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分析學員的飛行控制系統論文
“自動控制原理”課程是海軍航空工程學院飛行學員層次空間工程專業一門必修的專業基礎課程，是許多后續課程的先導課。飛行學員是一個比較特殊的教學層次，其定位是本科層次，但事實上他們的學習基礎比較薄弱，培養計劃對其提出了較高的要求，其任職目的明確，對于飛機的結構、飛行控制等方面都要進行全面的學習�！白詣涌刂圃怼弊鳛闉楹罄m“飛行控制系統”等課程服務的專業基礎課有著舉足輕重的作用，學員如何學好該門課程以適應部隊崗位需求是一個值得探討的問題。
一、以任職需求為導向優化教學內容
在課程教學中，應制定適應飛行學員層次的課程標準，圍繞課程標準中的要求，對課程的教學內容進行優化，使學員既能掌握必備的知識和技能，又能培養獨立思考和實踐的能力。
考慮到飛行學員的基礎和今后任職的特點，新的課程標準降低了要求，主要要求其學習經典的分析系統的方法，對于系統的設計不做要求。根據課程標準，教學活動可圍繞自動控制概論、控制系統數學模型、控制系統分析方法三個部分展開。在教學過程中注重教學內容的優化以及每個部分的完整性和各部分之間的緊密聯系，使整個課程內容緊密銜接，增強控制理論的系統性。
概論部分主要是強調對基本概念的理解與掌握，應針對飛行學員的特點，加強飛機人工控制和自動控制的內容，在引入概念的同時，提高飛行學員對飛機的濃厚興趣。
建立系統的數學模型是分析和設計系統的基礎，這一部分不可或缺。需要用到的數學模型包括時域的微分方程、復數域的傳遞函數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容，傳遞函數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構圖上運用，因此，可以弱化信號流圖部分。
控制系統的三種分析方法是教學中的核心內容。對于時域法，重點在于一階、二階系統的分析，這可與學員后續課程中的舵控制系統聯系起來，高階系統不用講，突出主導極點的概念即可; 將穩定性分析和穩態誤差計算作為重點，略去動態誤差系數法。加強學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的性能方面，尤其是穩定性和快速性。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，應將重點放在分析部分。在頻域法的學習中需要給學員補充PID 控制的相關知識，他們的后續課程“飛行控制系統”中會涉及到這種經典的控制方法。利用Matlab 軟件繪制根軌跡、幅相曲線和對數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員補充，在激發學員學習興趣的同時又提高了學習的效率。飛行學員大量的課余時間都用在了體能訓練上，課后根本沒有那么多的時間來記復雜的繪制步驟，即使現在記住了，等后續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、以后續專業課需求為標準編寫適應該層次學員的教材
目前，國內的“自動控制原理”課程教材大多針對普通大學本科學生編寫，尚無專門針對海軍飛行學員層次的“自動控制原理”課程教材。針對海軍飛行學員層次的特殊性，課程組正在著手編寫教材。在教材編寫的過程中，要與后續課程教員積極溝通，對于一些典型的知識點，盡量在后續專業課程學習中找到應用實例，解答學員對該知識點用處的困惑，與后續專業課銜接好。教材還要體現與飛行控制密切聯系的特色，讓飛行學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員感興趣的飛行控制例子以及簡單的公式推導，如何將復雜的內容簡單化是一個難題。針對以上教學內容的優化，教材會做出相應的調整。
三、以學員為中心改進教學模式和方法
( 一) 通過虛擬實驗提高課堂效率，激發學員的學習積極性�！白詣涌刂圃怼闭n程涉及到控制系統的模型建立、系統分析、系統設計的基本理論和相關技術，其特點是概念抽象，數學知識應用多，計算繁雜，導致學員難以理解，難以掌握其基本問題、基本思想和基本方法。因此，通過實踐教學能使學員更好地實現理論和實際的有機結合，實踐教學已成為“自動控制原理”課程教學必不可少的組成部分。
飛行學員層次的課程安排了五次實驗，均基于THBCC - 1 實驗平臺。面對復雜的硬件電路，學員只能依據實驗指導書給定的電路來連接。在調節參數的過程中，可能不太清楚參數的變化對系統所起的作用，也不能很好地理解理論與實踐的聯系，多數學員最后可能只是為了得到對應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: 在講到勞斯判據出現全零行的特殊情況時，當勞斯表第一列的系數沒有符號改變時，系統有特征根位于虛軸上，部分學員對這一現象不能理解，通過虛擬實驗的演示，可以使學員對根的分布一目了然，并且可以看到階躍響應曲線出現等幅振蕩的形式。
( 二) 以學員為中心，實行引導式教學方法。目前，“自動控制原理”課程教學的基本模式是采用多媒體課件進行講授。在有限的學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員越來越少，沒有聽懂的學員干脆就放棄了。課堂自然形成了教員講授多、學員參與少的現狀，這種方式會使學員失去學習的興趣，制約了學員自主學習能力和解決實際問題能力的培養。針對這種教學模式的弊端，我們應當盡量采取適當的教學方式，變學員被動學習為積極主動學習。由于該課程概念多、理論性強，如果沒有學員的主動學習，在短短的上課時間內讓學員完全學懂和接受這門課程的所有內容幾乎是不可能的。學員的主動學習需要教員的有效引導，教員在課前要告知學員下一節課要講的內容，將多媒體課件發到學員手中，讓學員提前預習。多媒體課件比教材簡潔，更易突出重點和難點，學員通過課件預習比通過教材預習效果要好很多，然后可以帶著問題來聽課。這樣，學員在上課之前就對相對簡單的內容有了比較好的掌握，對于這一部分內容，教員講解的時間可以少一些，重點解決難點問題，引導學員積極主動地思考問題。學員也可以提出在預習中遇到的難題，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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