摘要：计算机控制技术作为电气信息类专业的一门主要专业课，对于培养学生的控制理论与技术应用能力有着重要作用，在分析计算机控制技术课程特点的基础上，着眼于提高学生的交通信息专业应用和实践动手能力，将实验教学过程中的理论分析、仿真测试等诸多环节有机结合，对计控仿真实验教学方法开展了研究探讨和教学实践，在优化交通信息类电子信息工程实践能力方面进行了有益的尝试。
关键词：计算机控制技术；实验教学；仿真
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）03-0222-02
一、引言
随着计算机和自动化技术的飞速发展，融合了计算机技术和控制理论的计算机控制技术被广泛应用在各种工业生产过程、交通信息等诸多领域，在国内很多电子信息工程专业的教学培养计划中都增设了《计算机控制技术》作为主要专业课程，以培养和提高学生行业应用能力。
交通行业院校的电子信息工程专业主要培养具备交通信息领域电子技术和信息系统的基础知识，能从事各类交通信息领域电子设备和信息系统的研究、设计、制造、应用和开发的应用性技术人才。结合交通类电子信息工程专业的特点，开展《计算机控制技术》课程实验教学方法的研究、探索和实践，对于提高本行业学生的实践能力是十分必要的。
二、课程特点
《计算机控制技术》课程针对不同被控对象和系统性能指标要求，学习数字控制器设计等重要应用性技术，实现对生产现场的计算机检测和控制过程。从教学目的、教学内容和教学手段而言，该门课程具有如下几个典型特点：①概念抽象，理论性强：计算机控制技术的发展日新月异，教学内容涉及诸如采样、数字控制器设计等各种概念，若仅仅只从课堂上理论学习，容易形成名词堆砌，教学流于空泛。②多学科交叉，系统性强：课程覆盖信号处理、硬件等多个学科领域，在构成一个完整计算机控制系统时又互有交叉，对理论性知识的全面性和系统性要求较高。③实验学时少，动手能力差：该门课程涵盖内容较多，实验学时不可避免地受到压缩，原有实验课程也大都以演示性为主，综合性和设计性实验所占比例很小，对于提高学生的实践动手能力所起的作用有限。
三、实验教学方法探讨和实践
针对计算机控制技术课程的上述特点，从培养和提高计算机控制系统设计和开发能力出发，对该课程实验教学环节进行了必要的理论探讨和教学实践。
1.实验教学原则修订。实验教学环节作为教学重要组成部分，力图通过一系列硬件和软件实验，使学生加深对课堂教学内容的理解和掌握，在实践中需要对实验教学原则和内容进行了调整。①是考虑到交通信息类电子信息工程专业学生的特点，在模电、数电、接口技术等前导课程中，已接触和积累了较多硬件知识，实验教学应侧重于交通信息领域的数字PID控制算法、最少拍控制算法等控制技术、软件实现方面。②是对于诸如采样过程、Z变换、控制系统指标等基础理论重复性环节，在实验环节中应该突出重点强调如何从交通信息领域内计算机控制技术角度上进行分析和理解，如对A/D环节讲授中，重点在于分析交通信息领域的计算机控制系统A／D器件、数学仿真模型等方面。③是要强调实验的应用过程性调试特点，控制学科的绝大多数理论知识背景都涉及较多的数学概念、理论和公式推导，如差分方程模型，稳定性判据等，对于交通信息类电子信息工程专业而言，实验教学环节应弱化数学公式推导过程，强调控制技术的应用过程性调试特点。
2.实验教学应用性层次设置。在计算机控制技术实验室，共配备了30套江苏启东计算机厂的DVCC-ZK2实验箱，辅以其他交通实验装置，在16个学时的实验内容安排上，把实验体系分为三个层次：验证性实验，综合性实验、设计性实验，减少验证性实验，增设了综合性实验和设计性实验，实验安排项目如表1所示。
表1 实验项目表
实验内容安排突出了综合性和设计性实验，验证性实验、综合性实验、设计性实验的比例为2：1：1。如电动小车调速控制综合性实验，通过对电动小车计算机控制系统的电动机速度控制、方向控制等综合性实验过程，可进一步实践测试交通工具的控制技术；交通控制系统建模和仿真设计性实验则针对一个磁悬浮系统，学生可通过数学建模、控制器设置等完成计算机控制系统的设计过程，很好地学习和体会一个计算机控制系统的设计全过程。
3.控制技术仿真方法。对于某个控制系统或算法而言，不同控制参数对于计算机控制系统作用是不一样的，手工绘制控制曲线，时间长而且不准确。随着各类仿真软件发展，带控制工具箱的Matlab仿真软件，可方便地完成复杂数学计算及图形绘制。
如在分析电动小车调速控制中的数字PID的控制作用时，对于典型PI控制系统结构，具体参数为：
T=0.1s，G0（s）=■，D（z）=■
进入MATLAB界面后，在命令窗口中键入“Simulink”，回车后打开名为Simulink Library Browser模块库浏览器，选择各环节模型，建立该控制系统的Simulink仿真模型如图1所示：
图1 Simulink仿真模型图
在分析控制算法表达式中比例系数KP、积分系数Ki各自不同作用时，借助于matlab软件仿真技术，可非常方便地做动态演示。当比例参数为Kp=1，积分参数Ki分别为0.05、0.15和0.35时，利用所建立的Simulink仿真模型，在计算机上得到的控制系统输出仿真曲线如图2所示。
图2 PI控制输出仿真曲线图
结合该仿真图形，可将讲解重点放在Ki参数变化、输出曲线差异和控制系统性能优劣上，将抽象的数字作用转化为实在的可视图像，可极大地加深学生对Ki参数等教学内容的理解，同时掌握利用计算机进行控制系统设计分析的方法。
4.教学效果分析。学生的实验学习效果采用实验报告分析、现场实验测试等多种形式结合的考核方式，通过对电子信息工程专业2009和2010年《计算机控制技术》课程实验考查结果分析，两年内各分数段的比例统计见图3。
图3 实验考核统计图
两年内共有2个年级共计152人参加考试，实验报告成绩所占比例为40％，现场测试实验成绩占50%，平时考勤占10％，实验及格人数122人，及格率为80.26％，实验成绩趋近于“中间高，两侧低，左右对称”为特点的正态分布，达到了预期的实验教学效果。
四、结束语
在《计算机控制技术》实验教学培养体系建设中，充分考虑了交通类和课程特点，开展了实验教学环节的内容与方法的研究，注重先进教学方法的合理运用，有效提高了学生的理论分析和动手实践能力，达到了实验教学培养目标要求。
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作者简介：李伟（1976-），男，四川自贡人，研究生，副教授，主要研究方向：控制技术与控制工程。