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關(guān)鍵詞 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 類型 特點(diǎn) 應(yīng)用
中圖分類號(hào):X924.4
0 引言
當(dāng)前,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)取得了快速的發(fā)展,在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們?nèi)粘I钪杏兄鴱V泛的運(yùn)用,不管是微型的控制設(shè)備,還是大型的控制系統(tǒng),計(jì)算機(jī)控制技術(shù)都在其中發(fā)揮著重要的作用。今后隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們研究的進(jìn)一步深入,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展,其作用也將更加凸顯。
1 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展
計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是由數(shù)字計(jì)算機(jī)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行控制的技術(shù),它是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的。在計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng),數(shù)字計(jì)算機(jī)代替自動(dòng)控制中的常規(guī)控制設(shè)備,對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制,從而實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的根本變革。數(shù)字計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大,具有采集、傳送、存貯、處理大量數(shù)據(jù)的能力,推動(dòng)了自動(dòng)控制的發(fā)展和變革,實(shí)現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)為主要控制設(shè)備的新階段。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中,其控制過程主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)控制三個(gè)部分。系統(tǒng)對(duì)被控參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中,并對(duì)其進(jìn)行處理,同時(shí)按照已經(jīng)設(shè)計(jì)的控制規(guī)律計(jì)算出控制量,并實(shí)時(shí)向控制器發(fā)出控制信號(hào)。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)要求控制實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性和實(shí)效性,對(duì)于信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出,要求能夠在一定時(shí)間內(nèi)完成。并且信息處理這個(gè)過程是不斷重復(fù)的,能夠按照一定的指標(biāo)完成工作。同時(shí),對(duì)于被控參數(shù)和設(shè)備本身所出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),并能夠做出迅速處理,促使系統(tǒng)更好的工作,滿足實(shí)際工作的需要。
2 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的類型
根據(jù)控制功能和控制目的不同,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)可以分為以下幾種類型。
(1)操作指導(dǎo)控制技術(shù)。該技術(shù)是指計(jì)算機(jī)的輸出不直接控制被控對(duì)象,而是每隔一定時(shí)間,計(jì)算機(jī)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集,將系統(tǒng)的一些參數(shù)經(jīng)過轉(zhuǎn)化之后送入計(jì)算機(jī),由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理,然后報(bào)警、打印和顯示。根據(jù)這些結(jié)果,操作人員去改變給定值或者直接操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該技術(shù)簡單,控制靈活,并且安全性高,不過往往需要人工操作,速度受到相應(yīng)的限制。(2)直接數(shù)字控制技術(shù)。是工業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用得較為普遍的模式,通過檢測(cè)元件,計(jì)算機(jī)對(duì)一個(gè)或者多個(gè)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè),通過輸入通道,將檢測(cè)數(shù)據(jù)送入到計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算,然后發(fā)出控制信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu),使系統(tǒng)的被控參數(shù)達(dá)到預(yù)定要求。在該控制技術(shù)當(dāng)中,計(jì)算機(jī)參與閉環(huán)控制過程,具有強(qiáng)大的功能和良好的控制效果,能夠取代模擬調(diào)節(jié)器,實(shí)現(xiàn)多回路的PID調(diào)節(jié),并且操作簡單,只需要通過改變程序就能夠有效的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制,如前饋控制、非線性控制、自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制等。(3)監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。計(jì)算機(jī)按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型,計(jì)算出最佳給定值,然后送入模擬調(diào)節(jié)器,最后由模擬調(diào)節(jié)器控制生產(chǎn)過程,使得生產(chǎn)處于最佳狀態(tài),達(dá)到最佳的生產(chǎn)效果。(4)分級(jí)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。由若干的微處理器或者管理計(jì)算機(jī)分別承擔(dān)部分任務(wù),該技術(shù)將控制任務(wù)進(jìn)行分解,采用多臺(tái)計(jì)算機(jī)的形式,分別執(zhí)行不同的任務(wù),不僅能夠?qū)崿F(xiàn)控制,還能夠?qū)崿F(xiàn)管理,滿足生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)際需要。
3 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的特點(diǎn)
計(jì)算機(jī)控制技術(shù)由軟件和硬件組成,在實(shí)際工作中發(fā)揮著重要作用。與一般控制技術(shù)相比而言,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)具有以下顯著特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)中既有模擬信號(hào),也有數(shù)字信號(hào),在實(shí)際工作中,只需要修改相應(yīng)的程序,就能夠?qū)崿F(xiàn)改變控制規(guī)律的目的。同時(shí),計(jì)算機(jī)控制技術(shù)具有豐富的指令系統(tǒng)和很強(qiáng)的邏輯判斷功能,采用的離散控制方式。在實(shí)際工作中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù),有利于實(shí)現(xiàn)控制與管理的一體化,顯著提高工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度,取得更好的生產(chǎn)效益。
4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用
目前,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們?nèi)粘I钪幸呀?jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。不管是微型系統(tǒng)還是大型系統(tǒng),都越來越離不開計(jì)算機(jī)控制技術(shù),其作用和地位日益凸顯。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)的日益普及,各種微型控制器逐漸出現(xiàn),不僅性能優(yōu)良,而且價(jià)格也低廉,適用范圍也比較廣泛,同時(shí)也促進(jìn)了計(jì)算機(jī)控制器成本的降低,更好的推動(dòng)了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的運(yùn)用和發(fā)展。此外,通過各種軟件編程,還能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的、靈活的控制算法,使得計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防建設(shè)等眾多領(lǐng)域得到了運(yùn)用,并取得了良好的效果。隨著控制理論的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,更為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)將會(huì)出現(xiàn),其控制效果必將更為可靠,適用范圍也必將更為廣闊,將為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做好發(fā)揮更大的作用。
5 結(jié)束語
近些年來,隨著對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)研究的深入和對(duì)國外先進(jìn)成果的吸收和引進(jìn),我國計(jì)算機(jī)控制技術(shù)也取得了較快的發(fā)展,在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。我國人力資源豐富,科技隊(duì)伍不斷發(fā)展和壯大,隨著工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)也有著更為廣大的應(yīng)用市場(chǎng),今后應(yīng)該加強(qiáng)這方面的研究,提高工藝水平,滿足高精尖技術(shù)發(fā)展的需要,促進(jìn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們?nèi)粘I钪懈玫陌l(fā)展作用。
參考文獻(xiàn)
[1] 伍曉紅.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù),1998(3),43-44.
【關(guān)鍵詞】互聯(lián)網(wǎng);計(jì)算機(jī);控制技術(shù)
互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的定義已經(jīng)發(fā)生了根本的變化,進(jìn)入了一個(gè)多機(jī)的、自動(dòng)化生產(chǎn)、控制和智能一體化相結(jié)合的發(fā)展方向。本篇文章將歸納計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展概況,同時(shí)指出作為計(jì)算機(jī)控制技術(shù)操作工程師主要的責(zé)任和工作從事情況。
一、集中控制到集散控制的發(fā)展
最初的計(jì)算機(jī)控制主要采用的是集中控制的工作方式,在進(jìn)行一系列的包括采集信號(hào)、運(yùn)算處理、信息反饋、顯示狀態(tài)等任務(wù)的過程中,均是通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī)IPC來控制的。IPC工業(yè)控制計(jì)算機(jī)將各種參數(shù),如,壓力、溫度、PH值等進(jìn)行有效的收集,然后通過接口卡來接受經(jīng)過處理而得到的信號(hào)。現(xiàn)在,伴隨著控制系統(tǒng)日益增加的復(fù)雜度,單獨(dú)的一臺(tái)計(jì)算機(jī)已經(jīng)不能勝任多種信號(hào)的處理工作了,在這種情況下,分布式控制系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生,根據(jù)功能的不同,可分為上位機(jī)、下位機(jī)。上位機(jī)主要負(fù)責(zé)整體集中監(jiān)視工作,下位機(jī)為分布在各現(xiàn)場(chǎng)的用于分布控制的個(gè)體。而上、下位機(jī)則通過相關(guān)的通訊互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳遞信息工作。
通訊是集散式控制系統(tǒng)的中心,它作為DCS的中央神經(jīng)系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)具有可拓展性、安全性和有效性。DCS最初研發(fā)階段的瓶頸為系統(tǒng)開放性低。許多廠家采用封閉形式來實(shí)現(xiàn)經(jīng)營壟斷,而不同廠家之間的信息閉塞,則成為了DCS系統(tǒng)發(fā)展困難的主要問題之一。
二、封閉系統(tǒng)到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展
為了達(dá)到增強(qiáng)DCS系統(tǒng)的兼容性、開放性的目的,必須采取措施實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的公開化和標(biāo)準(zhǔn)化,因此就有了封閉系統(tǒng)到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線控制系統(tǒng)(簡稱FCS)的主要功能就是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)“點(diǎn)到點(diǎn)”到“總線”的方式轉(zhuǎn)變。按照總線方式,整個(gè)控制系統(tǒng)有條不紊的進(jìn)行運(yùn)行,各種設(shè)備的工作都是一個(gè)“總線單元”,相互平行的運(yùn)行,遵守公開、統(tǒng)一的通信協(xié)議進(jìn)行綜合自動(dòng)控制相關(guān)工作。FCS相比于DCS系統(tǒng),更能實(shí)現(xiàn)順應(yīng)用戶的要求,它采用的是開放式的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議,通過這種協(xié)議協(xié)調(diào)現(xiàn)場(chǎng)所有支線工作,使得維護(hù)和成本都降低。所以說,F(xiàn)CS系統(tǒng)是種互聯(lián)的、開放的分布式系統(tǒng)。
上個(gè)世紀(jì)80年代,現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)就開始發(fā)展,其各種標(biāo)準(zhǔn)也不斷成為工業(yè)國家和廠商的爭(zhēng)奪焦點(diǎn)。現(xiàn)在,Profibus及CAN均是中國自動(dòng)控制領(lǐng)域的核心。1996年,Profibus標(biāo)準(zhǔn)開始進(jìn)入中國,在10年光景的推廣中,廣泛存在于我國的工業(yè)領(lǐng)域中。2006年,Profibus成為了我國第一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的國家標(biāo)準(zhǔn)。到現(xiàn)在為止,Profibus仍是應(yīng)用最為廣泛、各種控制設(shè)備、儀表種類最為齊全的總線技術(shù),一直是車間級(jí)的總線標(biāo)準(zhǔn)、自動(dòng)化集成的首要選擇。同時(shí),CAN是機(jī)電設(shè)備控制相關(guān)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的總線技術(shù),一直是工業(yè)機(jī)械手、汽車電子、高速印刷機(jī)等控制系統(tǒng)的設(shè)備級(jí)的總線標(biāo)準(zhǔn)。也就是說,Profibus和CAN分別是自動(dòng)化、電子工程師的首選。
三、現(xiàn)場(chǎng)控制到企業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展
EtherNet/IP即以太網(wǎng)工業(yè)協(xié)議,是一種以以太網(wǎng)的傳輸為標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議。目前,這個(gè)協(xié)議被三大組織所支持,即the Industrial Ethernet Association(IEA)、ControlNet International(CI)、the Opening DeviceNet Vender Association(ODVA)。以太網(wǎng)工業(yè)協(xié)議旨在形成一個(gè)開放式的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,以便于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的開放式建設(shè)。工業(yè)以太網(wǎng)可以定義為將商業(yè)以太網(wǎng)(IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn))在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一、同時(shí)提升產(chǎn)品的器件選用、適用性、可靠性和抗干擾能力,以滿足不斷增長的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需求。
控制作用要能滿足實(shí)時(shí)性,這是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)必須遵從的原則,換句話說,傳輸信號(hào)的過程要迅速同時(shí)信號(hào)必須穩(wěn)定,因此要保證滿足數(shù)據(jù)定時(shí)刷新的要求。以CSMA/CD的方式所進(jìn)行的傳統(tǒng)以太網(wǎng)的傳輸,不能在電荷負(fù)荷過大的時(shí)候正常運(yùn)行。工業(yè)以太網(wǎng)采用的是新的信息交換技術(shù),能夠快速刷新信號(hào),這就為以太網(wǎng)信號(hào)的不確定問題找到了解決方法。如,EtherNet可以達(dá)到100M、10G的傳輸速率,減少了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难訒r(shí)問題,使得阻塞幾率大大降低。雙工星形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及EtherNet技術(shù)則使傳輸實(shí)時(shí)性、確定性變成了可能。
“信息化工廠”是工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)存在意義,這里的信息化工廠指的是在信息基礎(chǔ)相關(guān)設(shè)施的基礎(chǔ)上,利用信息處理手段,將信息收集、傳輸、計(jì)算處理和綜合應(yīng)用,如同在工廠中生產(chǎn)、管理和運(yùn)營的手段一樣。可以說,工業(yè)以太網(wǎng)是自動(dòng)化控制的核心,管理、運(yùn)營等信息的傳輸都靠它。
很多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備對(duì)EtherNet/IP協(xié)議都很支持,它能實(shí)現(xiàn)直連下層設(shè)備,直接掛接變頻器和分布式IO,并采用以太網(wǎng)交換機(jī)作為中部鏈接,實(shí)現(xiàn)整個(gè)信息交換系統(tǒng)。EtherNet/IP控制網(wǎng)絡(luò)的功能包括以下幾方面,決定性控制、適應(yīng)應(yīng)用需要、故障容納措施、遠(yuǎn)程控制、低成本連接、內(nèi)部安全和開放式標(biāo)準(zhǔn)。它具有許多值得推廣的價(jià)值,如,實(shí)現(xiàn)了商業(yè)和企業(yè)的簡單整合,即有效的將生產(chǎn)控制、質(zhì)量監(jiān)督、可檢測(cè)性及系統(tǒng)維護(hù)等結(jié)合起來;高速、高帶寬,便于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融進(jìn),能夠連接廣泛區(qū)域內(nèi)的設(shè)備;便于專家遠(yuǎn)程服務(wù)、診斷及部署等,有利于成本的降低和方便快捷進(jìn)行信息控制等。所以,有人將工業(yè)化的以太網(wǎng)形容為“總工程師讀數(shù)據(jù)的網(wǎng)”。可以看出,工業(yè)以太網(wǎng)具有無縫對(duì)接的優(yōu)點(diǎn),這樣,工程師們就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)掛在以太網(wǎng)上設(shè)備的控制管理了。
本文由四個(gè)部分組成,在初步介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)之后,分別介紹計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的特點(diǎn)和基本設(shè)計(jì)過程。在綜述部分對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行展望。
關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)控制技術(shù);原理;發(fā)展趨勢(shì)
一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。而一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)由下列幾部分組成:被控對(duì)象、主機(jī)、外部設(shè)備、外圍設(shè)備、自動(dòng)化儀表和軟件系統(tǒng)。
1、硬件部分
硬件部分用于一般數(shù)值計(jì)算和信息處理的計(jì)算機(jī)稱為通用計(jì)算機(jī)(簡韻;通用機(jī))。用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的計(jì)算機(jī)稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(簡稱控制機(jī))。通用機(jī)由主機(jī)和外部設(shè)備組成,主機(jī)包括運(yùn)算器、控制器和主存貯器(俗稱內(nèi)存貯器);外部設(shè)備包括輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和外部存貯器,如鍵盤、CRT顯示器、打印機(jī)、磁帶和磁盤等,起著人機(jī)聯(lián)系和擴(kuò)展主機(jī)存貯能力的作用。它們是主機(jī)正常工作和人們使用主機(jī)所必需的設(shè)備?!ㄓ脵C(jī)主要是同使用機(jī)器的人交流信息,控制機(jī)除了同人交流信息外,要自動(dòng)地控制生產(chǎn)過程,它還必須與被控制的對(duì)象直接交流信息。這是控制機(jī)與通用機(jī)根本不同的地方。為此,控制機(jī)必須具備直接從生產(chǎn)過程獲取信息,經(jīng)過主機(jī)加工處理后,把控制信息饋送給生產(chǎn)過程的能力。這種能力表現(xiàn)在主機(jī)與被控對(duì)象之間直接進(jìn)行信息的變換和傳遞上,具有這種能力的設(shè)備稱為生產(chǎn)過程通道。相對(duì)于外部設(shè)備,通常把生產(chǎn)過程通道稱為主機(jī)的外圍設(shè)備。因此,可以簡單地說,通用計(jì)算機(jī)由主機(jī)和外部設(shè)備組成;控制計(jì)算機(jī)由通用計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備組成。
2、軟件部分
軟件系統(tǒng)是控制機(jī)不可缺少的重要組成部分。只有在適當(dāng)?shù)能浖到y(tǒng)支持下,控制視才能按設(shè)計(jì)的要求正常地工作??刂茩C(jī)的軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。系統(tǒng)軟件是用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的各種資源管理、信息處理相對(duì)外進(jìn)行聯(lián)系及提供服務(wù)的軟件。例如操作系統(tǒng)、監(jiān)控程序、語言加工系統(tǒng)和診斷程序等。應(yīng)用軟件是用來使被控對(duì)象正常運(yùn)行的控制程序、控制策略及其相應(yīng)的服務(wù)程序。例如過程監(jiān)視程序、過程控制程序和公用服務(wù)程序等。應(yīng)用軟件是在系統(tǒng)軟件的支持下編制完成的,它隨被控對(duì)象的特性和控制要求不同而異。通常應(yīng)用軟件由用戶根據(jù)需要自行開發(fā)。隨著計(jì)算機(jī)過程控制技術(shù)的日趨成熟,應(yīng)用軟件正向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的方向發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)的基本控制模塊由制造廠家提供給用戶,用戶只需根據(jù)控制的要求,經(jīng)過簡單的組態(tài)過程即可生成滿足具體要求的專用應(yīng)用軟件,大大方便了用戶,縮短了應(yīng)用軟件的開發(fā)周期。提高了應(yīng)用軟件的可靠性。
二、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
由于計(jì)算機(jī)本身的特點(diǎn),計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與一般常規(guī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比,具有以下特點(diǎn)。
精度高:通過多字長的數(shù)值運(yùn)算,可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)調(diào)節(jié)器難以達(dá)到的控制精度,而且不存在零點(diǎn)漂移、熱噪聲及元件老化對(duì)控制精度的影響。
計(jì)算機(jī)具有分時(shí)處理能力。一臺(tái)計(jì)算機(jī)(嚴(yán)格說是一個(gè)CPU)可以對(duì)多個(gè)控制回路進(jìn)行控制。
計(jì)算機(jī)具有很強(qiáng)的貯存和邏輯判斷能力,能夠根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境的變化,及時(shí)作出判斷,選擇最合理的控制對(duì)策;可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律,以達(dá)到理想的控制效果。
使用方便靈活。計(jì)算機(jī)的控制功能是通過硬件和軟件共同實(shí)現(xiàn)的。在不增加硬件的情況下,可以通過修改軟件來改變控制方案和控制機(jī)的功能。
計(jì)算機(jī)除了能實(shí)現(xiàn)控制功能以外,還可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的管理,如生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度,經(jīng)濟(jì)核算等。
三、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)將根據(jù)不同的對(duì)象有所不同,但系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟大體上相同,一般包括以下幾方面。
1、確定控制任務(wù)
進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前,首先要對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行深入調(diào)查、分析,熟悉工藝流程,了解具體的控制要求,確定系統(tǒng)所要完成的任務(wù),包括系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能、控制速度、控制精度、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、完成設(shè)計(jì)的時(shí)間要求等。根據(jù)這些任務(wù)寫好設(shè)計(jì)任務(wù)說明書,作為整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。
2、系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)。選擇系統(tǒng)的軟、硬件組成方式根據(jù)系統(tǒng)的價(jià)格和時(shí)間要求,選擇適當(dāng)?shù)姆绞浇M成系統(tǒng)。在時(shí)間要求比較緊的情況下,盡量選購現(xiàn)成的軟、硬件系統(tǒng)進(jìn)行組合;而在經(jīng)費(fèi)緊張的情況下可以考慮自己設(shè)計(jì)電路模塊。值得注意的是,軟、硬件工作比例的劃分也將對(duì)系統(tǒng)的價(jià)格和實(shí)現(xiàn)時(shí)間產(chǎn)生重要的影響。
系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)大概包括選擇微處理器、確定存儲(chǔ)器容量、選擇外圍接口電路、選擇傳感器、選擇軟件開發(fā)環(huán)境、硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試六個(gè)基本內(nèi)容。
3、軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)要根據(jù)系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)要求,確定軟件所要完成的各種功能及完成這些功能的邏輯和時(shí)序關(guān)系,并用軟件流程圖表述出來。按軟件流程圖中不同的功能,分別設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件功能模塊。如模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、通訊模塊和鍵盤處理模塊等。每一種模塊都可以單獨(dú)進(jìn)行調(diào)試,各種模塊分別調(diào)試好后,再按流程圖邏輯和時(shí)序關(guān)系將他們正確組合、連接、調(diào)試。
4、現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試
首先要按工藝流程圖將系統(tǒng)正確安裝,然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行粗調(diào)和精確調(diào)試,根據(jù)實(shí)際對(duì)象確定各種控制參數(shù),調(diào)整顯示值或保存數(shù)據(jù)等。硬件調(diào)試和軟件調(diào)試都可以在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下用對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行模擬的方式進(jìn)行,并進(jìn)行必要的聯(lián)合調(diào)試工作,半實(shí)物仿真是系統(tǒng)調(diào)試的雖要基礎(chǔ),而最終的系統(tǒng)級(jí)調(diào)試要在現(xiàn)場(chǎng)完成。
5、建立完整的技術(shù)檔案
在進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試的時(shí)候,要為相應(yīng)的部分建立完整的技術(shù)檔案并存檔保管。這些技術(shù)檔案包括各種軟件清單、注釋、硬件圖紙、元件清單及系統(tǒng)安裝工藝圖及說明等。完整的技術(shù)檔案是使系統(tǒng)具有可維護(hù)性、可升級(jí)性的前提及保證。
四、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)
DCS和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)技術(shù)正在相互滲透發(fā)展,并擴(kuò)大各自的應(yīng)用領(lǐng)域。原來一般流程工業(yè)的控制多選用集散型控制系統(tǒng)(DCS ),離散型制造業(yè)的控制多采用可編程控制器(PLC)。隨著DCS和PLC相互滲透發(fā)展繼而擴(kuò)大自己的應(yīng)用領(lǐng)域,將出現(xiàn)DCS和PLC融合于一體的集成過程控制系統(tǒng)。
工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)將向有線和無線相結(jié)合的方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線技術(shù)以及智能傳感器技術(shù)的結(jié)合,產(chǎn)生了基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器。這種基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器使得工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)能夠通過無線鏈路直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、和共享。
工業(yè)控制軟件己向組態(tài)化方向發(fā)展,工業(yè)控制軟件主要包括人機(jī)界面軟件、控制軟件以及生產(chǎn)管理軟件等。目前,我國已開發(fā)出一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件平臺(tái)、先進(jìn)控制軟件、過程優(yōu)化控制軟件等成套應(yīng)用軟件。
五、結(jié)語:
計(jì)算機(jī)控制就是用計(jì)算機(jī)對(duì)一個(gè)動(dòng)態(tài)對(duì)象或過程進(jìn)行控制。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中,用計(jì)算機(jī)代替自動(dòng)控制系統(tǒng)中的常規(guī)控制設(shè)備,對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制,這是對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)所使用的技術(shù)裝備的一種革新。這一革新,改變了自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),也導(dǎo)致對(duì)這類系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)發(fā)生較多的變化。
參考文獻(xiàn):
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[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)控制技術(shù);實(shí)踐教學(xué);課程改革
[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437(2016)08-0132-03
計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)重要的專業(yè)技術(shù)課程之一。本課程的任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)控制的基本概念,掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法,使學(xué)生從理論上掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理及應(yīng)用,使學(xué)生具備有效地分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所需的必要的知識(shí)、洞察力和理解力。它融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論、計(jì)算機(jī)通信等多種技術(shù),以計(jì)算機(jī)在系統(tǒng)控制中的應(yīng)用為中心,以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)為主線,涉及控制系統(tǒng)硬件、軟件、系統(tǒng)分析和應(yīng)用等方面的問題,因此計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的專業(yè)課程。
但是,從近幾年的教學(xué)效果來看,通過本課程的學(xué)習(xí),學(xué)生能夠很好地掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的相關(guān)理論,但是無法很好地完成面向?qū)嶋H應(yīng)用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程兼具理論性和實(shí)踐性,在教學(xué)過程中,必須將課堂理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力。因此對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)方法的改革進(jìn)行研究、探索和實(shí)踐是十分必要的。
一、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程分析
計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)原理、自動(dòng)控制原理以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等前期課程的再次綜合與進(jìn)一步升華,學(xué)習(xí)難度較大,特別是在基礎(chǔ)薄弱的情況下,學(xué)習(xí)該課程就顯得更為吃力。由于該課程的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng),傳統(tǒng)的授課方式過于偏重理論教學(xué),難以將理論與應(yīng)用結(jié)合。傳統(tǒng)方式授課時(shí)仍以數(shù)字控制理論為主體,在理論的應(yīng)用中介紹微機(jī)控制方式及其具體實(shí)現(xiàn),減少了計(jì)算機(jī)與實(shí)際控制系統(tǒng)結(jié)合的內(nèi)容,這種方式與培養(yǎng)應(yīng)用型專業(yè)人才的目標(biāo)相距甚遠(yuǎn)。最為明顯的后果是學(xué)生走上工作崗位后,所學(xué)的知識(shí)在具體生產(chǎn)應(yīng)用中很難適應(yīng)實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐。
計(jì)算機(jī)控制課程具有如下特點(diǎn):1.應(yīng)用性強(qiáng)。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在十分廣泛的領(lǐng)域內(nèi)獲得越來越多的應(yīng)用,在新型工業(yè)化中起著不可缺少的重要作用。2.更新性強(qiáng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制理論的不斷發(fā)展,其教學(xué)內(nèi)容也不斷更新。3.綜合性強(qiáng)。涉及電子技術(shù)、自動(dòng)控制理論、過程控制、微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用等多方面的知識(shí),綜合了許多的基礎(chǔ)理論和前期課程。4.實(shí)踐性強(qiáng)。本課程是典型的需要理論聯(lián)系實(shí)際,要求學(xué)生理論分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)三位一體,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、技術(shù)與工程一體化的意識(shí)和能力的課程。
二、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)中存在的問題
通過對(duì)省內(nèi)多所開設(shè)有計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程的理工類和綜合類本科院校的教學(xué)過程和教學(xué)效果進(jìn)行調(diào)研,發(fā)現(xiàn)以下問題:計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的教學(xué)過程仍是以教師為主體的傳統(tǒng)授課方式,老師授課學(xué)生聽講;課內(nèi)實(shí)驗(yàn)大多為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn),學(xué)生發(fā)揮自主能動(dòng)性的機(jī)會(huì)很少,造成了學(xué)生的實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)不夠,學(xué)習(xí)效果不佳。
分析造成此種結(jié)果的原因,主要有以下幾個(gè)方面:1.教師方面:教師的授課重點(diǎn)更多地放在了理論知識(shí)的傳授上,而對(duì)于知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用比如系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的團(tuán)隊(duì)合作等往往被放在了次要的位置;2.教材方面:大多數(shù)教材在設(shè)計(jì)中以控制系統(tǒng)各組成部分的介紹和理論推導(dǎo)為主,實(shí)際的案例很少,針對(duì)案例的分析和講解更少,對(duì)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)很難起到明顯的作用;3.課程安排方面:理論課和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐學(xué)時(shí)差別較大,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容同實(shí)際工程應(yīng)用相脫離,使得學(xué)生難以在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)中得到實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn);4.考核方面:以出勤、作業(yè)成績和考試成績?cè)u(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,沒有對(duì)學(xué)生的應(yīng)用能力和實(shí)踐能力進(jìn)行考核,導(dǎo)致大部分學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。
三、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)方法改革的研究與探索
我們通過廣泛調(diào)研兄弟院校、畢業(yè)生用人單位的培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)和反饋信息,在深入分析現(xiàn)在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)過程中存在的不足之處的基礎(chǔ)上,提出以下改革方案:基于系統(tǒng)工程理論,加強(qiáng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)和創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié),同步提升學(xué)生的理論水平和實(shí)踐動(dòng)手能力;同時(shí),將“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的理念引入計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的教學(xué)中,以提高學(xué)生“學(xué)以致用”的綜合素質(zhì)和動(dòng)手能力,為國家培養(yǎng)出適應(yīng)新環(huán)境的高素質(zhì)的,具有創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的綜合性應(yīng)用型人才。
(一)基于系統(tǒng)工程理論,培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀念
系統(tǒng)觀念的建立是工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生所應(yīng)達(dá)到的最終培養(yǎng)目標(biāo)之一,需要教師在傳授知識(shí)的過程中潛移默化地教導(dǎo)學(xué)生,使其從思想上重視系統(tǒng)理論,自覺地在日常學(xué)習(xí)中樹立系統(tǒng)觀念。系統(tǒng)觀念的樹立應(yīng)該從多方面入手進(jìn)行指導(dǎo),包括指導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)地看待問題,教育學(xué)生系統(tǒng)地思考問題,指導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)地解決問題。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)本身就是一個(gè)系統(tǒng)工程,它和多門專業(yè)基礎(chǔ)課息息相關(guān),比如電路,電子技術(shù),單片機(jī)技術(shù)等,還和多門專業(yè)課相關(guān),比如自動(dòng)控制原理,電力電子技術(shù)等。因此需要從相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)課開始進(jìn)行系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)培養(yǎng),循序漸進(jìn)、潛移默化地進(jìn)行系統(tǒng)觀念的培養(yǎng)。在這個(gè)系統(tǒng)工程中,教師不僅是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論技術(shù)知識(shí)的傳授者,更重要的是還要充當(dāng)學(xué)生系統(tǒng)觀念培養(yǎng)的引路人。要將控制系統(tǒng)的思想內(nèi)核及方法應(yīng)用到計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的教學(xué)實(shí)踐中,用系統(tǒng)方法論對(duì)該課程的理論和實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革研究,從而達(dá)到使該課程的教學(xué)系統(tǒng)工程最優(yōu)化的目的。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門高度綜合的課程,是元件與系統(tǒng)的結(jié)合,硬件與軟件的結(jié)合,強(qiáng)電與弱電的結(jié)合,算法研究與程序?qū)崿F(xiàn)的結(jié)合。因此,我們?cè)诮虒W(xué)組織上要通過對(duì)這四個(gè)結(jié)合的論述和理解,使學(xué)生樹立系統(tǒng)設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)意識(shí)和全局優(yōu)化意識(shí),提高學(xué)生用科學(xué)的方法論指導(dǎo)課程學(xué)習(xí)的自覺性。
(二)加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),做到“三有、兩嚴(yán)、一寬”
專業(yè)課程設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)觀念的重要環(huán)節(jié)之一,它要求學(xué)生在此過程中必須運(yùn)用系統(tǒng)論的方法,系統(tǒng)地看待和分析問題,系統(tǒng)地思考和解決問題。為了系統(tǒng)地訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決本專業(yè)方向的實(shí)際問題的能力,我們采用了如下措施。首先為了保證時(shí)間的充裕性,將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)時(shí)間定為6周。其次要做好前期準(zhǔn)備工作,教師需要先把計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)的要求知會(huì)每一位學(xué)生,這些要求分布在任務(wù)書和指導(dǎo)書中。學(xué)生要認(rèn)真閱讀和領(lǐng)會(huì)任務(wù)書和指導(dǎo)書的內(nèi)容,做到心中有數(shù),以便能夠在接下來的工作中系統(tǒng)地分析設(shè)計(jì)任務(wù)。分析任務(wù)的步驟完成后,學(xué)生將會(huì)依據(jù)自身?xiàng)l件在網(wǎng)絡(luò)上或者圖書館內(nèi)查閱相關(guān)專業(yè)技術(shù)資料,系統(tǒng)地了解實(shí)際系統(tǒng)的組成、原理和設(shè)計(jì)過程,系統(tǒng)地思考解決問題的方法。然后教師會(huì)根據(jù)學(xué)生對(duì)課題的了解情況合理地分組,一般是5人分為1個(gè)小組,小組內(nèi)選出小組長一名,負(fù)責(zé)課程設(shè)計(jì)工作的總體安排和協(xié)調(diào)。要求每個(gè)小組在課程設(shè)計(jì)的各個(gè)階段均需撰寫相應(yīng)的設(shè)計(jì)進(jìn)展報(bào)告,以便教師能夠根據(jù)各組的進(jìn)展情況有針對(duì)性地進(jìn)行指導(dǎo)。最后是課程設(shè)計(jì)的總體評(píng)價(jià)機(jī)制,我們會(huì)綜合考慮學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中的表現(xiàn),如日常出勤、報(bào)告撰寫、實(shí)際作品的運(yùn)行情況、程序編寫的合理性和效率、最后答辯表現(xiàn)等因素,最終綜合評(píng)定課程設(shè)計(jì)總成績。答辯環(huán)節(jié)是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)中非常重要的一環(huán),它不但能夠有效地檢驗(yàn)學(xué)生設(shè)計(jì)任務(wù)的完成情況,而且能夠便于教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生在過程中存在的薄弱環(huán)節(jié)。通過對(duì)每個(gè)學(xué)生在答辯過程中體現(xiàn)出的問題進(jìn)行總結(jié),就能夠在今后的課程設(shè)計(jì)中有針對(duì)性地進(jìn)行改進(jìn),從而達(dá)到提高教學(xué)效果和效率的目的。
在課程設(shè)計(jì)的實(shí)際操作中,教師要做到“三有、兩嚴(yán)、一寬”。“三有”即有指導(dǎo)性的時(shí)間和內(nèi)容的安排計(jì)劃;有加強(qiáng)能力培養(yǎng)的具體目標(biāo);有切實(shí)可行的操作規(guī)程,保證把能力培養(yǎng)落到實(shí)處。“兩嚴(yán)”即嚴(yán)格要求學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)方案和調(diào)試;嚴(yán)格驗(yàn)收檢查?!耙粚挕奔礊閷W(xué)生創(chuàng)造寬松的學(xué)習(xí)氛圍。
(三)重視課程實(shí)踐教學(xué),提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
課程實(shí)踐教學(xué)是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充和升級(jí),傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)設(shè)備上完成既定的測(cè)試和設(shè)計(jì),其內(nèi)容和步驟都已限定,學(xué)生自由發(fā)揮的余地較小。針對(duì)課程實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo),我們擬以單片機(jī)為控制器,融合Matlab、Protel及Protues等軟件完成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的課程實(shí)踐。利用Matlab軟件設(shè)計(jì)仿真方案,完成數(shù)字控制器的仿真設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇;利用Proteus和Keil軟件設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件仿真系統(tǒng),使學(xué)生在選擇微處理器、A / D轉(zhuǎn)換器、D / A轉(zhuǎn)換器以及其他典型元器件時(shí)有了更多的自主性;軟件仿真和硬件仿真全部通過后即可進(jìn)入系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)性實(shí)現(xiàn)階段,學(xué)生通過Protel軟件繪制電路原理圖和PCB圖,自己制版,焊接,下載程序直至軟硬件調(diào)試成功。實(shí)踐教學(xué)的改進(jìn),大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
四、結(jié)論
本文針對(duì)目前計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)過程中普遍存在的問題,以適應(yīng)電氣工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo),結(jié)合本地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展特點(diǎn)與我校該專業(yè)的實(shí)際條件,通過廣泛調(diào)研兄弟院校、畢業(yè)生用人單位的培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)和反饋信息,對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)專業(yè)課程體系進(jìn)行了改革與實(shí)踐,構(gòu)建了適應(yīng)新環(huán)境條件下的新的教學(xué)理念和教學(xué)方法。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括:提出了基于系統(tǒng)工程理論,培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀念;進(jìn)行課程設(shè)計(jì)改革,做到“三有、兩嚴(yán)、一寬”。
計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程改革方案實(shí)施后,學(xué)生的理論水平和實(shí)踐動(dòng)手能力有明顯提高,使我校的畢業(yè)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力大大加強(qiáng),從而為更好地培養(yǎng)電氣工程復(fù)合型技術(shù)人才打造了科學(xué)的平臺(tái),也為其他高校尤其是應(yīng)用型二本地方院校人才培養(yǎng)提供了理論依據(jù)和參考價(jià)值。
[ 參 考 文 獻(xiàn) ]
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關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)控制技術(shù);三位一體;實(shí)驗(yàn)教學(xué)
國內(nèi)很多院校在不同時(shí)期進(jìn)行了《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程體系改革,但大多為理論研究,因?yàn)楦鞣N原因限制實(shí)際應(yīng)用比較少?!队?jì)算機(jī)控制技術(shù)》作為電氣信息類重要的專業(yè)課,由于與工程實(shí)際聯(lián)系較緊密,并且直接涉及到學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)和就業(yè)等問題。學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程時(shí),由于正處于畢業(yè)設(shè)計(jì)的前夕,所以對(duì)于將來所要從事的研究領(lǐng)域均十分感興趣,非常希望了解本專業(yè)目前在國內(nèi)外的技術(shù)動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨向。因此,《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程體系改革勢(shì)在必行。
一、“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”理論教學(xué)模式改革
1.培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性
一個(gè)老師不論課程講得多好,如果學(xué)生對(duì)所講的內(nèi)容不感興趣、感覺沒有什么用,他就不會(huì)努力去學(xué)習(xí)這門課程,這樣的教學(xué)一定是不成功的。為了盡量避免學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)這門課程的誤解,對(duì)其失去興趣,剛剛開始上課時(shí),任課教師盡量不要講授太多和太深的理論知識(shí),可結(jié)合學(xué)生所學(xué)的專業(yè),進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)參觀或動(dòng)畫演示。應(yīng)用實(shí)例的有效引入,不僅可以讓學(xué)生多多了解計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的實(shí)用性,還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,并且培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在教學(xué)的過程中,把計(jì)算機(jī)控制和自動(dòng)控制原理的相關(guān)理論進(jìn)行對(duì)比講解,例如,在講解穩(wěn)定性的時(shí)候,我們可以復(fù)習(xí)在自動(dòng)控制原理中穩(wěn)定性的定義以及判別穩(wěn)定性的方法,從而引出在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)中穩(wěn)定性的定義和相應(yīng)的判別方法,這樣更有利于知識(shí)的學(xué)習(xí)。
2.精心選擇教材,吃透教材,形成適合教學(xué)的講義
任課教師拿到教材后,應(yīng)該盡早地備課。教師不僅要吃透教材,還要做到融會(huì)貫通,并且能夠舉一反三。這樣才能從整體上把握教材,才能根據(jù)教學(xué)大綱的要求,進(jìn)行合理地安排教學(xué)內(nèi)容的取舍、教學(xué)內(nèi)容的學(xué)時(shí)數(shù),包括理論課和實(shí)踐課等。教師應(yīng)當(dāng)發(fā)揮創(chuàng)造性,還應(yīng)該有自己的風(fēng)格,不能“照本宣科”,在授課的過程中要適當(dāng)?shù)卮┎逡恍?shí)際資料,從而可以形成適合教學(xué)的講義,有利于提高教學(xué)質(zhì)量。
3.利用多媒體演示課件進(jìn)行教學(xué),并利用matlab/simulink進(jìn)行仿真演示
計(jì)算機(jī)控制技術(shù)這門課程是工科類電氣相關(guān)專業(yè)主干課程之一,這門課程具有難于理解、概念抽象、數(shù)學(xué)理論強(qiáng)等基本特征。在教學(xué)過程中,為了使學(xué)生更好地理解知識(shí),可以利用matlab/simulink進(jìn)行仿真演示。例如在講解數(shù)字PID控制器時(shí),我們可以通過simulink仿真來講解,先仿真只有P控制時(shí)的單位階躍響應(yīng),適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)比例參數(shù),這樣可以清晰地看出P的作用;接著加入積分作用,可以看出引入I作用后,在控制效果上得到了什么改善;最后引入微分作用,再看看引入D后,控制效果又得到了什么改善,通過這樣的講解方法,同學(xué)們自己就可以總結(jié)出PID每一項(xiàng)的作用。
4.開發(fā)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)
因?yàn)椤坝?jì)算機(jī)控制技術(shù)”這樣的課程,內(nèi)容既多又細(xì)、而且應(yīng)用性強(qiáng),在課堂教學(xué)中不可能面面俱到。所以利用現(xiàn)代化的手段建立信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)是必要的。教師把任課 中用到的教學(xué)資料、多媒體課件和程序傳到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上,這樣學(xué)生就可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都能學(xué)習(xí)到《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》這門課程,同時(shí)為了及時(shí)地和學(xué)生進(jìn)行交流,應(yīng)該建立信息網(wǎng)絡(luò)答疑平臺(tái)。
二、“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”實(shí)踐教學(xué)模式改革
1.增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力
為了培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力,對(duì)理論課與工程實(shí)踐課程進(jìn)行整合,充分利用學(xué)?,F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的軟硬件資源。為了達(dá)到“理論指導(dǎo)實(shí)踐,實(shí)踐促進(jìn)理論”的目的,合理安排理論課程及工程實(shí)踐的課程內(nèi)容。任課教師布置一些實(shí)驗(yàn)課題針對(duì)教學(xué)大綱的要求,讓學(xué)生進(jìn)行一些驗(yàn)證性試驗(yàn),讓他們把書本上一些東西得以實(shí)現(xiàn),這樣更加有利于理論教學(xué);也可以讓學(xué)生選擇科技創(chuàng)新比賽中比較感興趣的課題,指導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)資料,學(xué)生來選擇適合的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,教師通過檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)而來啟發(fā)學(xué)生,并且挖掘?qū)W生的創(chuàng)新潛能。在實(shí)驗(yàn)過程中,教師要積極地發(fā)揮引導(dǎo)作用,增強(qiáng)學(xué)生自學(xué)能力和創(chuàng)造熱情,針對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容促進(jìn)學(xué)生之間的相互討論和交流。除此之外,把與本課程相關(guān)的工程實(shí)踐基地進(jìn)行開放,這樣感興趣的同學(xué)就可以靈活到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
2.增加綜合實(shí)踐設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)
為了讓學(xué)生把課程中的理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)有機(jī)的結(jié)合,課程改革中引入一個(gè)實(shí)際工程案例,這樣可以增強(qiáng)學(xué)生分析以及解決問題的綜合素質(zhì)。例如:實(shí)際工程案例為《步進(jìn)電機(jī)數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)》,采用小型直流步進(jìn)電機(jī)作為隨動(dòng)裝置,控制器可以采用單片機(jī)或DSP等,進(jìn)行一個(gè)步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),學(xué)生首先確定設(shè)計(jì)方案,然后根據(jù)控制方案進(jìn)行系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì),同時(shí)選擇需要的算法,對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試,觀察系統(tǒng)的運(yùn)行情況,并做好實(shí)時(shí)記錄并進(jìn)行分析。
3.科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)課題
雖然書本上的知識(shí)是死的,但是科學(xué)研究的課題是活的,因此將平時(shí)的科學(xué)研究的成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)課程,并且將科研工作過程中得出的新知識(shí)、新方法以及一些科研前沿問題及時(shí)添加到教學(xué)內(nèi)容中,這樣可以培養(yǎng)學(xué)生解決問題的意識(shí)和能力。
三、采用適當(dāng)?shù)目己朔绞?/p>
目前,在我們學(xué)校的考試辦法中普遍采用的仍然是閉卷考試。閉卷考試對(duì)基礎(chǔ)理論類的課程教學(xué)中是適用的,但對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)這類應(yīng)用性和實(shí)踐性較強(qiáng)的課程,完全采用閉卷考試,還是有其弊端的。因此,我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中采用了開卷考試和閉卷考試相結(jié)合的方式,每種方式所占比例各為50%。在閉卷考試中,主要考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況;在開卷考試中,學(xué)生要作一個(gè)綜合設(shè)計(jì),并且要求將自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真演示或者實(shí)物演示,教研室組織相關(guān)的老師對(duì)學(xué)生的作品進(jìn)行演示,并且進(jìn)行公開答辯,從而給出合理的分?jǐn)?shù),這樣可以考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)能力。本課程在近兩年的考核中,就是采用的這種閉卷+開卷的方式,效果比較顯著。
四、結(jié)束語
我們?cè)谟?jì)算機(jī)控制技術(shù)課程體系的改革中進(jìn)行了一些有益的探索,取得了較為顯著的教學(xué)效果。在今后的教學(xué)工作中我們將進(jìn)一步改革理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)方法,以達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目的。
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