控制理论的基本概念篇1

关键词：机械工程控制；控制理论；教学改革；教学方法

中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2013）22-0061-02

随着现代科学的迅猛发展，传统的机械工程学科发生了极为深刻的变革。控制理论、微电子技术、计算机技术与机械制造理论与技术的结合，促使机械工程领域各个方面发生根本性的变化，并且促进了机械工程中先进制造技术的发展，《机械工程控制基础》课程的开设就是为了适应这一现代科学技术变革的需要。“机械工程控制”是一门研究“控制论”在“机械工程”中的应用的科学，同时，它又是一种方法论，是科技工作者分析和解决问题的有效手段。《机械工程控制基础》课程是一门专业基础课，主要面向机械设计制造及其自动化专业本科生开设，既为后续的数控技术、机电一体化技术、机械工程测试技术、机器人技术等专业课程提供理论基础，也为学生毕业后进一步深造，以及从事机电一体化控制相关领域的应用与研究工作打下必要的理论基础。本文从课程的教学目标出发，结合课程的特点，对课程的教学方法进行分析研究，提高学生学习兴趣，培养学生的知识综合能力，使课程教学达到良好的效果。

一、明确课程教学目标

教学目标是课程教学的主线，教学过程中要时刻谨记课程的教学目标，深入理解课程的教学要让学生掌握什么、理解什么、最终要达到怎样的效果，所有的教学手段、教学方法应紧紧围绕这一主线进行。我校开设的机械工程控制基础面向机械设计制造及其自动化专业，总学时40学时（其中实验6学时），根据学时的设置和课程内容的系统性要求，我们制定课程的教学目标如下：①使学生理解控制系统的基本概念和掌握自动控制系统分析、设计（校正）的基本方法。②学会运用Matlab进行控制系统辅助设计和分析。③使学生能以动态（动力学）的观点而不是静态观点去看待一个机械工程系统；从整体而不是分离的角度，从整个系统中的信息传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为。④能结合工程实际，应用经典控制理论中的基本概念和基本方法分析、研究和解决其中的具体问题。教学目标的设定针对学生的个体发展需要，分层次，逐步提高。其中，既有共性，即所有学生必须掌握的，又包含个性，即体现学生自我发展的需要。

二、针对课程特点，制定教学方法

教学方法的制定应从课程的特点出发，才能达到良好的教学效果。工科类课程大多枯燥乏味，机械工程控制课程更加如此。机械工程控制基础课程内容涉及面广，课程的内容侧重理论，使得课程内容复杂且抽象，因此，如何提高学生学习课程的兴趣，从而发挥学生学习的主动性，是该课程教学中存在的普遍问题。

1.精彩的绪论，是激发学生兴趣的关键。机械工程控制基础课程的特定决定了该课程丰富的内涵，通过精彩的绪论内容，让学生进入课程中来，体会到课程的重要性，激发学生学习该课程的愿望，是整个课程教学成败的关键。①感性认识阶段。通过控制理论的发展历史、丰富的多媒体素材、控制理论在军事中的应用以及控制理论在家用智能电器中的应用，不但让学生耳目一新，又让学生感受到它与自己息息相关。②理性思考阶段。经典的实例和素材不单是简单的堆积，更要带领学生去深入的思考，通过讨论和师生互动的方式，让学生体会控制论的思想、方法，从而为理论教学奠定基础。

2.深入理解课程教学目标，系统化理论教学内容。课程的教学内容以系统建模―系统分析―系统校正为主线，首先让学生了解课程教学的总体结构。①了解系统模型：系统的微分方程、传递函数、频率特性模型之间的转换关系。②了解系统分析：时间响应分析、频率特性分析、系统的稳定性分析。③理解系统建模和系统分析的目的：系统的综合校正。通过使学生了解课程的总体结构，使学生明确学习目的。

3.深入理解课程教学目标，系统化理论教学方法。①侧重结论，淡化过程。结论的理解和总结贯穿于课程的始终，对结论的理解是课程教学目标的基本要求。结论的产生通常的教学过程是：物理模型―抽象―数学模型―分析―结论。在教学过程中应让学生理解和掌握这一分析结论的过程和方法，并淡化每一次结论分析过程中的数学推导过程，避免教学内容的枯燥和抽象使学生产生厌学的心理。②侧重应用，深化综合。通过具体化物理模型，应用基本概念与基本理论解决具体问题，最终使学生深入理解概念和理论的内涵。

三、理论与实践结合，提高学习兴趣

机械工程控制基础课程实验采用Matlab软件进行仿真分析，将课程理论应用通过软件进行实践应用，提高了学生对课程理论学习的兴趣，并加深了对理论知识的理解。课程的实验具体设置如下：①Matlab软件基本操作实验：应用Matlab软件进行基本的数学运算。②控制理论仿真基本操作实验：应用Matlab软件进行控制系统建模、时间响应分析、频率特性分析和系统的稳定性分析。③综合性试验：针对给定的系统及其性能指标要求，建立系统模型，应用Matlab软件进行系统的综合与校正。④设计性实验：自己设计控制系统，建立系统数学模型，进行Matlab仿真分析，应用自动控制原理实验箱，连接控制电路，分析系统。

四、以教学目标要求为基础，制定考试内容

机械工程控制基础课程中的基本概念、基本理论和基本方法，贯穿于课程的始终，对课程中基本概念、基本理论和基本方法的理解是课程的基本要求，但课程的教学目标更注重对知识综合应用能力的培养。因此，在考试内容的设置上应以综合试题为主，突出教学目标，通过知识的综合应用体现学生对基本概念、基本理论和基本方法的理解，避免学生考前突击、死记硬背、甚至考试作弊等现象。

五、改革考核方式，建立全程考核模式

机械工程控制基础课程的考核采用期末考试占60%，考勤占10%，作业占10%，实验占10%，文献查阅实例分析占10%的考核方式。采用全程考核模式，降低了期末考试在总成绩中的比重，使成绩构成多样化。作业的布置应少而精，使学生更多的思考问题，查阅资料，分析和解决问题，不但减轻了学生的学生负担，更锻炼了学生的自主学习能力。

本文就机械工程控制基础课程的教学目标和课程特点，分析了课程的理论教学方法，制定了课程实践教学内容与考试内容的设置，提出了课程的考核改革方法，实践证明，采用该教学方法，提高了学生的学习兴趣，锻炼了学生的自主学习能力，达到了良好的教学效果。

参考文献：

[1]杨叔子.机械工程控制基础[M].第六版.武汉：华中科技大学出版社，2011.

控制理论的基本概念篇2

【关键词】数学专业；现代控制理论；教学改革；实践

一、引言

系统控制的理论和实践被认为是20世纪对人类社会生活和生产活动产生重要影响的科学领域之一[1]。现代控制理论思想深刻、方法多样、内容丰富、充满美感，既提供了对线性系统进行建模、分析、综合的完整理论，也蕴涵着很多处理复杂问题的方法，如线性非奇异变换方法、分离原理、对偶原理、反馈方法、增广向量法等。这些方法可以简化系统的建模、分析、综合，为系统控制理论的其它分支乃至其它学科提供了可借鉴的思路。这些方法为解决复杂问题提供了一条有效途径。近十年来，为了适应素质教育发展的要求，不少从事现代控制理论课程教学工作的教师对该课程的教学提出了改革思路和措施[2-11]。

现代控制理论是计量学院数学与应用数学专业和信息与计算科学专业的学科选修课。该课程的主要任务是培养学生用系统的方法来分析、研究和解决问题。作为数学专业学生，通过该门课程的学习，除了培养学生从事控制系统分析和设计的基本能力之外，对于了解作为信息科学主要组成部分之一的自动控制科学，特别是现代控制理论的体系和结构，以及认知涉及的相关数学理论和应用均具有重要意义。该课程的主要特点是将实际系统抽象为数学模型，根据数学模型去研究系统的各个方面，理论性强、内容丰富、概念抽象、公式多、习题多、计算繁杂。对于数学专业的学生而言，虽然数学公式的推导相对较为容易，但对公式意义和内涵的正确理解并非容易。近几年来，为了适应当今社会对人才素质教育培养的要求，提高教学质量，培养学生创新意识、创新精神和创新能力，我们结合学生的专业特点和课程自身的特点，对教学改革进行积极探索和尝试。

二、教学内容改革

1、重视课程体系架构的教学

在绪论课上，我们向学生讲解两方面内容：一是以“自动控制技术与人类进步”为题介绍控制论的发展史、自动控制技术的发展对人类社会产生的影响、现代控制理论产生的数学基础、现代控制理论的主要内容等，向学生强调控制理论处在以自动化、计算机和机器人为代表的新技术革命的核心，控制理论的成果在美国Apollo登月计划实施中起过实质性的作用[12]。由此启发学生对该课程的兴趣，让学生了解到现代控制理论是应分析与设计高质量和大型复杂控制系统的需要而产生的，它以近代应用数学为理论工具。二是向学生说明控制技术与信息技术的关系。现在信息技术已渗透到生活中的方方面面，信息产业的发展也日新月异，数学与应用数学专业和信息与计算科学专业的学生就业主要在信息产业中，而控制技术是信息技术的四大基本技术之一[13]，现代控制理论的内容为从事信息技术方面工作提供重要的思想方法。

2、优化教学内容，突出本质性概念

在教学内容的选择上，必须抓住最基本、最本质的概念、原理和方法及其相互联系，在结构上使课程的体系清晰完整，防止定义和结论的堆砌，帮助学生构建出自己的系统的知识结构。针对教材[14]的特点，在保证严谨性和系统性的前提下，我们为学生补充拉普拉斯变换、能控子空间的概念及表示、能控性能观性的PBH判据、稳定性与特征值的关系等内容。在讲授定理、公式时，不刻意追求定理证明中数学上的严密性，重点强调其应用背景、应用条件的限制，要求学生从本质上进行理解，避免生搬硬套地运用理论。

3、介绍新知识，跟踪新技术

我们在教学中把当年中国控制会议、中国控制与决策学术年会、美国控制会议等国内外一流会议的征稿范围和部分大会报告介绍给学生，并介绍一些非线性控制、自适应控制、H∞控制和分布参数系统控制等的基本思想。这样可以拓展学生思路、开阔学生视野，使学生深入了解现代控制理论的思想体系和发展前沿，把握该学科的研究方向和发展趋势，为进一步学习、研究，以及将所学的基础理论应用于工程实际打下良好基础。

4、渗透数学文化思想

在讲授基本理论和方法的同时，可以向学生介绍一些大师们的研究成果和相关的数学史，引导学生提炼数学思想的方法，积累数学文化。控制论科学的创立者之一维纳[15]是一位数学天才，在布朗运动理论和位势理论研究方面做出了独创性的贡献，他也是信息论的创始人。工程控制论的创始人钱学森[16]是我国杰出的爱国工程师，人类航天科技的重要开创者和主要奠基人，是应用数学和应用力学领域的领袖人物，他也致力于当代大学生的教育问题。在教学中还要不断强化数学知识在控制论中的应用。数学作为系统控制科学的基本分析工具，内容涉及了数学的各个学科。如以W.M.旺纳姆代表的基于几何概念和方法的几何理论，以R.E.卡尔曼为代表的基于抽象代数方法的代数理论，以及以H.H.罗森布罗克基为代表的基于复变量方法的频域理论。在现代控制理论课程中，涉及了频域理论、状态空间理论及变分理论等。矩阵分析和微分方程理论是不可或缺的数学工具。在授课过程中，适时地介绍相应的数学基础，是学生学好现代控制理论课程的基础和关键。例如，高等代数中的Cayley-Hamilton定理、极小多项式、矩阵Jordan分解等在控制论中有着重要的应用，在判断系统的能控性、能观性，系统的能控标准型、能观标准型中都有体现。讲解数学文化不仅可以提高学生学习的兴趣，也是对学生思想文化进行熏陶，这对学生数学素养的形成和提高有着极其重要的作用。

三、教学方法改革

1、注重仿真与实验

现代控制理论实践性强，为了使学生真正掌握控制系统分析和设计的方法，必须进行仿真和实验的教学。通过仿真和实验，学生可以加深对理论知识的理解，培养分析、解决问题的能力和创新思维的能力[4]。我们开设了8学时的上机实验（4个实验，每个实验2学时），内容包括：（1）利用MATLAB进行系统模型的相互转换、对状态空间模型进行分析；（2）系统能控性、能观性和稳定性的判定；（3）基于极点配置的系统设计、基于状态观测器的系统设计；（4）基于线性二次型最优控制的系统设计。这些实验不仅可以培养学生应用计算机对系统进行辅助分析的能力，也极大提高了学生的学习兴趣。

2、采用交互式教学

在讲授完基本概念和原理之后，学生对于本课程的方法和思路有了初步认识。对于某些不出现新概念和原理的章节，例如极点配置问题和状态观测器设计等，我们组织学生进行讲授。事先把学生分成几个小组，每组5-6人，每个小组分配一节内容，进行预习，一般留一周的预习时间。讲授时各小组派代表到讲台上讲授，逐句解释所讲内容，小组其他成员可以随时进行补充，其他学生和老师可以提问。如果讲授有误，老师马上打断，让学生重新思考，或者予以纠正。我们通常向学生提问讲授中涉及到的概念和结论，借以检查学生对所学知识的掌握情况，并在每一部分完成后进行总结。通过学生讲授，可以提高学生的自学能力、查资料的能力和协作能力。这一学习方式要求教师对讲授的内容了如指掌，能够应对学生讲授中发生的各种情况，以免纠缠细节，影响教学进度。在应用中还要注意精心选择让学生讲授的内容，不宜过多。

3、对学生进行科研训练

现代控制理论课程一般面向高年级学生开设，在教学中可以对学生进行科研训练，为学生未来进行科学研究打下基础。教师可以把自己的科研课题分成一系列小问题，让学生参与研究。学生通过查阅文献，分析论证，能够接触到学科发展的前沿，提高创新能力。教师也可以给学生提供开放式题目，让学生进行总结。题目可以是“控制理论在***领域中的应用”、“***的控制理论模型”或“***控制器设计”等。把学生分成若干个小组，每组3-5人，让学生查阅文献，撰写研究报告。在此过程中检查学生对知识的掌握情况，并引导学生提出创新想法。题目完成后学生把研究报告做成PPT，每个小组派代表为大家讲解，一起进行讨论。这样可以开阔学生的眼界和思路，增加知识的广度和深度。

四、考核方式改革

为了克服传统考核方式的不足，实现素质教育的目标，引导学生参与科研型学习，考核方式应该加大科研型学习的比重。我们采用的考核方式如下：（1）平时成绩30分，其中出勤情况10分、课堂表现10分、课后作业10分；（2）实验成绩20分；（3）科研型学习占50分，其中研究报告20分，讲解情况20分，创新性10分。

五、结论

本文针对现代控制理论课程内容多，课时少，理论性和应用性都很强的特点，从教学内容、教学方法、考核方式等方面对教学改革进行了探讨，以期达到提高学生学习兴趣，培养学生分析、解决问题的能力，增强学生创新意识的素质教育目标。这些改革在教学实践中受到学生的好评，学生的学习热情和学习效果有了很大提高，学生感觉收获很大。但是，现代控制理论的教学改革是一个不断探索实践的过程，仍需坚持不懈的努力。特别是针对数学专业的学生，由于学生主体专业的特点，如何更好地实现专业和课程教学目标，仍然有大量的问题需要在课程教学实施过程中继续尝试和探索。

【参考文献】

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[15]NorbertWiener著，郝季仁译.控制论或关于在动物和机器中控制和通信的科学[M].北京：北京大学出版社，2007.

[16]钱学森，宋健.工程控制论[M].北京：科学出版社，2011.

控制理论的基本概念篇3

关键词：《线性系统理论》课程教改基本概念教学方法实例教学

引言

目前，《线性系统理论》是国内“控制理论与控制工程”专业研究生阶段的学位基础课之一。国内许多院校为了加强对相关专业学生控制理论的强化，特别在本科阶段开设了《现代控制理论》等课程，其主要内容与《线性系统理论》基本相同，只是学时较少而已。

从学科发展和课程建设的角度来看，《线性系统理论》类课程一直是电子信息类学科的核心基础课程，占用的学时较多，教学的各个环节都受到广泛重视，它也被看成是控制类研究生专业的标志性课程。因此，这门课程教学的效果将直接关系到相关专业的学科发展和研究生的培养质量，它在研究生培养中占有十分重要的地位。

从控制理论发展的角度来看，目前已经建立了完善的线性系统理论体系，包含能控性、能观测性、线性系统稳定性和系统综合等在内的系统分析综合的理论方法，这些理论和方法也将为后续专业课程，如，最优控制、自适应控制和非线性系统等课程的学习奠定基础。因此，《线性系统理论》课程的主要任务是通过对线性控制理论知识的讲授和指导，奠定研究生的控制理论基础，培养研究生对控制系统的初步分析和综合能力，在此基础上能够掌握解决初步控制问题的基本方法，这对研究生的专业理论学习，专业素养的培养，以及工程实践能力的提高具有十分重要的作用。

《线性系统理论》课程的主要特点是将实际系统抽象为状态空间描述的数学模型，根据数学模型研究系统的各个方面，理论性强、内容丰富。由于课程概念抽象、数学知识比重大、涉及知识面广、理论公式多、习题类型繁杂、计算难度较高，学生感到难学、枯燥，容易产生恐惧心理和厌学情绪，学习效果不理想，这将严重影响研究生的培养质量和学科的发展。

国内许多院校都对《线性系统理论》课程的教学十分重视，在注重精选教材和重视课堂教学的同时，还将《线性系统理论》列为研究生精品课程、重点课程或双语课程进行建设。例如，早在20世纪90年代，清华大学的《线性系统理论》课程就被作为重点课程建设，2002年清华大学研究生精品课程建设工程正式启动，自动化系的《线性系统理论》课程首先就被纳入到精品课程建设项目中。此外，哈尔滨工业大学、北京航空航天学院、中国科技大学、上海交大和南京航空航天学院等许多高校都将“线性系统理论”列为研究生精品课程、重点课程或双语课程进行建设。国外一些高校如美国南加州大学、匹斯堡大学和德克萨斯大学等除采用精品教材或自编教材外，还借用辅助教学手段提高教学质量，同时特别注重课程实践和师生的互动增强教学效果，最重要的是教授们将自己的最新研究成果也在教学中充分展现出来，充分体现出研究型教学的特点。

我校开设的《线性系统理论》课程教学内容主要以线性系统的分析理论和综合方法为主，课程教学团队根据本学科发展的规划目标，结合国内外相关学科的先进教学经验和航运交通行业的科技发展，对该课程的教学内容、教学方法等进行了改革、探索和实践，结合科研项目，在《线性系统理论》课程的理论学习、发展动态和实例教学等方面开展了研究型教学研究。

1.注重基本概念，突破难点内容

相较于本科阶段讲授的《自动控制原理》课程，《线性系统理论》提供了一种截然不同的控制系统分析和综合的方法，课程具有较强的理论性和较完整的知识体系。在教学中，既要给学生建立完整的知识体系，加强基本概念学习，又要强调理论联系实际，注重概念背景的理解和理论运用条件的掌握。

例如，在讲解线性系统数学模型的时候，课程中介绍了一种将微分方程模型转化为状态空间模型的方法，当时并未说明为什么用这种方法选择状态变量，而且由于一些后续的概念还没有引入，实际上也没有办法讲清楚这样选择状态变量的好处。但是在后来讲解线性系统的能控性和能观测性概念的时候，我们就及时地把前面讲解的模型的变换方法与其能控性和能观测性问题联系起来，告诉同学们当时为什么要选择那样的状态变量，而且这样的模型变换不需要再讨论其能控性或能观测性的问题，使得同学们对于前后的概念有一个完整的理解，也搞清楚了什么样的模型需要讨论能控性和能观测性的问题。

在系统稳定性理论的讲授中，涉及许多稳定性概念和稳定性定理，理论性较强，例如，BIBO稳定、李亚普诺夫稳定、渐进稳定、一致渐进稳定、大范围一致渐进稳定等，这些概念对于理解和运用李亚普诺夫稳定性理论十分重要，但是初学者容易混淆。我们就让学生根据自己的理解对这些概念及条件进行归纳，然后在课上进行比较讨论，最后我们再给出一个归纳各种稳定性概念的表格（见表1），让同学们找出这些概念列表的异同和条件增减的关系。通过这种形式的教学，学生对于李亚普诺夫稳定性理论涉及的基本概念和定理有了较扎实和全面的掌握。

表1课程涉及的各种稳定性概念的比较归纳

在李亚普诺夫稳定性理论中，系统运动的状态是以系统储能形态变化作为衡量准则的，这对于绝大多数物理系统都适用，这一点是比较形象和易于理解的，关键是建立系统储能的数学描述，即选取合适的李亚普诺夫函数，迄今没有普适的方法来建立系统的能量函数，这对于初学者来说又是一个难点。实际上对于低年级研究生短期内也不可能娴熟地掌握各种选取李亚普诺夫函数的技巧。这时，我们根据科研工作的实际情况和经验，将李亚普诺夫函数的选择、控制器参数的设计和系统稳定性分析等几个问题相结合进行案例教学，使学生了解李亚普诺夫理论的实际使用方法，加深了他们对这方面知识的理解，经过近年教学实践对比，获得了较好的反响。

2.关注学科发展，不断改进教学方法

线性系统理论的发展目前已经比较成熟，《线性系统理论》课程主要是为研究生进行科学研究和工程实践打下理论基础。

目前，《线性系统理论》类课程已被国内外大学广泛列为电子类专业、系统工程专业和控制专业高年级本科生和研究生的核心课程，由于它关系到学科的发展和研究生培养，课程的建设和教学方法的改革受到了普遍重视。在国外，《线性系统理论》课程在注重精选教材和重视课堂教学的同时，采取了研究型教学，借用辅助教学手段提高教学质量。

我们在不断探讨改进教学的同时，也在时刻关注相关学科发展和教学动态，不断采纳“他山之石”。

（1）建立完整教学体系，灵活运用不同教学方法。在控制理论发展的漫漫历程中，线性系统理论只是其中的一个发展阶段，然而对于研究生来说，这是一门全新的基础知识，对于未来继续学习后续课程是十分必要的。在学习过程中，不但要掌握知识难点和要点，而且要突出它在整个控制领域的地位和作用。对于《线性控制理论》课程本身，它也有着相对完整的知识体系，遵循循序渐进的规律展现课程的内容。因此，在课程教学中，我们非常注意把握这些内在的规律，帮助学生们理清楚点和面的关系，即始终把教学内容置于一个体系当中，始终让学生搞清楚所学知识的运用条件及能够解决的问题，即课程的知识体系定位。

在课程教学中，充分运用各种先进传媒技术带来的便利，例如，利用互联网络、数字校园平台、多媒体教室等手段建立起交互式的教学环境，将多媒体课件讲授、在线/离线答疑、专题讨论、文献阅读、课后作业和课程考核评估等环节结合起来，构建多样化的学习环境，适应当代青年学生的学习特点。

（2）结合最新科研教学成果，大力推进研究型教学。我们在《线性系统理论》课程教学中充分吸收国内外院校课程建设的有益经验，结合海事院校的行业特点，利用多媒体手段，积极开展课内外的专题研讨，推进研究型教学。比如，就线性系统理论的发展状况、李亚普诺夫理论的应用情况、船舶港机的控制问题等内容，组织学生课外查阅文献，编写成电子讲稿，然后通过教室的多媒体设备在课堂上分组讲解讨论，通过师生互动增强教学效果。

图1桥式吊车运动

另外，结合教师的科研课题，引入真实物理对象，开展研究型教学。例如，对于图1所示的一种二维桥式吊车，在一定条件下简化后的微分方程模型如下：

（M+m）x-mlθ-2mlθ+Dx=f■ml-mlθ■-mg=f■ml■θ+2mllθ-mxl=0（1）

可以选择如下状态变量：x■=x，x■=l，x■=θ，x■=x，x■=l，x■=θ，则上面微分方程就可以化为下面的状态方程：

x■=x■x■=x■x■=x■x■=（f■-Dx■）/Mx■=g+x■x■■+f■/mx■=（f■-Dx■）/Mx■-2x■x■/x■（2）

在理解各个变量物理意义后，组织同学对上面两种模型采用Matlab/Simulink进行仿真，通过仿真曲线的对比研究，深入了解两种模型的建立方法、状态变量选择对模型的影响等，然后指导学生尝试进行控制器设计和仿真。

（3）课外阅读论文，关注科研动态。线性系统理论作为一种控制手段随着时间的推移也在不断地丰富完善，其中的一些基本方法也用于解决一些带有大滞后、输入受限、非线性特性系统的控制器设计问题。笔者在进行课外论文推荐的时候，结合自己所讲授的自适应控制课程，着意向学生讲解不同控制方法的发展情况、特点和应用条件，特别是将线性系统理论应用于不同的工业控制环境，解决了许多实际问题，以期引起学生的研究兴趣和探索欲望。我们将这些有关线性系统理论最新发展和应用的论文精选出来，推荐给学生阅读，并作为课程考核的一项内容，使他们注意了解相关学科的发展动态。

经过几年的努力，理论教学与科研实际背景相结合的方法，取得了较好的效果，研究生普遍能够较快地进入科研环节。

3.加强实例教学，使课程具体生动

我们在《线性系统理论》课程教学中，还特别注重理论联系实际，通过具体的实例将抽象的概念、方法和理论具体化，同时培养学生的工程意识和动手能力。

（1）利用Matlab/Simulink工具提供的强大的功能，将计算机仿真手段引入课堂。除了在教学过程中提供计算机仿真案例外，还要求学生利用这些仿真工具完成1—2项课后作业，使这种仿真工具的使用成为教学辅助手段。

（2）开设桥式吊车控制开放性实验课程，提高学生运用所学知识解决实际控制问题的能力。针对我们重点实验室的一台桥式吊车的控制实验系统（如图1），课程教学团队首先给出了桥式吊车的微分方程模型，然后要求学生将其变为状态方程，在此基础上，设计一种控制器，利用李亚普诺夫方法分析稳定性，然后用Simulink完成计算机仿真研究，最后，选择较好的控制方案进行物理实验。通过这个过程，学生将学到的知识与解决实际的控制问题联系了起来，增强了感性认识，提高了分析能力，更重要的是学会了解决控制问题的方法。

图2桥式吊车控制实验系统

加强课程教学的实践环节，有效地培养了研究生的动手能力。经过近年来的实践发现，对课程实践环节感兴趣的学生人数普遍增加，并有效地激发出学生对控制理论方法进行尝试的热情，取得了较好的效果。

结语

本文首先探讨了“线性控制理论”研究生课程的重要性和特点，分析了国内外大学相关专业对于该课程建设的不同情况，然后结合我们教学团队的教学科研经验对课程教学改革进行探索，重点探讨研究型教学方法和内容，以期提高研究生培养的质量。经过近年来教学评估情况的统计对比，教改方法取得了较好的效果。

参考文献：

[1]王晓华.非自动控制专业硕士研究生《线性系统理论》课程教改探析[J].教育教学论坛，2011，18：22-23.

[2]郑大钟.线性系统理论（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2002.

[3]王永川，齐晓慧.“线性系统理论”研究生课程的专题研究式教学[J].电气电子教学学报，2010Vol32，2：109-110.

控制理论的基本概念篇4

Abstract：Thesixsigmaconceptoriginatedinthe1980s，andwasappliedandpromotedtillearly21stcentury.Inchina，sixsigmaisstillanewconceptinthefieldofenterprisemanagement.Mostenterpriseshavenotappliedsixsigmarelatedtoolstothemanagement.ThisconceptisnotsopopularinChina.However，withthedevelopmentofapplicationexperienceinthedevelopedcountries，sixsigmahasshowngreatimportanceinimprovingtheenterprise'scompetitivenessandoptimizingqualitylevel.Therefore，theenterprisesinChinashouldalsoactivelystudythesixsigmaconceptfortheirdevelopment.Thisarticleanalyzesthesixsigmaprocesscapabilityandcontroltechnology，inordertodrawtheattentionofrelatedpersonnel.

关键词：六西格玛；过程能力；控制技术

Keywords：sixsigma；processcapability；controltechnology

中图分类号：F273文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）31-0032-03

0引言

在应对激烈全球化竞争的过程中，为了使企业自身立于不败之地，并在竞争中不断发展与完善，最为核心的问题是提高产品的整体质量与服务质量。在此基础之上，需要尽可能地避免因产品质量提高而导致的成本大幅度增加问题。为了实现这一目标，引入六西格玛管理理论是非常有必要的。当前六西格玛管理理论已经在西方发达国家得到了成功的应用，成为了企业管理中非常重要的一项工具，这标志着其不再单单作为统计学上的一个概念而存在，更多的具体了过程改进工具的属性。企业通过对六西格玛管理理论的应用，能够使整个制造过程中的缺陷得到消解，降低产品缺陷，提高企业竞争实力，促进组织经营的完善。由此可见，六西格玛过程能力与控制对企业而言是非常重要的。本文即针对该问题进行分析与探讨。

1六西格玛主要概念分析

六西格玛是质量管理工程领域中一个比较新颖的概念，为企业组织经营管理的改革及完善提供了更多的可能性。其所代表的是质量水平，要求将缺陷率控制在百万分之3～4以内。除此以外，六西格玛还具有方法论的属性，能够为解决问题以及对流程的改善提供科学建议。并且，六西格玛下的过程能力与控制也反应了与企业文化相对应的价值观念。

从质量水平的角度上来说，六西格玛“6σ”中的“σ”所代表的是统计学处理中的标准差概念。标准差即反应数据以及过程离散型程度的概念。从企业应用上来说，标准差能够反应产品（或者是过程特性）上下波动程度。六西格玛概念下的质量水平需要综合对过程输出标准差、均值、规格规范上下限、以及规格目标值等概念有一个全面的考量。以制造企业为例，在产品制造过程当中，假定过程输出实际中心与规格中心发生偏差，大小为1.5σ，此状态下的单层、总缺陷率均为3.4PPM。换言之，本文所阐述的六西格玛质量水平是指在纳入1.5σ飘移影响后的质量水平（为3.4DPMO）。在1.5σ飘移状态下，缺陷率与σ水平之间的对应关系如图1所示。

在实际应用过程当中，依据经验数据，σ水平为2时，对应的合格率为0.691（单位：%）；σ水平为3时，对应的合格率为0.9332（单位：%）；σ水平为4时，对应的合格率为0.99379（单位：%）；σ水平为5时，对应的合格率为0.999767（单位：%）；σ水平为6时，对应的合格率为0.9999966（单位：%）。

从方法论的角度上来说，六西格玛是一套用于解决实际问题的工具，是一套基于业务改善以及流程改善的方法论概念，从本质上来说属于管理系统。相较于其他意义上的管理系统而言，六西格玛管理模式最大的特点是强调管理的结果。已有研究人员在将六西格玛理论概念引入企业管理系统中时，均特别强调了结果与管理者对六西格玛参与程度之间的关系。因此不难发现，六西格玛管理方法论最大特点是在统计学原理的基础之上，将实际的问题转换为统计学问题，然后应用统计学的技术方法来解决问题，最终将其转换为解决问题的策略与方案。具体流程如下图所示（见图2）。

2六西格玛DMAIC模式流程分析

在将六西格玛理论应用于实际时，DMAIC流程是最为常见的模式之一。其中，D代表的是定义阶段，即Define，M代表的是测量阶段，即Measure，A代表的是分析阶段，即Analyze，I代表的是改进阶段，即Improve，C代表的是控制阶段，即Control。六西格玛技术通过DMAIC各阶段分析，如图3所示分析流程，测试系统分析、多变量研究、Y与Xs之间的关联分析，找出关键Xs，再使用DOE技术，并找到真正的Y=f（x），最终将Xs进行SPC控制，待流程稳定后进行流程能力分析评估。

各个阶段的定义以及具体内容分析如下：

从定义阶段上来说，本阶段所做的主要工作包括对项目的选择，对项目的定义，以及项目计划实施这三个方面。首先，项目的选择是最关键性的内容，做出正确的选择能够使项目更具意义，能够赢得客户的关注，从而确保项目的顺利进行。其次，在项目定义中，项目选择的来源以VOC为主，也包括VOB，通过导出CTQ的方式，按照优先度等级进行排列，并通过与企业经营战略关系定义的方式定义出被选择的项目。定义环节中所涉及到的内容包括对项目问题背景、目标、团队构成、日程计划等。最后，在项目计划实施中，需要通过整理规范报告的方式，使管理方正式批准项目并实施。

从测量阶段上来说，本阶段的工作目标是导出Y，同时选择对应的测量方法。对过程当前的水平进行定义，挖掘会对过程水平产生影响的原因变量。在导出Y的过程中，可利用的辅助工具包括Pareto以及QFD两类，在定义当前水平时，则可以应用的工具有Cpk、Ppk等几类。测量系统能力的分析则通过MSA方法实现，也可以在C&E矩阵、箱线图的辅助下得到更加准确的测量结果。

从分析阶段上来说，本阶段的工作目标是明确并掌握整个项目执行过程中的状态情况，挖掘对过程状态有最显著影响的少数原因变量，并利用假设检验、相关性关系、C&E矩阵、箱线图、回顾行分析等手段，找出最佳的条件，并形成改善措施。

从改善阶段上来说，本阶段的工作目标是制定能够应用于项目实际中的改善方法，在方法实施后还需要对改善效果进行验证。在本阶段中，可选用的辅助工具包括全因子实验、2k因子实验、以及DOE等。

从控制阶段上来说，本阶段的工作目标是将改善环节中所取得的成功进行标准化以及规范化处理，制定相应的措施，使改善成果能够得以维持。在此基础之上，还需要对质量体系进行构建、完善，对过程能力的优化发挥积极作用。本阶段中，常用的辅助工具则以控制计划工具以及SPC工具为主。

3六西格玛过程能力实施方法分析

北京紫光电子公司从事行业为电子行业，为了稳固其在本行业中的重要地位，需要不断通过创新的方式改进过程能力。自2009年开始，该公司在内部引入BRAVO改善项目，该项目中涉及到了对六西格玛理论的应用。鉴于以往同类公司在应用六西格玛管理理论中所出现的问题，该公司在应用期间构建了一套自公司领导至基层员工的绩效与收益相互挂钩的考评体系，以促进六西格玛理论的推广。但在过程能力控制中，当不合格品率处于亚百分比水平时，常用的p图可能产生一系列的问题。

实质上，在过程性能高于3σ水平的情况下，即便所使用的样本规模较大，过程监控中也难以发现不合格的项目。并且，针对当前极具现代化特征的制造过程而言，制造生产线上锁生产的产品均以自动方式完成监测工作，受此因素的影响，抽样与分组大小概念的控制是难以实现的。换句话来说，针对高σ过程的监督控制，传统意义上的属性控制图无法满足实际需求，有待通过应用六西格玛过程能力概念及其控制技术的方式加以改善。

在处理高σ水平情况时，最直接的方法就是将属性数据替代为变量数据，这种直接性的方法虽然费效比较低，但可行性较差。作为处理属性数据的一种可行性方法，有关文献中建议在不合格项目发现钱，引入合格项目的累积计数图对整个合格项书节目进行监督控制，即将监测控制的重点自不合格项目转变为合格项目。通过这种方式，将累积数绘制在控制图当中，将虚发警告所对应的风险水平标记为σ，据此，合格项累积计数图中所所对应的上控制限、下控制限、以及中心线分别表示如下：

以上合格项累积计数图中所所对应的上控制限、下控制限、以及中心线按照几何分布件下标准概率所计算得出的。必须注意的一点是，由于几何分布具有非常强的偏态特征，因此在确定控制限时不能够直接应用3σ的原理，对于不同的过程，需要根据技术要求以及调整成本来确定相应的σ取值。

图4所示即为六西格玛过程能力支持下的合格项累积计数图。如图所示，在根据该计数图进行决策时，最便捷的操作方法为：在控制图所显示的失控信号低于计数图中下控制限时则表明该过程中出现了问题。反之，在控制图所显示的失控信号高于计数图中上控制限时则表明该过程得到了一定的改善。

在进行六西格玛过程能力改进前，该企业产品合格率为92.00%，经过六西格玛过程能力改进后，产品合格率为98.00%，产品合格率明显提高。

4结束语

本研究中围绕六西格玛过程能力以及控制技术方面的主要问题进行了分析与探讨，分析了六西格玛的主要概念，并对推行六西格玛过程能力项目中的主要阶段进行了阐述与研究，认为：六西格玛管理作为质量管理最后阶段，其是质量管理活动重要环节，在质量管理活动中有重要作用，给企业管理带来了方便，同时也为客户带来了更多优质服务。但是随着科学技术的发展，将精益技术和六西格玛技术结合在一起已经成为新的发展目标。而这一发展这种技术的结合在一定定程度上仍受限制。为了使精益技术和六西格玛技术更好的结合在一起，更好的对六西格玛控制技术更好的发挥其作用，还需要对六西格玛技术进行进一步研究。

参考文献：

[1]何桢，韩亚娟，张敏，等.企业管理创新、整合与精益六西格玛实施研究[J].科学学与科学技术管理，2008，29（2）：82-85，107.

[2]王灵玲，毛剑敏，陈宇晓，等.基于六西格玛的电子企业产品切换过程管理与改进[J].工业工程，2011，14（5）：121-124.

[3]王金铎，唐济革，王宏利，等.“六西格玛分析阶段”在炭生坯成品率控制中的应用[J].炭素技术，2010，29（6）：55-58.

控制理论的基本概念篇5

关键词:管理会计;理论;探讨

一、为什么要研究管理会计理论

会计是一门既古老而又年轻的科学。说它古老,因为会计工作的实践源远流长,早在几千年前,当人类进行共同生产的时候,由于管理经济的需要,它作为生产职能的一个附带工作就开始出现了。说它年轻,因为人们对会计理论的研究只不过几十年的历史。但纵观半个世纪以来西方有关会计理论研究的论文和专著几乎全部集中在财务会计方面,甚至有人认为会计理论就是以认真研究和贯彻公认会计原则(GAAP)为基本内容的。直到目前为止,还很少看到有关研究管理会计理论方面的专著,在所有西方管理会计教科书中对管理会计的基本理论问题也很少涉及。其原因我认为主要是西方国家一般都把管理会计理解为是各种专门技术的应用。众所周知,管理会计是从传统的成本会计中逐渐派生出来的,距今有数十年的历史。它适应资本主义现代化大生产发展的需要,扩大了传统会计原有的事后反映与定期监督的职能,使现代会计科学具有广泛的实际应用价值和灵活的适应能力。就拿我国情况来说,尽管西方管理会计的引进是在80年代初,起步较晚;但许多大中型企业自从“零敲碎打”地采用了管理会计的一些预测分析,决策分析、责任会计等专门方法以后,在改进经营管理和提高经济效益方面,就尝到了不少实实在在的“甜头”。所有这些事例充分证明:在管理会计各项工作实践的后面,必然有一定的“哲理”在指导它、影响它、支持它;否则管理会计在这么长的时间内是站不住脚的。如果我们把管理会计实务中内含的各种哲理加以归纳、提炼、升华,形成一个完整的体系,我认为这就是管理会计的基本理论。

二、什么是管理会计理论

为了阐明这个问题,根据逻辑推理首先得弄清什么是“会计理论”?关于什么是会计理论,西方通常有两种不同的说法:

(1)“会计理论是一套以原则为形式的逻辑推理,其主要目的在于提供能用来评价、开拓和完善会计实务的通用观点所构成的一套前后一致的合理的原则。”根据这种说法必然认为对会计原则的研究就是对会计理论的研究。

(2)“会计理论是一套由前后一致的会计假设、会计概念、会计原则所组成的概念框架”,用来解释会计实务为什么是这样而不是那样,或者为什么可以用其它办法的理由。这些理由就构成了会计理论。根据这种说法可以看出会计理论是个多层次的结构。笔者倾向于第二种说法,但认为会计理论的概念框架似乎还应加上会计对象、会计职能和会计目标。总之,会计理论是人们在理性的高度上对会计实务的规律性的认识;它一旦形成,必然又会反过来指导和影响会计实务。这就充分证明了:西方的会计原则既是会计实务应遵循的规范和标准,也是会计理论中的一个重要组成部分。因此有人说根据一个国家对会计原则研究的深度就可以对该国会计理论研究的水平进行评价,这是有一定道理的。但这并不等于说会计理论的内涵只包括会计原则。另外,还必须指出,以上所述的会计理论实质上都是指的财务会计的理论;那么,作为现代会计的另一领域的管理会计,它的基本理论又将如何表述呢?艾哈默德•贝尔考依教授在其《管理会计概念基础》(1980年版)专著中,曾对管理会计理论作如下的描述:“管理会计理论可定义为运用来自不同的相关学科的一套基本假设和原则的观点来评价管理会计的技术”。这个定义强调了“运用来自不同的相关学科的一套基本假设和原则的观点”,突出了管理会计是一门边缘学科;但易使人误解管理会计本身并没有一套前后一致、首尾相贯、浑然一体的会计理论体系;同时对其理论的目的只提“用来评价管理会计的技术”,似乎也不够全面。笔者认为管理会计理论可定义为“是一套由前后一致的管理会计对象、管理会计职能、管理会计目标、管理会计基本概念、管理会计基本假设、管理会计原则所组成的概念框架,用来解释;评价、指导、开拓和完善管理会计实务。”

本文拟先对管理会计理论结构(概念框架)中的前三者加以论述,后三者则拟另写论文进行探讨。

三、管理会计的对象问题

会计对象就是会计是什么的问题,到目前为止,西方所有的管理会计专著或教科书中,似乎从来未涉及过这方面的问题。但我们认为作为一门独立的科学或学科,都应有它特定的工作对象和研究对象。管理会计当然也不能例外,因为它不仅是区别管理会计工作和非管理会计工作的界限;也是划分管理会计的理论与方法以及非管理会计的理论与方法的前提。管理会计的对象究竟是什么?我国学术界在这方面的看法颇不一致:有的认为是“现金流动”。有的说是“价值差量”等等。笔者均不敢苟同。我认为要探讨管理会计的对象,首先应解决现代会计的对象是什么,现代化管理的对象又是什么?因为从系统理论的角度来看,现代会计是现代化经济管理这个大系统的分系统,而财务会计与管理会计则是现代会计这个分系统的两个子系统。分系统、子系统与大系统的对象就总体上来说应该基本上一致,但由于分工不同,在某些方面可各有所侧重。我国会计学术界对于社会主义制度下会计对象的讨论已有多年的历史。最流行的说法则是60年代提出的“再生产过程的价值运动”。由于这种描述概括力很强,具有广泛的适应性(“价值运动”在社会主义国家表现为“资金运动”;在资本主义国家则表现为“资本运动”),因而一直沿用至今。但应该注意的是:60年代初到现在已经历了30个春秋。在这段时期内,

客观世界发生了巨大变化,科学技术以惊人的速度飞跃发展。很明显,系统论、控制论、信息论的创立,新的技术革命的兴起,标志着人类正步入信息社会的高技术时代。在这种情况下,现代化管理已经把总体管理的对象(即客观的经济活动)分成物流(指物质生产的实现过程)与信息流(指对物质生产各种情况的反映)两大系统。这种管理观念的突破,势将对会计的传统理论(包括会计的对象)产生直接影响。因此笔者认为我国目前正在执行的“会计对象是再生产过程的价值运动”的观点可进一步加以探讨。何况在商品经济条件下,尽管货币计量是现代会计综合计量手段中最重要的一种,但不是唯一的手段。特别是本世纪50年代以后,由于计量手段兴起了一系列的革命,出现了许多新的综合计量手段,例如质量综合计量、标准实物计量、经管责任综合计量、潜在因素综合计量等等。它们大大丰富并扩展了会计反映的科学内涵,也有效地提高了会计反映再生产过程的能力。另外,由于会计的本质是以提供财务信息为主的经济信息系统,按照信息论的观点,我们认为客观存在的经济活动或能反映和控制的经济活动本身并不能直接输入会计信息系统。实践证明首先进入会计反映视野的是客观经济活动的状态和特征的综合表现,即综合的经济信息,而不是经济活动本身。经济信息一经产生和出现,就成为会计人员追踪的对象。可以认为会计工作开始反映的对象是综合信息源(即综合经济信息的原始状态);全部会计处理过程就是综合经济信息的输入、加工、处理、存储、输出,从而形成综合的信道。会计的控制对象是信息的接受者和影响者,即各层次的管理人员与经济活动及其经济效益。会计的基本特征就在于通过对再生产过程的反映而实现对再生产过程的控制,它实质上就是借助于各种综合的经济信息来对经济活动及其效益来实施控制,是一种信息控制。但必须指出,会计控制实际上不能一次完成。它首先是及时提供各种对管理者有用的、准确的、全面的、综合的经济信息来影响各级管理人员的行为,促使他们接受会计信息的意见;然后通过信息反馈,参与各级管理层次的管理活动,并对其经济活动和效益实施综合控制。综上所述,可见现代会计的对象若描述为:“能反映和控制的经济活动及其发出的信息”,似乎与其所属的大系统“现代化管理的对象分为物流与信息流”更为合拍。依同理,由于财务会计与管理会计是现代会计分系统的两个子系统,因此财务会计与管理会计的对象从总体上来说也应该是一致的,即能反映和控制的经济活动及其发出的信息,但两者由于分工的不同,在时、空两方面各有所侧重。

四、管理会计的职能与目标问题

西方会计学家从来就没有谈论过管理会计的职能问题,一般、只涉及到管理会计的目标。笔者认为“职能”与“目标”是两个不同的概念;会计的职能是会计固有的本质属性,它是客观存在的东西;而会计的目标(中国的语言习惯喜欢用会计的任务来代替它)则是人们根据不同时期的客观需要与可能,对会计工作提出的要求,属于人的主观意志,它随着条件的改变而改变,但无论怎样,会计目标总不会超越会计本身的职能。在本世纪50年代以前,我国会计界一般都认为会计具有“反映”和“监督”两大基本职能,这是根据马克思在《资本论》中对会计所作的科学概括――即“对过程的控制和观念总结”来理解的。但是,到了50年代以后,企业会计系统为了适应生产规模的扩大和社会经济发展的需要,逐步形成了财务会计与管理会计两个子系统,于是会计实践已经远远超过单纯的事后反映和定期监督的范围。在这样情况下,笔者认为财务会计仍具有反映和监督两项基本职能;至于新派生出来的管理会计,则把传统的职能扩大到以下四个方面:规划的职能主要是利用财务会计的历史资料及其他人相关信息,进行科学的预测分析,并帮助各级管理人员对某些一次性的重大经济问题作出专门的决策分析;然后在这个基础上编制企业的整体计划与责任预算,确定各方面的主要目标,用来指导当前和未来的经济活动。组织的职能主要是结合本单位的具本情况,设计并制订合理的、有效的责任会计制度和各项具体会计工作的处理程序,以便对人力、物力、财力等有限资源进行最优化的配置与使用。控制的职能主要是根据会计规划所确定的各项目标,对预期可能发生的或实际已经发生的各种有关信息进行收集、整理、比较和分析,以便在事前或日常对各项经济活动进行调节和控制,保证计划目标的实现。评价的职能主要是事后根据各责任单位定期编制的业绩报告,将实际数与预算数进行对比、分析来评价和考核各责任单位的业绩,以便奖勤罚懒、奖优罚劣,正确处理分配关系,保证经济责任制的贯彻执行。

五、管理会计的目标

美国会计学会(AAA)的下属单位“管理会计学科委员会”曾对此作过研究,认为确定管理会计的目标是建立管理会计理论结构的一项基础工作。另外,艾哈默德•贝尔考依教授在其《管理会计概念基础》专著中还指出了管理会计的基本目标是帮助管理当局对资源的最优化使用作出决策。但结合我国当前改革、开放的实际情况,笔者认为管理会计的总目标似可改为总任务,即:“协助管理当局作出有关改进经营管理、提高经济效益与社会效益的决策。”至于它的具体任务则应与其所有的主要职能联系起来,并分为以下四个方面:

确定各项经济目标包括对目标利润、目标销售量(或销售额)、目标成本、目标资金需要量的预测与确定;协助管理当局对计划期间一次性的重大经济问题作出专门决策(包括短期经营决策与长期投资决策);以及在上述基础上编制出资源最佳配置与流动的全面预算与责任预算。合理使用经济资源包括在责权利相结合的基础上制订适合本企业具体情况的责任会计制度;并利用行为科学的原理与逾励策略,以及我国思想政治工作的优良传统,充分调动职工的主观能动性,促使他们自觉自愿地以最少的人力、物力和财务的消耗与最少的资金占用来完成计划所规定和各项目标。调节控制经济活动.包括事前制订成本控制制度和开展价值工程活动进行预防性和前馈性的控制与调节;以及日常根据各责任单位定期编制的业绩报告所反映的实际数与预算数的差异进行反馈性的控制与调节',借以保证各项经济目标的实现。

评价考核经济业绩包括利用标准成本制度结合变动成本计算法,对日常发生的经济活动进行追踪、收集和计算;定期根据各责任单位编送的业绩报告来评价和考核它们的实绩与成果;确定它们履行经管责任的情况和应受的奖罚;总结经验、揭露矛盾,挖掘增产节约、增收节支的潜力,并及时提出合理化建议,促进生产力的发展。

参考文献:

[1]《管理会计概念基础》(1980年版)哈默德•贝尔考依著

控制理论的基本概念篇6

关键词：自动化专业概论；教学改革；实践教学

中图分类号：G424．1文献标志码：A文章编号：1002－0845(2007)04－0030－02

一、课程设置的目的和意义

《自动化专业概论》课程是在入学之初，为引导自动化类专业新生正确认识和理解自动化专业的性质以及它在社会发展中的作用和地位而设置的一门课程。其目的是，通过本课程的学习使学生认识自动化专业的性质、特点以及自动化技术的作用和地位，了解自动化专业的培养目标和教学内容，树立正确的专业思想和学习观，为今后在校学习激发学习潜力，打下良好的专业背景基础。因此，《自动化专业概论》可作为一门面向大学一年级自动化专业和电气工程及其自动化专业入学新生而开设的专业基础课。

控制科学与工程属于一种交叉性学科。它的研究内容涉及多个学科的知识，其研究成果也可应用于多个学科领域中。例如，计算机、机械、机电、纺织以及管理等多个专业都涉及到自动化技术。因此，为促进本专业与其他专业的融合，加快交叉性学科的发展，《白动化专业概论》又可作为一门选修课面向全校其他专业开设。学生学习该课程后，可初步了解自动控制专业的基本原理和基本知识，对本专业的特色有初步的认识，并能够分清本专业与其他专业的区别和联系，理顺本专业所学课程与其他相关专业所开设课程的关系。另外，“自动控制”不仅仅是机器的控制，也不局限于自然科学中，从宏观上理解“控制”的含义，在整个自然界、整个社会以及各种政治斗争中都存在着“控制的思想”［1］。因此将“自动控制”的观念和思想应用到其他专业，甚至人文管理科学领域中，有利于学生综合能力和整体素质的培养。

二、教学过程中遇到的问题

1.学生所需专业基础知识薄弱，传统的课程体系有待于进一步改进

本课程的教授对象或者是没有任何基础知识的入学新生，或者是对本专业所需基础知识掌握较少的其他专业的学生(包括文经管专业以及艺术专业的学生)，同时该课程学时又相对较少(16个学时左右)。因此如何在有限的学时内，让学生快速入门，掌握该课程的主要内容和思想是教学工作的难点所在。

而在以往的教学过程中，并没有充分考虑所有选课学生的知识体系结构，讲课的起点较高，很多先行课程中的基础知识一带而过，使得学生难以理解。并且课程侧重较多的定理证明和推导，从而造成所讲内容晦涩难懂，使得很多学生难以入门，并很快就对该课程失去兴趣，无法达到预期的教学效果。

2．教学形式单一化，学生的学习能动性不能够充分调动

以往的教学形式主要是单一的课堂讲解。这种单一的教学形式很难使学生深刻地理解抽象的概念和理论知识。同时，学生在学习过程中，一直处于被动接受状态，自由思考的空间很小，这样也很容易扼杀学生的学习兴趣，因此很难充分调动学生的主观能动性，不利于素质教育下的人才培养［2］。

3．教学内容更新缓慢，专业前沿和热点问题涉及较少

以往的教学主要围绕教材内容展开讲解，对最近儿年的专业前沿和热点问题讲述较少，甚至欠缺，造成教学内容在一定程度上落后于时代的进步。而自动化的许多新兴的研究领域，比如人工智能领域，发展非常迅速，每年都有大量的新的研究成果和新的理论甚至新的研究领域诞生。例如，云模型理论、仿生模式识别理论等分别是我国李德毅院士和王守觉院士最近几年刚刚提出的新理论，并在当今的科学界开创出了一片新天地。这些新诞生的理论往往站在科学研究的最前沿，而且这些理论的最初应用成果往往具有一定的趣味性，例如日本利用人工情感理论研制出情感机器人等。因此，在概论性课程教学中，引导学生关注这些理论的发展方向，可以充分调动学生的学习积极性。但是，这些新内容一般要经过几年甚至十几年的时间才能够出现在教材中，因此仅仅围绕教材内容进行概论性课程的教学，学生就无法了解当今专业的前沿和热点问题，也就很难真正培养学生的学习兴趣。

三、概论性课程改革思路

在当今的节约型社会中，如何充分合理地利用教学资源，优化教学效果，一直是值得教育工作者深入研究和思考的问题，概论性课程改革也应遵循这样的原则。

1．建立课程新体系

(1)围绕中心，实例讲解，注重基本概念的理解

在教学过程中，省去繁琐的公式和理论推导过程，将重点放在对自动化技术所涉及的基本概念和基本知识的理解上。在讲课过程中，从实用角度出发，通过实例来讲解基本原理，重点培养学生动手解决实际问题的能力，让学生能够更加形象、容易地接受专业知识，同时注重学生学习方法的培养。

(2)精选教学内容，遵循先易后难、由浅入深、循序渐进、衔接自然的总体编排原则，重新调整各章节讲述的顺序

第1章“专业培养目标和人才素质要求”是自动化专业人才素质教育的起点，进行介绍性讲解；第2章“自动化的概念和发展简史”、第3章“自动控制系统的类型和组成”，以及第4章“控制的基本方法”是自动化技术的基本概念，也是自动化技术的核心内容，进行重点讲解；第5章“自动化的应用范畴”和第6章“自动化的展望”是自动化技术当前的应用情况和未来发展的展望，该部分内容可结合当前研究的热点和前沿问题展开讲解。这样，既可以快速引导学生入门，又可以很好地培养学生对本专业的学习兴趣。

2．教学形式多样化

本课程在教学形式上采用多种教学环节和教学方法相结合的方式展开。

(1)理性传授和多媒体感性展示相结合

利用多媒体课件和板书相结合的教学手段，教师通过精讲的方式促进学生对重点概念的理解。而对于某些应用实例，可采用与多媒体视频技术(Flash影视等)相结合的教学方式让学生更加直观、深刻地掌握所学内容。

(2)课堂讲解和现场教学参观相结合

在教学改革中，根据加强实践教学，注重能力培养的基本原则，在课堂讲解的同时，充分利用现有教学仪器设备组织学生参观各种实验控制系统的演示，如足球机器人比赛系统，多阶倒立摆控制系统，智能机器人等实验装置。通过观摩各种控制实验，可帮助学生进一步形象化地理解“自动控制”的概念，了解“自动控制”的应用范围。

(3)课堂讲解与专题讲座相结合

在课堂重点讲解基本原理和概念的同时，开设大量的关于自动控制领域前沿和热点问题的系列讲座，让学生自主选择听取其中自己感兴趣的内容，开阔学生的视野，增大知识量，同时培养学生的学习兴趣。

(4)课内教学和课外专业思想讨论相结合

根据课内所学知识，让学生组成讨论组对某个专题展开讨论，同时以报告的形式上交讨论结果，从而提高学生的学习能动性。

(5)指定答疑和网上答疑相结合

建立网上答疑系统，学生可以在指定答疑以外的时间进行网上答疑，并且可以给授课教师提出听课意见和建议，从而可及时收到学生的反馈信息，进一步完善教学方法。

3．提高教师自身业务水平，创造条件使其将专业热点和前沿内容带进课堂

过分地拘泥于课本上的知识内容，必然跟不上学科的发展，也不能够站在学术的前沿。为了让学生了解最新的学术动态，尽量与世界的学术发展接轨，我们采用前半部分课程进行课堂基础知识讲解，在学生掌握了该领域的基础知识以后，后半部分课程采用系列讲座的形式展开。讲座主要通过两种途径举办：第一种，邀请本校或其他兄弟院校和国内外知名学者来校作学术报告，结合他们所研究的较前沿的自动化领域的某一专题举行讲座，营造学术气氛，使学生了解本专业的某一领域的前沿和热点问题。第二种，课题组或者其他教师参加国内外的学术会议，了解该领域的前沿动态，回校后进行整理，通过讲座的形式让学生了解目前该领域已经取得的新的研究成果和有待于深入研究的问题。例如，今年本校的教师就参加了神经网络大会、2006InternationalSymposiumonArtificialIntelligence等多个国内外学术活动。通过参加这些学术活动，既可以提高教师的科研能力和业务水平，又可为学生讲授最前沿的学术问题。

参考文献：

［1］汪晋宽，于丁文，张健．自动化概论［M］．北京：北京邮电大学出版社，2006．