控制系統(tǒng)建模與仿真的應(yīng)用46、法律有權(quán)打破平靜。——馬·格林47、在一千磅法律里，沒有一盎司仁愛?！?guó)48、法律一多，公正就少。——托·富勒49、犯罪總是以懲罰相補(bǔ)償；只有處罰才能使犯罪得到償還?！_(dá)雷爾50、弱者比強(qiáng)者更能得到法律的保護(hù)?！ざ驙柨刂葡到y(tǒng)建模與仿真的應(yīng)用控制系統(tǒng)建模與仿真的應(yīng)用46、法律有權(quán)打破平靜?！R·格林47、在一千磅法律里，沒有一盎司仁愛。——英國(guó)48、法律一多，公正就少。——托·富勒49、犯罪總是以懲罰相補(bǔ)償；只有處罰才能使犯罪得到償還。——達(dá)雷爾50、弱者比強(qiáng)者更能得到法律的保護(hù)?！ざ驙柕?2章控制系統(tǒng)建模與仿真的應(yīng)用主要內(nèi)容14.1數(shù)字PID控制器的仿真14.2一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的控制與仿真14.3二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的控制與仿真14.4雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真14.5過程控制系統(tǒng)的仿真物理學(xué)的自身特點(diǎn)決定了物理教學(xué)獨(dú)特的教學(xué)方式，物理學(xué)是一門基礎(chǔ)科學(xué)，它有著嚴(yán)格的邏輯體系，集抽象性、趣味性、實(shí)用性為一體，在物理教學(xué)中如果離開了實(shí)驗(yàn)，那物理教學(xué)就像是無源之水，使課堂教學(xué)變得呆板和乏味，更嚴(yán)重的是會(huì)失去物理教學(xué)的意義，我在農(nóng)村從事初中物理教學(xué)工作多年，近年來由于素質(zhì)教育的進(jìn)一步深入，教師教學(xué)觀念的進(jìn)一步更新，教學(xué)手段的進(jìn)一步優(yōu)化，尤其是多媒體信息技術(shù)在物理教學(xué)中的進(jìn)一步推廣，使農(nóng)村初中的物理教學(xué)質(zhì)量有了顯著的提高，但從一個(gè)側(cè)面也反應(yīng)出了初中物理教學(xué)的不足，特別是農(nóng)村初中物理試驗(yàn)教學(xué)存在的問題更多。農(nóng)村初中由于種種原因，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多只能停留在傳統(tǒng)的教學(xué)方法上。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法陳舊，教學(xué)效果不高，嚴(yán)重制約物理教學(xué)質(zhì)量的提高。作為一名長(zhǎng)期從事農(nóng)村初中物理教學(xué)的教師，結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)際，就農(nóng)村初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題做如下闡述。一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)意識(shí)淡薄1.教師的實(shí)驗(yàn)意識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能有待提高。受應(yīng)試教育的影響，很多教師認(rèn)為做實(shí)驗(yàn)浪費(fèi)時(shí)間，影響教學(xué)進(jìn)度，因而淡化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在個(gè)別教師心中，做實(shí)驗(yàn)與不做實(shí)驗(yàn)效果是一樣的，在教學(xué)中甚至盡量避免做實(shí)驗(yàn)。久而久之，教師的實(shí)驗(yàn)技能低下，學(xué)生的思維能力和動(dòng)手操作能力不能得到正常的發(fā)展，個(gè)別教師由于不深入研究教材，搞不清教材引用實(shí)驗(yàn)的意圖，認(rèn)為一些實(shí)驗(yàn)就沒必要做。這樣，教師養(yǎng)成了長(zhǎng)期不做實(shí)驗(yàn)的習(xí)慣。個(gè)別教師還認(rèn)為做實(shí)驗(yàn)絕對(duì)是浪費(fèi)時(shí)間，把實(shí)驗(yàn)課搬到了黑板上，在黑板上“種莊稼”，用講解實(shí)驗(yàn)代替做實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生聽聽實(shí)驗(yàn)，看看實(shí)驗(yàn)。為了省事把學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)變成了演示實(shí)驗(yàn)。諸如此類的現(xiàn)象都是教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)意識(shí)淡薄的具體反映。2.學(xué)生的參與意識(shí)和動(dòng)手操作能力有待提高。目前初中畢業(yè)會(huì)考中，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾榇蠖嗍窃谥付ǖ膶?shí)驗(yàn)探究?jī)?nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法上，無法反映學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ母叩?，從而不利于學(xué)生動(dòng)手能力、科學(xué)精神的培養(yǎng)，不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)素質(zhì)的提高。在學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中，常處于被動(dòng)的應(yīng)付狀態(tài)，缺乏獨(dú)立學(xué)習(xí)的精神和習(xí)慣，對(duì)學(xué)好物理缺乏勇氣和信心，作為教師必須要引導(dǎo)學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分利用學(xué)生身邊的物品，貼近學(xué)生生活的物理現(xiàn)象引入課堂教學(xué)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使某些物理現(xiàn)象、物理規(guī)律，經(jīng)過學(xué)生自己動(dòng)手，在教師的指導(dǎo)下總結(jié)出來。既使學(xué)生對(duì)所學(xué)的知識(shí)印象深刻、理解透徹，又能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，提高學(xué)生的技能，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使他們產(chǎn)生獲得知識(shí)的成就感，增強(qiáng)對(duì)物理學(xué)習(xí)的親切感，激發(fā)學(xué)生的求知欲。二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)施陳舊農(nóng)村初中辦學(xué)條件一般都比較差，實(shí)驗(yàn)室短缺，也沒有專業(yè)的實(shí)驗(yàn)員教師，實(shí)驗(yàn)員的職能也只是“管管鑰匙”，打掃衛(wèi)生，像我們學(xué)校40個(gè)教學(xué)班只配備一個(gè)實(shí)驗(yàn)員教師，而且還是兼職的。雖然學(xué)?！捌站拧彬?yàn)收時(shí)配置了合格的實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)儀器，但是這么多年來，隨著合班并校學(xué)生的增多，實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)設(shè)施一直沒有更新，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)因器材缺乏和不足不能正常進(jìn)行。1.實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)重不足。20個(gè)教學(xué)班擁有一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)室，任課教師由于實(shí)驗(yàn)室緊張而放棄對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)，只能用“講實(shí)驗(yàn)”代替“做實(shí)驗(yàn)”，或者用多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)來替代真實(shí)實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)重制約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的正常開展。2.器材短缺并不能及時(shí)更新。原來的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)是以8套配備的，在長(zhǎng)期的使用過程中器材的損壞自然比較多，致使實(shí)驗(yàn)無法開展或很少開展，自然就使教師養(yǎng)成了不做實(shí)驗(yàn)的習(xí)慣。3.實(shí)驗(yàn)員教師責(zé)任不到位。就我們學(xué)校而言，物理、化學(xué)、生物實(shí)驗(yàn)室由一個(gè)教師管理，并且還要承擔(dān)其他工作，實(shí)驗(yàn)管理跟不上，任課教師更沒有時(shí)間精心準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)收效甚微。三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)亟待加強(qiáng)根據(jù)農(nóng)村初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，為了更好地適應(yīng)素質(zhì)教育的要求，以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和良好的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力、實(shí)驗(yàn)分析能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神為目的，需要做的工作還很多，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行思考。1.提高學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的思想認(rèn)識(shí)，切實(shí)保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)的正常開展，足額配備實(shí)驗(yàn)員教師，尤其是要保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)費(fèi)投入。要將實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理列入正常教學(xué)管理之中。2.增強(qiáng)任課教師的實(shí)驗(yàn)意識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，學(xué)校要組織教師走出去交流學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)教師利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)專業(yè)知識(shí)，在校內(nèi)定期組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀摩課、示范課，相互學(xué)習(xí)，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)技能的提高。3.充分發(fā)揮第二課堂的作用，引導(dǎo)學(xué)生積極參加第二課堂活動(dòng)，如手工制作、物理興趣小組、創(chuàng)發(fā)小組等，在活動(dòng)中領(lǐng)悟生活，感受自然，提高學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦的能力，分析問題和解決問題的能力，有助于學(xué)生學(xué)習(xí)能力和技能的提高。在我們的生活當(dāng)中，物理現(xiàn)象是非常普遍的，一定要鼓勵(lì)學(xué)生多做一些可以在課外操作并且沒有危險(xiǎn)的課外小實(shí)驗(yàn)，以此來彌補(bǔ)課堂實(shí)驗(yàn)的不足。學(xué)生在多做小實(shí)驗(yàn)的過程中，加深了對(duì)物理原理的認(rèn)識(shí)，也鍛煉了自己的實(shí)踐能力。當(dāng)然，，隨著新課改的穩(wěn)?i推進(jìn)和國(guó)家教育均衡發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，農(nóng)村初中基礎(chǔ)設(shè)施逐年完善，教師的教育觀念、教學(xué)方式也在不斷更新，教育教學(xué)質(zhì)量在不斷提高。物理教師也深刻體會(huì)到了加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是提高物理教學(xué)質(zhì)量的有效途徑。通過分析認(rèn)為，農(nóng)村初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題還是十分突出的，并且嚴(yán)重制約著物理教學(xué)質(zhì)量的提高和學(xué)生的全面發(fā)展，這就要求我們物理教師要不斷更新教育觀念，努力提高自己的教學(xué)素質(zhì)和實(shí)驗(yàn)技能，“打鐵還需自身硬”，高素質(zhì)的教師才能帶出高素質(zhì)的學(xué)生，才能有效地駕馭實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更好的指導(dǎo)學(xué)生的課外實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)要站在教育發(fā)展的高度引領(lǐng)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供堅(jiān)強(qiáng)保障。一、“主問題”概念界定語(yǔ)文閱讀教學(xué)的“主問題”這一概念最早由余映潮老師在1993年提出來，在余映潮老師的著作――《余映潮的中學(xué)語(yǔ)文教學(xué)主張》里對(duì)于主問題的概念和實(shí)施有詳細(xì)的闡述。主問題是能夠?qū)虒W(xué)內(nèi)容“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的提問、問題或話題。或者說，“主問題”是引導(dǎo)學(xué)生對(duì)課文進(jìn)行深入研讀的重要問題、中心問題或關(guān)鍵問題。還可以說，“主問題”是閱讀教學(xué)中能從教學(xué)內(nèi)容整體的角度者――學(xué)生整體參與的角度引發(fā)思考、討論、理解、品味、探究、創(chuàng)編、欣賞過程的重要的提問或問題。二、初中語(yǔ)文教學(xué)“主問題”設(shè)計(jì)現(xiàn)狀調(diào)查與分析筆者通過對(duì)溫州市5所中學(xué)的50多名初中語(yǔ)文教師的訪談和300多名學(xué)生的問卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)目前初中語(yǔ)文教學(xué)主問題設(shè)計(jì)主要存在以下問題：（一）“主問題”設(shè)計(jì)缺乏連貫性與遞進(jìn)性在初中語(yǔ)文教學(xué)中，大多數(shù)老師在一堂課中會(huì)設(shè)置1―3個(gè)主問題，很多老師在主問題的設(shè)計(jì)中容易把幾個(gè)主問題的內(nèi)容割裂開來，導(dǎo)致問題缺乏關(guān)聯(lián)性，學(xué)生學(xué)習(xí)起?硪彩且煌肺硭?。很多老師都認(rèn)為，設(shè)計(jì)的主問題要由淺入深或深入淺出。主問題的設(shè)計(jì)缺少層次性就很難引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行深入思考，不利于學(xué)生思維的發(fā)展與提升。（二）“主問題”設(shè)計(jì)偏主觀性，忽視學(xué)生學(xué)情教師在進(jìn)行語(yǔ)文教學(xué)主問題設(shè)計(jì)時(shí)容易忽略學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和心理狀況，導(dǎo)致主問題的難度偏高或偏低。主問題的難度偏高，超越了學(xué)生的理解范圍，課堂教學(xué)常常會(huì)陷入“僵局”的尷尬境地。主問題的設(shè)計(jì)難度偏低則導(dǎo)致很多無效提問，降低課堂效率，浪費(fèi)課堂時(shí)間。還有很多老師對(duì)于主問題的設(shè)計(jì)太過空洞，主問題不能很好突出問題的重難點(diǎn)，不能夠很好地與學(xué)生的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系，學(xué)生也常?！按鸱撬鶈枴?。（三）問題預(yù)設(shè)不夠，學(xué)生思維發(fā)散，難以聚焦主問題由于課堂環(huán)境相對(duì)比較復(fù)雜，學(xué)生程度不一，老師在主問題的實(shí)施過程中仍然會(huì)遇到各種各樣的問題，最常見的情況就是課堂上學(xué)生思維比較發(fā)散，容易從主問題散發(fā)到許多小問題，甚至是與課堂內(nèi)容無關(guān)的一些話題。這時(shí)課堂就很容易陷入“失控”局面，教師很難再把學(xué)生聚焦到主問題上。（四）“主問題”設(shè)計(jì)偏重于語(yǔ)言與思維的發(fā)展，忽視審美與文化的培養(yǎng)參照我國(guó)教育部最新頒布的有關(guān)語(yǔ)文核心素養(yǎng)的闡述，語(yǔ)文核心素養(yǎng)大致包括四個(gè)方面：語(yǔ)言的建構(gòu)與運(yùn)用、思維的發(fā)展與提升、審美的鑒賞與創(chuàng)造和文化的傳承與理解。在與這些老師的交流中，筆者發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)教師在進(jìn)行語(yǔ)文教學(xué)時(shí)都偏向于“語(yǔ)言”和“思維”這兩個(gè)方面，相對(duì)來說卻比較忽略對(duì)學(xué)生審美鑒賞和文化傳承的培養(yǎng)。三、初中語(yǔ)文教學(xué)“主問題”設(shè)計(jì)策略研究（一）教師方面1.設(shè)計(jì)文章主線，層層遞進(jìn)。針對(duì)教學(xué)主問題設(shè)計(jì)缺乏連貫性這個(gè)問題，對(duì)于初中語(yǔ)文教師來說，尤其是新手型教師，需要對(duì)文本進(jìn)行深入的研讀，并且多向?qū)＜倚徒處煂W(xué)習(xí)，要充分考慮到學(xué)生的認(rèn)知水平與學(xué)生的心理狀況。在充分了解學(xué)生與深入研讀文本的基礎(chǔ)上，根據(jù)文章的特點(diǎn)和層次性來由淺入深的設(shè)計(jì)主問題。并且?guī)讉€(gè)主問題之間要有所聯(lián)系，使主問題可以貫穿整篇課文。2.多元解讀，做好問題預(yù)設(shè)。語(yǔ)文教學(xué)的主要材料都來自語(yǔ)文課本。筆者在訪談過程中，問及老師“主問題”設(shè)計(jì)的策略時(shí)，很多老師首先談到的是要吃透教材、挖掘教材中值得教給學(xué)生的內(nèi)容。在熟悉教材文本過程中，要注重多元地解讀文本。教師只有多元地解讀文本，才能從多個(gè)角度去分析、品讀文章，進(jìn)而從多個(gè)角度做好問題預(yù)設(shè)，盡管在課堂上遇到學(xué)生提出的比較偏離文旨的問題，也能夠聯(lián)系文本正確地引導(dǎo)學(xué)生，為學(xué)生做出良好的解答。（二）學(xué)生方面對(duì)于學(xué)生來說需要做好課前預(yù)習(xí)，積極參與課堂活動(dòng)，能夠多元思考問題。筆者在與學(xué)生的交流中發(fā)現(xiàn)有很大一部分學(xué)生是不會(huì)進(jìn)行課前預(yù)習(xí)的，有很多學(xué)生的課前預(yù)習(xí)也只是簡(jiǎn)單瀏覽一遍課文，缺乏深入的思考。在主問題實(shí)施過程中，學(xué)生是參與的主體，因此學(xué)生的參與配合也非常重要。倘若學(xué)生可以做好課前預(yù)習(xí)，對(duì)文章有深入的思考并能夠提出問題，這樣可以很大程度上增加課堂互動(dòng)，在師生、生生互動(dòng)中層層深入，高效并且有質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)目標(biāo)。在課堂預(yù)習(xí)中還需要學(xué)生能夠進(jìn)行合作交流和探究質(zhì)疑，多與學(xué)生交流情感體會(huì)，從不同角度去感受和理解文章，并提出自己的疑問，將這些問題與學(xué)生互相交流，既培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考的能力，又促進(jìn)了學(xué)生合作學(xué)習(xí)技能的提升，對(duì)學(xué)生語(yǔ)文素養(yǎng)的發(fā)展大有幫助。第12章控制系統(tǒng)建模與仿真的應(yīng)用主要內(nèi)容14.1數(shù)字PID控制器的仿真14.2一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的控制與仿真14.3二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的控制與仿真14.4雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真14.5過程控制系統(tǒng)的仿真142一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的控制與仿真·系統(tǒng)建模小車質(zhì)量為M,倒立擺的質(zhì)量為m,擺長(zhǎng)為,小車的位置為x,擺的角度為,作用在小車水平方向上的力為F,a為擺桿的質(zhì)心142一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的控制與仿真擺桿繞其重心的轉(zhuǎn)動(dòng)方程=Flsine-Flose擺桿重心的水平運(yùn)動(dòng)方程Fx=m,2(x+lsin6)擺桿重心的垂直運(yùn)動(dòng)方程F-mg=m2(lcose)小車水平方向運(yùn)動(dòng)方程d-xF=M級(jí)倒立擺系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型L.(J+m/)FIm(/+m/)sin0.8'-m't'gsin0cos0+ml-(M+lcos0.F+mIsin0cos08--(M+m)mlgsin8m1"cos8-(J+m/)(M+m)142一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的控制與仿真對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行線性化2≈0,sin≈b,cos≈1系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型i(J+m12)F-m212geJ(M+m)+mMI(M+m)mlge-mlFJ(M+m)+mMI例142.1設(shè)一級(jí)倒立擺系統(tǒng)小車的質(zhì)量M,擺的質(zhì)量灬-,擺的長(zhǎng)度2-06m,重力加速度取。1m,建立系統(tǒng)的仿真模型。[0.12F+0.036sin0.02-0.90cose精確模型0.24-0.09cos60.3cos6.F+0.09sin0.cos0.8--6sine0.09cos2e-0.24142一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的控制與仿真i=-60+0.81簡(jiǎn)化的模型406-2uSubsystem1一級(jí)擺立擺系統(tǒng)Simulink仿真結(jié)構(gòu)圖142一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的控制與仿真Fcn(2)FcntSubsyste仿真結(jié)構(gòu)圖Fcn2IntegratorIntegratorsSubsystem1仿真結(jié)構(gòu)圖142一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的控制與仿真PID控制器設(shè)計(jì)及仿真1.雙閉