本站小編為你精心準備了電子設計競賽的控制系統設計參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

全國大學生電子設計競賽是面向大學生的群眾性科技活動，其目的在于按照緊密結合教學實際，著重基礎、注重前沿的原則，促進電子信息類專業和課程的建設，引導高等學校在教學中注重培養大學生的創新能力、協作精神；加強學生動手能力的培養和工程實踐的訓練，提高學生針對實際問題進行電子設計、制作的綜合能力；吸引、鼓勵廣大學生踴躍參加課外科技活動，為優秀人才脫穎而出創造條件。經過近幾年的發展，各大院校的實驗室硬件設施都得到了顯著的改善，但是在硬件設施日益完善的今天，針對電子設計競賽所提出的實踐能力培養的內涵建設要求，如何將實踐教學改革引向深入，對實踐教育工作者提出了更加嚴格的要求。為此，本文分析并總結了歷屆電子競賽賽題，根據其側重點的不同進行了分類，包括電源類、信號源類、無線電類、放大器類、儀器儀表類、數據采集與處理類、控制類7個大類，針對不同類型的題目建立起相對應的實踐教學改革方案，引導大學生科技活動向更加專業化的方向拓展，這也是將實踐教學工作引向細致深入的有效徑。如表1所示，回顧歷屆“控制類”賽題，控制系統設計的題目越來越向復雜系統的控制方向發展，需要控制的變量不僅數量增加，且相互之間的耦合程度也在提升，對大學生的控制系統設計能力提出了更高的要求。為了適應新的變化，需要針對“控制系統設計”這一問題制定科學的教學改革方案，才能滿足大賽組委會對當前大學生提出的更高要求，從而進一步提高實踐教學質量，深入貫徹以電子競賽促進實踐教學改革的目標。

1明確培養目標，建立層次化實訓教學內容體系

把握競賽精神，明確電子設計競賽控制系統設計方向的培養目標，關鍵在于把握競賽命題內容，與時俱進，從而引導實踐教學的發展，全面提高學生工程實踐能力。在實踐教學過程中重點解決兩個問題，一是如何加強學生的基礎能力，二是如何提高學生的綜合設計能力，最終使學生的電子制作技能、控制系統設計調試技能及解決實際問題的能力達到全國大學生電子設計競賽所要求的標準。分析歷屆控制類題目的命題內容發現，對大學生控制系統設計能力的培養，涉及傳感器應用、模擬電路制作、功率電路制作、數字電路制作、控制算法編寫、機械制作等多方面的知識，具有非常強的綜合性。典型的控制系統結構框圖如圖1所示。其中檢測電路主要涉及各類傳感器及其相應調理電路的設計制作；控制電路涉及單片機、ARM、FPGA等控制器的應用；驅動電路主要包括電機驅動和其他功率電路的設計制作；機械統主要包括電機的應用、機械結構的制作等。另外根據具體要求，還可能需要通信電路和其他的擴展電路。針對控制系統設計所需的知識結構，建立層次化的實訓教學內容體系，合理分配基本性實驗、設計性實驗、綜合性實驗比例，按階段實施學習計劃，逐步培養學生從基礎模塊訓練到驅動程序的編寫能力，再到PID控制算法的編寫與調試能力，最終使學生達到一般控制系統的綜合設計能力，具體的教學內容如表2所示。實踐教學內容整體包含了3個層次的訓練：①訓練學生掌握電工電子工程實踐的基礎知識和基本技能；②訓練學生掌握儀器儀表的使用方法及與單片機有關的基礎知識；③訓練學生掌握與控制系統設計有關的各個功能模塊的設計與調試方法；④對學生知識面進行拓展，訓練學生學習與高級控制系統設計有關的知識。

2以開放實驗室為基礎，改革實踐教學管理體制

為了全面提高學生控制系統設計能力這一實踐教學的根本目標，一方面要打破傳統的實踐教學模式，不再以“自動控制原理”“電機學”“傳感器檢測技術”等理論課程的界限劃定分屬于各門課程的實踐教學，而是要建立起由驗證性實驗、設計性實驗、綜合性實驗綜合構成的層次化實踐教學內容體系；另一方面要在管理上打破陳規，建立以學生自主管理為基礎的開放實驗室，模糊課堂與課余的時間概念，將實踐教學向課堂外有效延伸。開放實驗室作為學生開展課外科技活動的主要場所，是支撐實踐教學環節的基本物質保障，近年來得到了各高校的重視。開展較早的院校均通過向學生開放實驗室資源培養出了許多優秀的工程實踐人才，通過參加學科競賽、課程設計、畢業設計等教學環節的評比，這些學生的動手能力、協作精神以及創新思維等綜合素質都明顯提高，獲得了教師、同學、社會的普遍認可。但是，隨著越來越多的學生積極參與開放實驗室，隨之而來的場地、設備、經費及管理方面的問題也日益凸顯，制約了實踐教學活動的順利展開，教師引導并幫助學生實現實驗室自主管理成為解決該問題的有效途徑。在如何引導學生的自主管理體制問題上，學校也做了積極的探索，包括以下3個方面。（1）模擬公司管理制。將學生以班集體的組織形式招收到開放實驗室中，實驗室的日常管理主要由班長負責，教師主要與班長進行溝通協調，一般不直接參與管理，基本的管理組織結構如圖2所示。班長作為總負責人定期安排組織工作，下屬5個部門的具體分工如下：①技術部，主要負責實驗室的儀器儀表等設備的管理以及技術培訓工作；②財務部，主要負責班費的管理工作；③元器件庫，主要負責學生常用元器件的購買、分發、管理工作；④網絡部，主要負責網站的建設和管理工作；⑤辦公室，主要負責組織協調安全、衛生、紀律、規章制度等日常管理工作。（2）師徒培訓制。對技術知識的渴望是開放實驗室中組建班集體的核心動力來源，為了讓學生們能夠得到有效的技術培訓，可采用師徒制的方法引導學生互幫互助，先進帶動后進，形成“大三帶大二、大二帶大一、老師帶大四”的基本制度。這種制度不僅讓更多的學生受益，而且師生之間建立了深厚的師徒情分，在實踐過程中提高了學生的團隊合作意識，不僅為電子競賽，也為學生畢業后進入社會合作創業打下了堅實的感情基礎。（3）項目考核制。為了對每個團隊學生的階段性學習成果進行測試，可利用學校的各種政策和經費支持，通過創新項目對學生團隊進行綜合性考核，讓學生對工程項目的立項申請、方案論證、項目實施、實驗驗證、總結報告等環節有一個系統性的認知，培養更加有效的工程思維能力。具體的項目經費不僅可以通過國家大學生創新項目獲得，也可以通過校企合作、大學計劃等多個方式獲得，作為開放實驗室的重要物質保障。

3采用實例化教學手段，自制實驗設備

實驗設備的選用是實踐教學體系形成的重要環節，為了適應大學生電子設計競賽的要求，結合學校實踐教學體系的內容特點以及學生掌握知識結構的基本情況，實驗室自行研制了更加符合學校實際情況的實驗設備，不僅節約了設備購置經費，降低了成本，還能夠以自制設備為基礎，拓展一些有特色的實踐教學課程，并應用于課程設計、畢業設計等其他教學環節。根據一般控制系統設計的基本特點，以培養學生對于簡單系統建模、理論模型的工程應用、PID控制算法設計、C語言實現以及控制系統分析5個方面的能力為目的，選擇有代表性的、學生感興趣的控制系統設計案例作為教學對象，以實例帶動學生學習，讓學生直觀地感受到控制系統設計的難度和技巧，激發學生的學習興趣和想象力，促進學生創新實踐水平的提高。如圖3所示，結合歷屆電子競賽題目，自制ARM、FPGA等開發板以促進學生對高級嵌入式系統處理器的學習和掌握，自制智能小車、兩輪自平衡小車、四軸飛行器等比較典型的控制系統作為實驗教學設備，由簡入繁，逐步深入，具有一定的代表性，且受到大學生的普遍喜愛。興趣與理論的結合能進一步提高學生的設計能力。實驗設備研制過程中，通過組織學生申請立項，使其積極參與示例程序的編寫與硬件調試工作，并且將學生設計使用過程中的實際感受及時反饋記錄，最終開發出了符合學校實際情況的教學設備，提升了實踐教學效果。

4實踐教學方法的創新性設計

實踐教學方法是指導教師以工程實踐為主，培養學生工程素養、獲得工程技能的一系列教學活動的組合，實踐教學與理論教學相輔相成。實踐教學方法的創新，有賴于打破傳統的以理論教學為主、實踐教學為輔的教學觀念。為了吸引學生興趣，以實踐教學推動理論知識的掌握和吸收，可以從以下3個方面進行把握。（1）實踐教學課程的設置更加具有針對性和系統性，有效整合學校分散的實踐教學資源，形成系統化解決某個問題的課程體系。比如以控制系統設計為目的，相關的課程設置可以涵蓋如下5個方面：①控制系統常用傳感器課程，包括溫度傳感器、光電傳感器、超聲波傳感器、傾角傳感器、角度位移傳感器、音頻信號檢測器等；②控制系統常用微控制器課程，包括單片機、FPGA、ARM、DSP；③控制系統常用外圍模塊課程，包括鍵盤和LED控制、液晶顯示器、觸摸屏、ADC和DAC、無線收發模塊、語音模塊等；④控制系統常用電機控制課程，包括舵機、直流電機、步進電機的控制等；⑤控制系統PID控制算法課程，包括增量式PID算法設計、位置式PID算法設計等。（2）提倡學生先做后學，學完再做。首先在實踐過程中發現實際問題，然后通過理論學習與實驗解決問題，使學生獲取的知識結構更加具有針對性，過程中教師要注意引導學生掌握解決某個問題的有效途徑和方法，了解學生的思維方式，而不是把主要精力放在問題本身上，積極營造民主、寬松的實踐教學氛圍，鼓勵學生大膽提問，不唯師、不唯書，通過討論、網絡、請教、看書等各種各樣的方法最終達到解決問題的目的。（3）突出學生在實踐教學過程中的主體地位。教師引導學生以工程項目化的方式面對并解決問題，激發學生的學習興趣，使教師對學生的實踐教學成為一種自我意識激發下的活動，模糊課堂與生活的界限，鼓勵學生利用課余時間主動投入到實踐活動當中來，當學生從實踐中獲得成就感和榮譽感后，就會感染更多的學生參與，形成良性循環。

5結語

根據對大學生電子設計競賽控制類題目命題方向的把握，提煉出大賽精神以及內涵的培養目標和基本要求，從歷年的競賽題目對控制系統設計能力的需求，提煉出實踐教學的基本內容，并把它們進行分解、優化，使之貫穿于學校課程實驗、課程設計、畢業設計、科技活動等實踐性教學環節中，這樣通盤性的考慮，使實踐性教學內容不僅層次清楚、目標明確，而且克服了重復交疊、各環節內容之間相互脫節的問題。另外，與教學內容相適宜的教學方法、教學設施將會有效地提高實踐教學效果。

作者：張奇 柴鈺 單位：西安科技大學工程訓練中心