航空发动机控制系统仿真课程的教学
航空发动机控制系统仿真课程的教学改革探索
摘要本文分析了航空发动机控制系统仿真课程的教学现状，论述了课程教学改革的意义，指出了课程教学改革中面临的挑战，针对这些挑战并依据课程教学内容及其体系结构特点，提出“控制系统仿真”课程教学改革。
关键词航空发动机控制系统仿真
reform and exploration of teaching for
control system simulation of aeroengine
pan muxuan
(college of energy and power engineering, nanjing university of
aeronautics and astronautics, nanjing, jiangsu 210016) abstract the current teaching of “control system simulation of aeroengine” is analyzed in the paper. the teaching reform signification is discussed and the challenges facing the reform are pointed out. in response to the challenges and based on the teaching content and its architecture, the teaching reform is proposed.
key words aeroengine; control system; simulation
0 引言
航空发动机控制系统仿真（简称“控制系统仿真”）是一门飞行器动力工程专业本科生的高年级专业课程，主要讲授仿真的基本原
理、方法和计算机实现的课程。相较与其他专业的控制系统仿真类课程，航空发动机控制系统仿真课程具有一些显著的特点。首先，该课程学习中需要航空发动机控制元件、航空发动机控制系统、自动控制原理、计算机控制、现代控制理论等诸多课程中的相关内容支撑，因而教学中涉及的知识面广，基础知识多，学习中容易出现知识融会贯通困难等问题。其次，仿真是一门需要实验支持的课程，课题讲授的各种仿真方法需要应用到实例中去才能使学生深入掌
握仿真理论和方法的精髓。随着计算机技术的迅猛发展，数字仿真已成为现代仿真理论与技术中的主要组成部分，而课程教学中所采用的传统实验软件在使用效率、人机友好性等方面存在一定的不足，妨碍学生高效、直观的开展实验。这些都增加了课程“教”与“学”的难度。本文中依据近几年教学体会，在分析“控制系统仿真”课程的教学现状的和教学改革的意义基础上，指出“控制系统仿真”课程的教学改革所面临的挑战，针对这些挑战课程教学改革中的难点，依据课程教学内容及其体系结构，提出“控制系统仿真”课程教学改革。
1 航空发动机控制系统仿真课程教学现状
仿真与归纳和演绎一起被认为是科学研究的第三种方法。1978年，korn在《连续系统仿真》中定义仿真是“用能代表所研究系统的模型作试验”，简单的说就是用模型进行实验①。控制系统仿真是采用能代表所研究控制系统的模型进行试验。不论是在高精尖的航空航天、机器人控制领域，还是一般的工业过程控制中都涉及到
控制系统仿真，因此在国内外诸多名校的相关专业中都设立有与系统仿真相关的课程。例如，美国麻省理工大学的机械工程专业开设有“建模与仿真导论”课程，国内的上海交通大学电子信息与电气工程专业设立有“控制系统仿真”课程。南京航空航天大学、北京航空航天大学、西北工业大学的航空发动机动力工程专业航空发动机控制方向也都设立了控制系统仿真相关课程。国外仿真课程的教学中具有两个方面显著特点。首先，课程内容与专业内容结合紧密，课程中含有大量本专业实例及实践环节。这使得学生在学习仿真基本理论和方法后，及时与本专业相关系统相联系，学习并掌握本专业领域中系统仿真的方法，激发学生学习的兴趣和热情。其次，教学软件多样、先进，包括一些成熟的商用软件。这使得学生在实践环节中能够方便、快速、高效的开展仿真实验。
随着推进技术的发展，我国发动机控制技术已经从传统的机械液压式控制方式向着先进的数字电子式控制方式发展，并逐渐从电子式监控控制方式过渡到全权限数字电子控制方式（full authority digital engine control-fadec）。这对发动机控制系统仿真提出了更高更广的要求。但是，作为航空发动机控制方向的控制系统仿真课程不论从教学方法还是实验内容和手段上都沿用着十几年前
的内容。课堂教学的主要内容包括仿真的基本概念、仿真理论和方法。在教学方法上，课程中虽然包含部分实例，但是多数例子与航空发动机控制系统联系不够紧密，而实际上仿真方法所涉及到的许多情况都存在于航空发动机控制系统中。例如，在“典型非线性环