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信号与控制课群实验教学与平台简介

CDIO理念与信号与控制课群实验
    自动化专业是一个宽基础、宽口径专业。该专业淡化机、电等单机概念,突出含机、含电的系统概念;淡化“行业性的专业”,突出“跨行业的专业”的理念。该专业在我国的定位属于工程教育范畴,其培养学生的目标是为国民经济建设输送与自动化设备和系统相关的合格工程师,他们的素质直接关系着未来产品、工程以及系统的质量。显然,脱离了实践的自动化工程教育不可能造就合格的自动化工程师。
    20世纪50年代以前,工程教育是基于实践进行的,对工程师们的实际操作能力进行考核。20世纪50年代以后,随着现代工程科学的发展,一些切实可行的分析与设计工具被引入到工程教育中,工程师的教育开始与工程实践操作相脱节,工程科学主导工科/工程院系的教学过程。在当前的高等工科/工程教育中存在貌似不可调和的矛盾。一方面,对毕业生的专业技术知识的要求不断提高;另一方面,更多的人认识到工程人员应具备良好的个人终生学习能力、系统构建知识与技能、人际能力与团队精神,以便他们能在现实的工程团队中发挥作用,完成产品、工程、系统的设计与开发。实际上,主要问题出在对学生完成的产品、工程、系统所需技能、素质没有衡量的准则与尺度。为解决这个问题,从2000年起,麻省理工学院、瑞典林克平大学、查尔姆斯技术学院、瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国合作研究,创立了 CDIO 工程教育理念。CDIO(构思-设计-实现-运行)工程教育理念正是源于对产品、工程、系统生命周期的强调,让学生以主动的、实践的和课程间有机联系的方式进行工程学习,获得工程能力,将“未来工程师”培养成能够在现代团队环境下构思/设计/实现/运行复杂高附加值工程系统的真正卓越工程师人才,他们应具有扎实的理论功底、很强的创新意识、过硬的实践能力、广阔的国际视野,善于开展创新实践,能够切实推动行业跨越式发展。其实,这一理念是很多专家和学者倡导的“科学主导工程”的训练方法和“课堂教学必须和实践教学紧密结合起来”的教学方法的继承与拓展。
    基于CDIO理念构建信号与控制课群新的系统性实验教学体系,注重C-D-I-O(构思-设计-实现-运行)过程实践训练,对各相关课程的实验重新进行规划形成系统性的课群实验,将实验项目分成演示性、验证性、综合性、设计性和创新性等五大类型,特别加强设计性和创新性实验份量,各类实验均有一定的难度系数,并提供大量实验项目供学生选择。通过调动学生与老师的主观能动性,积极地参与到实验教学中,完善实施方案,形成良好的信号与控制课群实验教学互动氛围。切实加强基本实验理论和方法,提高实验操作技能,使学生逐步具有对控制问题的分析与解决能力。


信号与控制课群实验体系
    有效地整合信号与控制的相关课程,充分地利用实验室现有的相关设备,开出数值计算与寻优方法、信号分析与系统、经典控制理论与应用、现代控制理论与应用、智能控制理论与应用、先进控制理论与应用专题课程的实验。基于CDIO理念开展实验项目规划与设计,对每个实验内容均从C-D-I-O训练过程方面进行布署。将实验项目分成演示性、验证性、综合性、设计性和创新性五大类型,注重演示与验证性实验的基础性作用,同时,强调综合与设计性实验的主观能动性,加强创新性实验的团队合作性。课群实验项目的设置淡化单一课程的独立性,建立各课程内容的紧密联系,着力提高学生的知识综合运用能力、独立创新能力和团队协作能力。
    针对不同的实验类型,提出不同的书写要求:演示性实验只要求写400字以内的观后感;对于验证性实验,在传统报告的基础上需要增加相应的比较分析;对于综合性实验,需要增加所涉及的课群基本理论的相互联系的论述;对于设计性实验,需要书写详细的设计思路和内容、实施步骤、实现效果与分析;对于创新性实验,需要详细书写创新点、实施步骤、创新效果与应用。对于不同项目类型的实验报告,采用不同的评阅方式,注重报告书写的科学性和规范性,同时注重学生的独立思考和创新能力培养。
对信号与控制课群实验的选题原则可概括为:充分利用现有实验设备、体现实际的工程应用与研究、体现CDIO理念、体现系统性,规模适中、体现各种类型实验的目的性、体现因材施教。在此原则的指导下,采用如下的实验项目规划与设计方案:
(1) 对每个实验项目拟设置五个属性:类型、性质、难度系数、课内/外学时数,分组人数(1~3人)。
(2) 将实验类型分成五大类:演示、验证、综合、设计、创新。对这些类型的实验项目均采用系统或产品开发过程进行编排,特别是对综合、设计、创新类实验项目更要体现构思、设计、实现和运行的全过程。
(3) 实验性质分为必做与选做。必做项目反映的是课群基础性实验,以验证与综合性为主;选做项目反映课群应用能力的实验,以综合、设计和创新为主。
(4) 根据实验内容的难易程序与复杂性将实验项目的难度系设置为0-1之间的数。
(5) 按照各类实验项目的界定,对实验项目进行合适的选题,并在每年发动教师更新、添加或改进2个以上实验项目,鼓励科研成果转化成的实验项目。


控制课群实验软件与设备
   (1)MATLAB/Simulink 
   (2)Multisim
   (3)labACT实验箱及虚拟示波器,含小功率直流电机调速系统、温度控制系统
   (4)直线倒立摆系统
   (5)磁悬浮系统
   (6)板球系统
   (7)球杆系统

   (8)随动系统

 


广西大学自动化专业信号与控制课群组(教学团队