學(xué)生收集數(shù)據(jù)的能力，進(jìn)一步提高動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。4.3改進(jìn)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)證明實(shí)驗(yàn)不僅要控制理論知識(shí)的驗(yàn)證，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和運(yùn)用實(shí)驗(yàn)儀器的調(diào)試方法基礎(chǔ)，學(xué)生的基本科研能力。自動(dòng)控制原理的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)主要是驗(yàn)證典型鏈路的時(shí)域響應(yīng)。在自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)中來，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所占的比重比較大，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)來建立良好的模擬電路，根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)的要求完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，大多數(shù)的書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)的形式。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)部分：（1）實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，學(xué)生需要提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理，并準(zhǔn)備預(yù)習(xí)報(bào)告，主要是對(duì)數(shù)學(xué)模型的分析和實(shí)驗(yàn)對(duì)象的參數(shù)，如放大、時(shí)間常數(shù)等。（2）靈活安排實(shí)驗(yàn)表格。CDIO人才培養(yǎng)計(jì)劃的重要指標(biāo)，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的重要途徑。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)不僅連接電路和記錄結(jié)果，而且還包括電路和測(cè)量?jī)x器的調(diào)試，簡(jiǎn)單故障的診斷和消除。MATLAB仿真軟件也是分析控制系統(tǒng)的重要工具。MATLAB語言是目前國(guó)際上最流行的語言控制領(lǐng)域，具有較強(qiáng)的科學(xué)數(shù)據(jù)可視化、數(shù)值計(jì)算、系統(tǒng)建模和仿真功能[6]。MATLAB仿真在自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)中的引入，更有助于學(xué)生掌握控制理論知識(shí)，并利用計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)為綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。（3）簡(jiǎn)化報(bào)告表格。該報(bào)告的重點(diǎn)應(yīng)該是在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題的分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。對(duì)于不同類型的實(shí)驗(yàn)，報(bào)告的形式也應(yīng)該是多樣化的，而不是一般的原理和實(shí)驗(yàn)過程的復(fù)制實(shí)驗(yàn)。4.4開設(shè)綜合型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)在CDIO培訓(xùn)大綱，除了工程學(xué)生的基本知識(shí)的培訓(xùn)，提高個(gè)人能力，系統(tǒng)的團(tuán)隊(duì)工作能力和工程能力的兩個(gè)指標(biāo)是非常重要的，在自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)，主要通過建立綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)兩者的培養(yǎng)目標(biāo)。綜合性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生具備一些基本的實(shí)驗(yàn)技能和專業(yè)課程的綜合知識(shí)，屬于自動(dòng)控制理論的后期階段。通過設(shè)置液位控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)和其他一些專業(yè)課程相結(jié)合的綜合性實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的預(yù)見控制理論和檢測(cè)技術(shù)，結(jié)合專業(yè)知識(shí)，了解實(shí)驗(yàn)過程中的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，建立了實(shí)際控制系統(tǒng)的調(diào)試模擬的數(shù)學(xué)模型和仿真結(jié)果的控制系統(tǒng)。[7]通過綜合實(shí)驗(yàn)，控制工程數(shù)學(xué)模型的建立及實(shí)際控制系統(tǒng)之間的橋梁，使學(xué)生進(jìn)一步理解整體設(shè)計(jì)、工程控制系統(tǒng)的仿真和調(diào)試方法，加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力。課程最后的實(shí)驗(yàn)可以采用課程設(shè)計(jì)的形式建立創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的方向控制系統(tǒng)可以參考電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的主題，如回轉(zhuǎn)倒立擺、智能小車控制系統(tǒng)，也可以讓學(xué)生根據(jù)興趣和專業(yè)知識(shí)自主選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這些實(shí)驗(yàn)是以團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行，從信息獲取、理解內(nèi)容，建立系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和控制參數(shù)，選擇數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行仿真分析來選擇組件、硬件電路、控制程序、系統(tǒng)調(diào)試等直到全部由學(xué)生獨(dú)立完成，團(tuán)隊(duì)成員分配任務(wù)。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以鍛煉自己的綜合知識(shí)的檢索能力和篩選能力，專業(yè)知識(shí)和能力的訓(xùn)練科目，團(tuán)隊(duì)成員之間的合作與協(xié)調(diào)，同時(shí)從實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，讓學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，多渠道拓展知識(shí)。利用MATLAB軟件，編寫M程序或畫Simulink仿真圖，能夠完成本課的大部分試驗(yàn)，既可完成驗(yàn)證性試驗(yàn)，又可完成設(shè)計(jì)性和綜合性試驗(yàn)。根據(jù)理論課堂上老師MATLAB的仿真演示和學(xué)生課余時(shí)間的自學(xué)，老師只需提供仿真題目，由學(xué)生在自己電腦上獨(dú)立完成，教師在課外輔導(dǎo)并檢查即可。這種MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)，既對(duì)硬件進(jìn)行補(bǔ)充和完善，又可以完成硬件實(shí)驗(yàn)不能完成的試驗(yàn)，對(duì)知識(shí)的理解和掌握起到很好的作用。本校試驗(yàn)室可以完成教學(xué)大綱要求的硬件試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性主要強(qiáng)化學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和消化，內(nèi)容有使用運(yùn)算放大電路模擬典型環(huán)節(jié)，二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析，系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性等。綜合性實(shí)驗(yàn)是學(xué)生在了解和掌握了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，內(nèi)容有PID調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)、線性系統(tǒng)的串聯(lián)、并聯(lián)校正、直流電機(jī)調(diào)速等。以往實(shí)驗(yàn)安排都是理論課堂全部結(jié)束，集中學(xué)時(shí)做實(shí)驗(yàn)。因理論課與實(shí)驗(yàn)課脫節(jié)，學(xué)生缺乏理論知識(shí)，也只是按照書中電路圖連連線，寫寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，缺乏深入研究。為了改變傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)弊端，我系特別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)安排設(shè)計(jì)。把課程的全部實(shí)驗(yàn)融入到理論教學(xué)中來，理論教學(xué)一講完，立刻進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生對(duì)所學(xué)理論有強(qiáng)烈的感性認(rèn)識(shí)。為了避免實(shí)驗(yàn)安排與別的班級(jí)沖突，在學(xué)期的第一周系全部老師開會(huì)，統(tǒng)一安排實(shí)驗(yàn)課表。五結(jié)束語CDIO教育理念是培養(yǎng)應(yīng)用型工程技術(shù)人才，并與自動(dòng)化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)相一致。自動(dòng)控制原理是自動(dòng)化的主要課程，實(shí)驗(yàn)是控制理論與實(shí)際工程實(shí)踐的橋梁。因此，在自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用教育理念CDIO模式不僅可以鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，該系統(tǒng)還可以通過實(shí)驗(yàn)整合各種專業(yè)知識(shí)，而綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)際是一個(gè)基于培養(yǎng)工科大學(xué)生能力體系，并進(jìn)一步拓寬學(xué)生的視野，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，為國(guó)家和社會(huì)培養(yǎng)高質(zhì)量人才，自動(dòng)化專業(yè)。課程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的工作，它要求學(xué)生在具備了一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ幕A(chǔ)上，把所學(xué)到的電子技術(shù)、控制元件、傳感器、自動(dòng)控制原理、仿真方法、計(jì)算機(jī)等知識(shí)進(jìn)行綜合，用科學(xué)的方法，技術(shù)來分析、解決實(shí)際問題。結(jié)合生活實(shí)例，指導(dǎo)老師可以提供設(shè)計(jì)題目，例如糧食倉庫的濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，紅棗的自動(dòng)清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，由學(xué)生分組完成，老師進(jìn)行課外指導(dǎo)就行。這些具有創(chuàng)新性和設(shè)計(jì)性的課程設(shè)計(jì)，可以提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。把CDIO工程教育模式引入到《自動(dòng)控制原理》課程的教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，通過以上幾個(gè)方面的努力，對(duì)我校農(nóng)業(yè)工程類學(xué)生做了三屆的教學(xué)實(shí)踐，取得了明顯的教學(xué)效果。希望在今后的教學(xué)設(shè)計(jì)之路上，能為我校農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量的提高和較高綜合素質(zhì)的工程人才的培養(yǎng)貢獻(xiàn)力量。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題出發(fā)，基于理論基礎(chǔ)、教學(xué)與傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，介紹了CDIO工程教育模式，基于MATLAB的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，該平臺(tái)與實(shí)際工程應(yīng)用實(shí)踐，解決實(shí)際工程問題為前提，以提高學(xué)生的實(shí)踐能力、