MATLAB在自動(dòng)控制原理課程學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

楊超超

（中國(guó)人民解放軍軍械工程學(xué)院 050000）

MATLAB在自動(dòng)控制原理課程學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

楊超超

（中國(guó)人民解放軍軍械工程學(xué)院 050000）

針對(duì)自動(dòng)控制遠(yuǎn)離課程的特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，將MATLAB引入到自動(dòng)控制原理課程學(xué)習(xí)中，使用MATLAB語言的特點(diǎn)，將自動(dòng)控制學(xué)習(xí)的理論和實(shí)踐加以結(jié)合，幫助學(xué)生掌握自動(dòng)控制學(xué)科的要點(diǎn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)自動(dòng)控制原理的效率，提升學(xué)習(xí)自動(dòng)控制原理課程的積極性。本文圍繞MATLAB在自動(dòng)控制原理課程學(xué)習(xí)中的應(yīng)用展開論述，期望對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程的興趣和掌握知識(shí)要點(diǎn)具有幫助。

MATLAB 自動(dòng)控制 教學(xué)應(yīng)用

作為一門基礎(chǔ)的專業(yè)課程，自動(dòng)控制原理的研究?jī)?nèi)容涉及自動(dòng)控制系統(tǒng)、系統(tǒng)教學(xué)計(jì)算方法、系統(tǒng)規(guī)律等等，具有理論性強(qiáng)、抽象性強(qiáng)、學(xué)習(xí)推導(dǎo)繁瑣、繪圖等復(fù)雜的難點(diǎn)，因此，在學(xué)習(xí)上，對(duì)于學(xué)生來說，難度較高，容易喪失學(xué)習(xí)興趣。采用MATLABu然間融合到自動(dòng)控制原理的學(xué)習(xí)中，將學(xué)生在課程內(nèi)容的理解和掌握程度不斷加以提高，尤其是強(qiáng)調(diào)了動(dòng)手操作的實(shí)踐活動(dòng)，對(duì)于激發(fā)學(xué)生興趣，提升學(xué)習(xí)效果有很大的幫助。

一、自動(dòng)控制原理的傳統(tǒng)教學(xué)方法的問題

首先，自動(dòng)控制原理值得是經(jīng)典控制原理，在學(xué)習(xí)中需要掌握線性時(shí)不便系統(tǒng)、單輸入輸出系統(tǒng)，對(duì)這些理論要進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，研究出函數(shù)傳遞為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)模型作為討論對(duì)性愛那個(gè)。從系統(tǒng)分析、層次分析等等角度對(duì)系統(tǒng)的性能指標(biāo)加以研究，強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。傳遞函數(shù)的推導(dǎo)、微分方程的推導(dǎo)等等，在課程學(xué)習(xí)中市場(chǎng)要甬道，還有拉普拉斯變換等原理和應(yīng)用的學(xué)習(xí)[1]。都是自動(dòng)控制原理課程中要學(xué)習(xí)和運(yùn)用到的。在教材中關(guān)時(shí)域和頻域的研究，例如代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)、根軌穩(wěn)定判據(jù)、奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)、對(duì)數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)等等的概念的理解和認(rèn)知，對(duì)于學(xué)生來說，難度很大，耗時(shí)耗力，并且由于學(xué)生的基礎(chǔ)水平的高低不同，也容易影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，從而對(duì)于課堂教學(xué)和教學(xué)進(jìn)度都有不利影響，學(xué)生在復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算、系統(tǒng)分析中感到過于抽象，缺乏課程學(xué)習(xí)興趣。因此，對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)手法進(jìn)行改革創(chuàng)新的方法之一就是將MATLAB軟件融合進(jìn)來，幫助提升教學(xué)的內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

二、MATLAB的特點(diǎn)

MATLAB語言是當(dāng)今較為流行的語言，在國(guó)際控制界知名度較高。它的功能抱哈了數(shù)值運(yùn)算、符號(hào)計(jì)算、圖形處理等。能夠在工程各個(gè)領(lǐng)域被利用，能夠計(jì)算復(fù)雜的系統(tǒng)仿真合計(jì)，是具有強(qiáng)大的計(jì)算功能的語言。通過MATLAB語言，函數(shù)、模塊等均可調(diào)用，進(jìn)行分析和計(jì)算。計(jì)算和分析的結(jié)果用于準(zhǔn)確地畫腿昂，計(jì)算性能指標(biāo)等，有很大的幫助。在自動(dòng)控制原理的教學(xué)中，學(xué)生的興趣往往會(huì)被軟件的使用調(diào)動(dòng)起來。而且很多本來學(xué)習(xí)興趣不高的學(xué)生，也能夠逐漸地掌握這門難學(xué)難懂的課程，教師也可以有精力進(jìn)行教學(xué)深度和質(zhì)量的研究，因此，學(xué)會(huì)使用MATLAB語言，對(duì)于學(xué)生提高學(xué)習(xí)質(zhì)量，掌握自動(dòng)控制理論來說意義重大。在進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助分分析和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之后，學(xué)生們的自動(dòng)控制原理已經(jīng)扎根在腦海中，為今后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[2]。

三、MATLAB在自動(dòng)控制原理學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

例如，引入MATLAB語言之后，自動(dòng)控制原理的課程知識(shí)中的理論部分，通過軟件可以建模，形成從時(shí)、地域等多個(gè)角度進(jìn)行分析的綜合系統(tǒng)，具有控制、校正、設(shè)計(jì)等多個(gè)部分的功能。建模借助MATLAB進(jìn)行編程，得到的各種計(jì)算機(jī)類型的形式轉(zhuǎn)換的輸入方法，能夠具有MATLAB的繪圖功能以及相應(yīng)的曲線，從而獲得對(duì)于系統(tǒng)有影響的系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)參數(shù)變化等，將根軌跡、頻率特性等加以有機(jī)聯(lián)系和綜合，得到綜合設(shè)計(jì)部分的知識(shí)，學(xué)生對(duì)掌握的專業(yè)軟件的利用可以達(dá)到得心應(yīng)手的程度，則說明該專業(yè)的培養(yǎng)實(shí)現(xiàn)樂目標(biāo)。

MATLAB軟件仿真的精確圖形，更形象、更清晰、更準(zhǔn)確性，可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的仿真，又可提供形象、生動(dòng)的波形演示，為自動(dòng)控制理論教學(xué)提供了全新的方法。便捷的分析方法編寫出一些教學(xué)軟件，使學(xué)生在文字描述的基礎(chǔ)上，判定自動(dòng)控制原理課程理論某一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。

以根歸集分析應(yīng)用為例，在進(jìn)行單位反饋系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的開環(huán)境的根歸集分析的時(shí)候，傳統(tǒng)的方法是將根歸集的分支進(jìn)行數(shù)的確定，包括定位起點(diǎn)和終點(diǎn)，對(duì)根歸集的入射角等進(jìn)行書序分析和計(jì)算。利用了MATAB語言進(jìn)行仿真后，只要輸入語句質(zhì)量，就能得到仿真環(huán)境下的精確的根歸集圖形。

使用MATLAB繪制系統(tǒng)的根歸集的程序?yàn)椋?/p>

系統(tǒng)的精確的根歸集示意圖如下：

3.2對(duì)伯德圖進(jìn)行分析和應(yīng)用，提供了MATLAB控制系統(tǒng)的函數(shù)來進(jìn)行線性系統(tǒng)的求取和繪制，結(jié)合命令繪制出伯德圖，使用計(jì)算得到增益預(yù)度和相角預(yù)度。

經(jīng)過手工回執(zhí)單額伯德圖在轉(zhuǎn)折披綠的位置使用曲線替代了漸近線。這樣的方法簡(jiǎn)單使用，經(jīng)過修正之后，伯德圖的曲線更加平滑和準(zhǔn)確。

結(jié)語

將MATLAB引入到自動(dòng)控制原理的教學(xué)中，使得枯燥的抽象的原理性教學(xué)變得形象和生動(dòng)，MATLAB軟件的輔助教學(xué)方法，運(yùn)用的語句不多，但是能夠?qū)⒎爆嵽D(zhuǎn)化為漸變，使得復(fù)雜變得明了。因此學(xué)生在面對(duì)形象具體的知識(shí)要點(diǎn)的時(shí)候，比面對(duì)抽象、晦澀難懂的理論，在興趣和集中力上要好的多，今后的教學(xué)中應(yīng)繼續(xù)以調(diào)動(dòng)學(xué)生興趣為出發(fā)點(diǎn)，注意引入的技巧，使用將主次進(jìn)行區(qū)分，將干擾課堂教學(xué)的部分予以驅(qū)除，讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行控制原理的學(xué)習(xí)，加深理解，學(xué)會(huì)運(yùn)用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)分析。

[1]張靜亞.基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的MATLAB教學(xué)方法研究[J].科技資訊,2014,(36):147-149.

[2]徐慶宏,邢燦華,林健等.應(yīng)用型本科MATLAB教學(xué)改革與實(shí)踐[J].科教文匯,2015,(6):79-80.