自動控制原理課程教學改革探究

陳　敏

摘要自動控制原理課程是一門偏重理論且不易學習的課程。本文把MATLAB應用軟件融入到這門課程中，并舉例分析了應用MATLAB軟件分析系統(tǒng)的一些性能，從比較中歸納出本門課程教學改革后的簡便性和靈活性。

關(guān)鍵詞自動控制MATLAB系統(tǒng)性能

自動控制原理是一門技術(shù)(應用理論)學科，其研究對象是自動控制系統(tǒng)，研究的中心問題是控制過程的動態(tài)規(guī)律，主要內(nèi)容為數(shù)學模型、工程分析計算方法和系統(tǒng)的一般規(guī)律，是一門理論性很強的綜合學科，具有繁瑣的數(shù)學推導、復雜的繪圖理論和數(shù)學計算。所以，將MATLAB應用軟件融合到課程中，為課程教學帶來了極大的靈活性和便利性。

一、傳統(tǒng)的自動控制原理課程教學

自動控制原理總的說來分為兩部分：“古典控制理論”和“現(xiàn)代控制理論”?！肮诺淇刂评碚摗笔且詡鬟f函數(shù)為基礎，主要研究單輸入單輸出系統(tǒng)的分析和設計問題，從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和系統(tǒng)的動態(tài)性，能三方面分析系統(tǒng)的性能。首先，在一定的數(shù)學理論知識(拉普拉斯變換及拉普拉斯反變換)的基礎上建立傳遞函數(shù)的數(shù)學模型，分別用時域分析法和頻域分析法分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這其中包括特征方程根的分布、奈氏穩(wěn)定判據(jù)、對數(shù)頻率判據(jù)，這一系列方法都必須通過復雜的數(shù)學運算和繪圖才能達到目的，尤其對高階系統(tǒng)，這種繁瑣運算體現(xiàn)得尤為明顯，甚至于學生無法根據(jù)自己的數(shù)學知識加以解決。其次，對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能。同樣需要經(jīng)過運算畫圖才能進行分析，并且這樣的運算都存在一定的誤差。同時，學生在學習的過程中往往覺得不知其所以然。那么，引入MATLAB應用軟件后，將會對學生學習這門課程很有幫助。

二、MATLAB應用軟件與自動控制原理課程的融合

MATLAB軟件以解決繁瑣而復雜的計算，簡單、方便又精確地繪圖，并以豐富多彩的圖形來說明抽象的控制原理而著稱，是一個先進而高效的工具。同時，MATLAB軟件的SIMULINK仿真工具為自控原理的MATLAB實現(xiàn)提供了一個強有力的工具。學生可以利用這一軟件對系統(tǒng)進行分析，如分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就可用其畫出系統(tǒng)的Bode圖或者計算系統(tǒng)的相位穩(wěn)定裕量來判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，或可以直接計算特征方程的根，若根都分布在復平面的左邊，則系統(tǒng)肯定穩(wěn)定。再如要分析系統(tǒng)的動態(tài)性能，可以用SIMULINK仿真工具直接建立一個模型，通過示波器可以很直觀地觀察系統(tǒng)的輸出響應，從而可以很直接地分析系統(tǒng)的性能并進行校正。所以，在學習自動控制原理課程的同時，如果能融入MATLAB應用軟件，不僅可以簡化煩瑣的計算，也可以讓學生更好地理解所學知識，更好地理解這門課程。當然，在教學過程中，教師不能一味強調(diào)MATLAB軟件而忽略了理論知識的學習，應把這一軟件視為課程學習的應用工具。