MATLAB軟件在高職自動(dòng)控制原理課程中的應(yīng)用

摘要 自動(dòng)控制原理課程是高職高專(zhuān)電氣自動(dòng)化技術(shù)專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)課程，具有理論性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)抽象的特點(diǎn)。單純的課堂理論講解加實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法，較難讓學(xué)生深刻地理解和掌握課程的知識(shí)點(diǎn)，也很難提高學(xué)生的實(shí)踐技能，不符合高職高專(zhuān)應(yīng)用教學(xué)的特點(diǎn)。本文通過(guò)在課程講解中加入MATLAB軟件仿真，能夠增強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)的形象性，使其具體化，學(xué)生更容易學(xué)習(xí)和理解。

關(guān)鍵詞 自動(dòng)控制 MATLAB 仿真

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

在高職高專(zhuān)電氣自動(dòng)化技術(shù)專(zhuān)業(yè)中，自動(dòng)控制原理課程作為核心專(zhuān)業(yè)課程之一，具有理論要求高、計(jì)算量大、知識(shí)點(diǎn)抽象的特點(diǎn)。在以往的教學(xué)中，主要是課堂理論講述，習(xí)題講解，加上實(shí)驗(yàn)手段相輔的教學(xué)方法，這種學(xué)習(xí)方法會(huì)使學(xué)生感覺(jué)到課程的知識(shí)點(diǎn)不僅枯燥，而且不容易理解，且計(jì)算量非常大，對(duì)于高等數(shù)學(xué)沒(méi)有學(xué)好的學(xué)生來(lái)說(shuō)，更是不容易掌握。同時(shí)，太注重于理論方面的深入學(xué)習(xí)也不符合高職高專(zhuān)培養(yǎng)技能應(yīng)用型人才的特點(diǎn)。為了解決這一方面的矛盾，目前比較流行的教學(xué)方法是將MATLAB仿真軟件引入到理論教學(xué)中，應(yīng)用該軟件的繪圖及計(jì)算等強(qiáng)大功能，不僅能提高課堂教學(xué)效率，而且能通過(guò)仿真的工程應(yīng)用環(huán)節(jié)，讓學(xué)生更清楚地看到系統(tǒng)分析的過(guò)程及結(jié)算結(jié)果，將抽象的知識(shí)點(diǎn)具體化，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善教學(xué)效果。

1 MATLAB仿真軟件

MATLAB語(yǔ)言是當(dāng)前國(guó)際上自動(dòng)控制領(lǐng)域的首選語(yǔ)言，它是美國(guó)Mathworks公司在20世紀(jì)80年代中期推出的高性能數(shù)值運(yùn)算軟件，具有功能強(qiáng)大、語(yǔ)言簡(jiǎn)單、擴(kuò)充能力強(qiáng)、編程容易、效率高等特點(diǎn)?？梢院芎玫亟鉀Q自動(dòng)控制原理課程教學(xué)中的大量數(shù)學(xué)計(jì)算和圖形繪制問(wèn)題。

在課程教學(xué)中，可以先將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，然后選擇一個(gè)與知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的合適的工程實(shí)例，引入相應(yīng)的 MATLAB 仿真內(nèi)容，通過(guò)多媒體上的操作，引導(dǎo)學(xué)生在對(duì)基本理論知識(shí)點(diǎn)有一定認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)使用 MATLAB 軟件，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用意識(shí)，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解程度，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

2 教學(xué)實(shí)例

以MATLAB仿真軟件在連續(xù)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析中的應(yīng)用為例，介紹軟件在教學(xué)中的作用。

某隨動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，分析系統(tǒng)的暫態(tài)性能指標(biāo)。

若按照傳統(tǒng)的做法，要分析系統(tǒng)的暫態(tài)性能指標(biāo)，需先求解系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)，再根據(jù)根據(jù)定義分別計(jì)算出各暫態(tài)性能指標(biāo)：（1）超調(diào)量 %；（2）調(diào)節(jié)時(shí)間ts；（3）上升時(shí)間tr；（4）峰值時(shí)間tp。

用這樣的方法分析系統(tǒng)，不僅公式難記，計(jì)算量大，容易出錯(cuò)，而且知識(shí)點(diǎn)過(guò)于抽象，學(xué)生不容易理解和記憶。

引入MATLAB后，通過(guò)簡(jiǎn)單的語(yǔ)句，先將系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)求出來(lái)：

然后，通過(guò)語(yǔ)句“step（g）”將系統(tǒng)的響應(yīng)曲線求出來(lái)，如圖2所示。

在圖2中，可以清楚地看出系統(tǒng)是欠阻尼振蕩電路，也可以直接得到系統(tǒng)的四個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)，不僅操作簡(jiǎn)單，而且由于MATLAB運(yùn)算的結(jié)果是用二維圖形顯示的，使得教學(xué)效果生動(dòng)、鮮明，可以加深學(xué)生對(duì)課本知識(shí)的理解，同時(shí)由于有了直觀印象，也加深了記憶。

3 結(jié)語(yǔ)

將MATLAB仿真軟件加入自動(dòng)控制原理課程教學(xué)中，能有效地將理論與系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，將工程實(shí)踐的求解步驟及結(jié)果融入課堂教學(xué)，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握程度，以及實(shí)踐能力，符合高職教育的規(guī)律。因此，在自動(dòng)控制原理課程的教學(xué)中引入MATLAB仿真，對(duì)提高教學(xué)效果，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐操作技能，具有積極的意義。

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