具有航空航天特色的控制工程基礎課程體系建設

1、具有航空航天特色的控制工程基礎課程體系建設作者：齊義文，盧艷軍，劉利秋，高云紅來源：大學教育 2016 年第 12 期沈陽航空航天大學（以下簡稱沈航）展的高等院校。作為教學研究型定位的高等學校，我校的教學工作在學校各項工作中占有十分 重要的地位。多年來，沈航自動化學院基礎教研室承擔的控制工程基礎課程是我校機械、飛行 器與動力和材料等工科專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，作為核心課程之一在專業(yè)課程體系中占 有重要地位。當前，自動化類技術在現(xiàn)代高科技發(fā)展的諸多領域（如航空航天）起到了越來越 重要的作用，與其密切相關的控制工程基礎課程教學也面臨著改革，以適應航空航天科技的發(fā) 展和人才培養(yǎng)的需求導向。該課程

2、涉及數(shù)學、力學、電學和測試技術等多門相關課程，以系統(tǒng) 的動態(tài)過程為研究對象，內(nèi)容理論性較強比較抽象，同時該課程知識又能運用于有明顯實踐應 用性的廣泛領域中。但在實際教學過程中，其理論和實際的結(jié)合不是很緊密，難以跟上航空航 天工程中控制技術的快速發(fā)展。為了突出該門課程的航空航天特色，加強培養(yǎng)學生對理論知識的理解掌握和提升學生的工通過將控制理論知識與航空航天專業(yè)特點相結(jié)合，以期使學生在掌握自動控制基本理詮和方法的基礎上，對于其在航空航天各領域（如飛行控制系統(tǒng)、航空發(fā)動機控制系統(tǒng)、衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)、火箭導彈控制系統(tǒng)及其他航空航天運載器的機電控制系統(tǒng)等）中的應用有較為深入的了解，并初步掌握航空航天類控

3、制系統(tǒng)的基本原理和設計方法。一、具有專業(yè)特色控制類課程建設的研究現(xiàn)狀在國內(nèi)，控制類課程一直在各工科專業(yè)的課程設置中占有重要地位。江南大學王艷針對電氣信息類學生的具體情況，對自動控制原理的課程教學進行了一些改革和嘗試。華東理工大學孫京浩等人針對該校過程控制工程國家精品課全方面探討了課程創(chuàng)新教學改革實踐和經(jīng)驗體會。圈此外，北航的陳殿生等人，江蘇科大的袁明新等人和遼寧工程技術大學的李建剛等人還分別對機械控制工程、機電控制工程和控制工程等課程的改革和建設進行了有益探討并提出了多項措施。p面向航空特色的課程建設成果主要體現(xiàn)于國內(nèi)幾所航空類院校。昌航謝小林等對“復合材料”專業(yè)的航空特色人才培養(yǎng)途徑進行了研

4、究。4電子技術”課程教學進行了研究。月此外，昌航羅軍明等對金屬材料工程和普通化學等專業(yè)具 有航空特色的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)、教學體系建設和課程教學改革等內(nèi)容進行較為深人的研究和探索實踐。程建設方面，幾所航空類學校已陸續(xù)在多門課程上開展研究和實踐嘗試，但在控制工程類課程 建設上僅有初步嘗試（將發(fā)動機控制部分引入），且信息獲取方式十分有限，還遠不能全面反 映航空航天控制領域的整體應用實踐情況，有待結(jié)合我校的特色進行深入發(fā)掘、研究和探索。二、具有航空航天特色的控制工程基礎課程建設方案（一）突出航空航天特色的課程內(nèi)容優(yōu)化1課程大綱的修訂 對課程大綱的制訂和教學內(nèi)容的安排體現(xiàn)出基礎與綜合的合理分配、理論與實踐

5、的密切結(jié)合、經(jīng)典與航空航天控制工程前沿的有效過渡。充分結(jié)合主講教師豐富的科研實踐經(jīng)驗，按學術專長分工，制訂可涵蓋航空航天領域典型控制系統(tǒng)和控制問題的內(nèi)容優(yōu)化方向和范圍。大綱制訂目標是使學生具有較強的控制工程基礎理論知識，以及具備初步的在航空航天控制系統(tǒng)設計領域綜合運用知識的能力、實際動手能力和創(chuàng)新性實踐能力。2構(gòu)建航空航天控制系統(tǒng)設計案例庫工程案例提高課程的實用性和前沿性，并激發(fā)學生的學習興趣，發(fā)揮學生主體性和加強對學生 創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。設計的工程案例大致可劃分為三種類型：啟發(fā)引導型、認知輔助型和綜 合設計型。其中，對于啟發(fā)引導型案例（起到“線”的作用），引入一個系統(tǒng)的大案例置于課程緒論中

6、，充當引領作用，闡述學習的意義和本質(zhì)和激發(fā)興趣，解析某個航空航天控制系統(tǒng)的構(gòu)成和控制問題描述，闡述解決思路，并提供解決路徑（教材其余各章節(jié)）。需要指出的是，這個大始終反映全局和局部的關系，還可使學生最終實現(xiàn)一個典型航空航天控制系繞設計的完整學習過程。對于認知輔助型案例（起到“點”和“面”的作用），點和難點，利用一些“小型或局部性”航空航天控制工程案例（如飛行控制系統(tǒng)、航空發(fā)動機 控制系統(tǒng)和衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)）來詮釋知識點。這些案例可在教學的具體章節(jié)中夯實學生對某 單獨知識點的學習、消化和掌握，也可持續(xù)體現(xiàn)課程的應用實踐性，提升學生的學習興趣，還 可以使學生逐步了解和認識航空航天控制系統(tǒng)涉及的各個

7、具體領域，擴大知識面，提高特色素 養(yǎng)。（二）突出航空航天特色的多層次的實踐教學體系學中，實驗(61基礎理論實驗學生學會利用控制方法去設計系統(tǒng)，這是本課程學習的最終目標，也是教學的難點?，F(xiàn)有控制工程基礎的實驗多是分析驗證性實驗，缺少設計性實驗。由于其只是單純的系統(tǒng)性能仿真或是穩(wěn)定性分析（零板點分布、奈奎斯特判據(jù)），23生僅學會了對某些單知識點的初步分析，沒有形成完整的控制系統(tǒng)設計思維，當然也不會設計MatlabMatlab/Simulink控制系統(tǒng)分析工具的水平。 2綜合性設計實驗 實驗過程是從預習開始到完成實驗報告的一個完整過程。長期以來，實驗教學過程中存在著重視實驗結(jié)果輕視實驗過程的傾向。實驗前一些學生已經(jīng)把前面同學的實驗程序抄錄在手，實驗過程中常出現(xiàn)不認真觀察實驗的現(xiàn)象。為改變這種重結(jié)果輕過程的現(xiàn)象，擬增加具有航空航天特色的綜合性控制系統(tǒng)設計實驗，全面考查極性，培養(yǎng)了學生理論聯(lián)系航空航天工程實際的獨立工作和創(chuàng)新能力。三、結(jié)論 基礎仿真實驗和綜合設計實驗相結(jié)合的多層次體系。經(jīng)過精心設計與選擇案例和實驗