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分析學(xué)員的飛行控制系統(tǒng)論文
“自動控制原理”課程是海軍航空工程學(xué)院飛行學(xué)員層次空間工程專業(yè)一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是許多后續(xù)課程的先導(dǎo)課。飛行學(xué)員是一個比較特殊的教學(xué)層次，其定位是本科層次，但事實上他們的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)比較薄弱，培養(yǎng)計劃對其提出了較高的要求，其任職目的明確，對于飛機的結(jié)構(gòu)、飛行控制等方面都要進行全面的學(xué)習(xí)�！白詣涌刂圃怼弊鳛闉楹罄m(xù)“飛行控制系統(tǒng)”等課程服務(wù)的專業(yè)基礎(chǔ)課有著舉足輕重的作用，學(xué)員如何學(xué)好該門課程以適應(yīng)部隊崗位需求是一個值得探討的問題。
一、以任職需求為導(dǎo)向優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
在課程教學(xué)中，應(yīng)制定適應(yīng)飛行學(xué)員層次的課程標準，圍繞課程標準中的要求，對課程的教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化，使學(xué)員既能掌握必備的知識和技能，又能培養(yǎng)獨立思考和實踐的能力。
考慮到飛行學(xué)員的基礎(chǔ)和今后任職的特點，新的課程標準降低了要求，主要要求其學(xué)習(xí)經(jīng)典的分析系統(tǒng)的方法，對于系統(tǒng)的設(shè)計不做要求。根據(jù)課程標準，教學(xué)活動可圍繞自動控制概論、控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、控制系統(tǒng)分析方法三個部分展開。在教學(xué)過程中注重教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化以及每個部分的完整性和各部分之間的緊密聯(lián)系，使整個課程內(nèi)容緊密銜接，增強控制理論的系統(tǒng)性。
概論部分主要是強調(diào)對基本概念的理解與掌握，應(yīng)針對飛行學(xué)員的特點，加強飛機人工控制和自動控制的內(nèi)容，在引入概念的同時，提高飛行學(xué)員對飛機的濃厚興趣。
建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是分析和設(shè)計系統(tǒng)的基礎(chǔ)，這一部分不可或缺。需要用到的數(shù)學(xué)模型包括時域的微分方程、復(fù)數(shù)域的傳遞函數(shù)和頻率域的頻率特性。對于微分方程的求解，需要補充拉普拉斯變換的內(nèi)容，傳遞函數(shù)中的一個重點是對其圖形化表達式的掌握，由于梅森增益公式可以直接在結(jié)構(gòu)圖上運用，因此，可以弱化信號流圖部分。
控制系統(tǒng)的三種分析方法是教學(xué)中的核心內(nèi)容。對于時域法，重點在于一階、二階系統(tǒng)的分析，這可與學(xué)員后續(xù)課程中的舵控制系統(tǒng)聯(lián)系起來，高階系統(tǒng)不用講，突出主導(dǎo)極點的概念即可; 將穩(wěn)定性分析和穩(wěn)態(tài)誤差計算作為重點，略去動態(tài)誤差系數(shù)法。加強學(xué)員對根軌跡概念的理解，削弱根軌跡的繪制部分，因為根軌跡完全可以借助Matlab 軟件做出非常理想的曲線，而不用學(xué)員花大量精力去背那么多的繪制法則，可以將重點放在利用根軌跡定性分析系統(tǒng)的性能方面，尤其是穩(wěn)定性和快速性。頻域法作為圖形化分析方法需要畫大量的圖，只要明白了作圖的原理，作圖的過程完全可以由Matlab軟件完成，應(yīng)將重點放在分析部分。在頻域法的學(xué)習(xí)中需要給學(xué)員補充PID 控制的相關(guān)知識，他們的后續(xù)課程“飛行控制系統(tǒng)”中會涉及到這種經(jīng)典的控制方法。利用Matlab 軟件繪制根軌跡、幅相曲線和對數(shù)頻率特性曲線的方法非常簡單，可以通過課后答疑的時間給學(xué)員補充，在激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣的同時又提高了學(xué)習(xí)的效率。飛行學(xué)員大量的課余時間都用在了體能訓(xùn)練上，課后根本沒有那么多的時間來記復(fù)雜的繪制步驟，即使現(xiàn)在記住了，等后續(xù)課程開課時又忘記了，還不如掌握幾個簡單的命令，在需要的時候加以運用。
二、以后續(xù)專業(yè)課需求為標準編寫適應(yīng)該層次學(xué)員的教材
目前，國內(nèi)的“自動控制原理”課程教材大多針對普通大學(xué)本科學(xué)生編寫，尚無專門針對海軍飛行學(xué)員層次的“自動控制原理”課程教材。針對海軍飛行學(xué)員層次的特殊性，課程組正在著手編寫教材。在教材編寫的過程中，要與后續(xù)課程教員積極溝通，對于一些典型的知識點，盡量在后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)中找到應(yīng)用實例，解答學(xué)員對該知識點用處的困惑，與后續(xù)專業(yè)課銜接好。教材還要體現(xiàn)與飛行控制密切聯(lián)系的特色，讓飛行學(xué)員一拿到教材就有想閱讀的興趣。這就要求教材要具備大量的學(xué)員感興趣的飛行控制例子以及簡單的公式推導(dǎo)，如何將復(fù)雜的內(nèi)容簡單化是一個難題。針對以上教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，教材會做出相應(yīng)的調(diào)整。
三、以學(xué)員為中心改進教學(xué)模式和方法
( 一) 通過虛擬實驗提高課堂效率，激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性�！白詣涌刂圃怼闭n程涉及到控制系統(tǒng)的模型建立、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計的基本理論和相關(guān)技術(shù)，其特點是概念抽象，數(shù)學(xué)知識應(yīng)用多，計算繁雜，導(dǎo)致學(xué)員難以理解，難以掌握其基本問題、基本思想和基本方法。因此，通過實踐教學(xué)能使學(xué)員更好地實現(xiàn)理論和實際的有機結(jié)合，實踐教學(xué)已成為“自動控制原理”課程教學(xué)必不可少的組成部分。
飛行學(xué)員層次的課程安排了五次實驗，均基于THBCC - 1 實驗平臺。面對復(fù)雜的硬件電路，學(xué)員只能依據(jù)實驗指導(dǎo)書給定的電路來連接。在調(diào)節(jié)參數(shù)的過程中，可能不太清楚參數(shù)的變化對系統(tǒng)所起的作用，也不能很好地理解理論與實踐的聯(lián)系，多數(shù)學(xué)員最后可能只是為了得到對應(yīng)的曲線形式以完成實驗報告。為了充分提高課堂效率，幫助學(xué)員加深對理論的理解，我們制作了基于Labview 的自動控制原理虛擬實驗室。在課堂上講解一些重要的知識點時，可以通過虛擬實驗進行驗證。比如: 在講到勞斯判據(jù)出現(xiàn)全零行的特殊情況時，當勞斯表第一列的系數(shù)沒有符號改變時，系統(tǒng)有特征根位于虛軸上，部分學(xué)員對這一現(xiàn)象不能理解，通過虛擬實驗的演示，可以使學(xué)員對根的分布一目了然，并且可以看到階躍響應(yīng)曲線出現(xiàn)等幅振蕩的形式。
( 二) 以學(xué)員為中心，實行引導(dǎo)式教學(xué)方法。目前，“自動控制原理”課程教學(xué)的基本模式是采用多媒體課件進行講授。在有限的學(xué)時里要講解課程標準要求的各個知識點，課堂時間非常緊張，隨著課程的深入，能跟上教員思路的學(xué)員越來越少，沒有聽懂的學(xué)員干脆就放棄了。課堂自然形成了教員講授多、學(xué)員參與少的現(xiàn)狀，這種方式會使學(xué)員失去學(xué)習(xí)的興趣，制約了學(xué)員自主學(xué)習(xí)能力和解決實際問題能力的培養(yǎng)。針對這種教學(xué)模式的弊端，我們應(yīng)當盡量采取適當?shù)慕虒W(xué)方式，變學(xué)員被動學(xué)習(xí)為積極主動學(xué)習(xí)。由于該課程概念多、理論性強，如果沒有學(xué)員的主動學(xué)習(xí)，在短短的上課時間內(nèi)讓學(xué)員完全學(xué)懂和接受這門課程的所有內(nèi)容幾乎是不可能的。學(xué)員的主動學(xué)習(xí)需要教員的有效引導(dǎo)，教員在課前要告知學(xué)員下一節(jié)課要講的內(nèi)容，將多媒體課件發(fā)到學(xué)員手中，讓學(xué)員提前預(yù)習(xí)。多媒體課件比教材簡潔，更易突出重點和難點，學(xué)員通過課件預(yù)習(xí)比通過教材預(yù)習(xí)效果要好很多，然后可以帶著問題來聽課。這樣，學(xué)員在上課之前就對相對簡單的內(nèi)容有了比較好的掌握，對于這一部分內(nèi)容，教員講解的時間可以少一些，重點解決難點問題，引導(dǎo)學(xué)員積極主動地思考問題。學(xué)員也可以提出在預(yù)習(xí)中遇到的難題，通過解決這些問題達到良好的互動效果，明確模糊概念和錯誤理解。
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