基于MATLAB仿真的自动控制原理课堂教学应用

2016-03-28陈超洋李伊惠周少武欧青立钟斌

新校园·上旬刊 2016年1期

关键词：Matlab仿真自动控制原理课堂教学

陈超洋　李伊惠　周少武　欧青立　钟斌

摘要：本文基于MATLAB软件，首先阐述了其在教学中的优势及应用现状，然后对MATLAB仿真在自动控制原理课堂教学中的应用进行论述，最后通过一个应用实例，反映出MATLAB有着比传统教学更为直观、快速的特点。

关键词：MATLAB仿真；自动控制原理；课堂教学

MATLAB是一种集数值计算、图形可视化和符号计算三大基本功能于一体的，功能强大、操作简单的工程计算应用软件，不管是在工程实例仿真还是数值演算等方面，都有着出色的表现及应用。

近年来，基于MATLAB仿真的辅助教学也相当广泛，通过MATLAB软件的应用给课堂教学带来一个全新视角。MATLAB软件的应用能为教学提供强有力的支撑，也能为学生将来从事科研及工程实践打下坚实的基础。

一、MATLAB仿真在自动控制原理课堂教学中的应用

MATLAB仿真在自动控制原理教学中的应用，通过形象、生动的波形演示使分析方法更为便捷，为自动控制原理教学提供了一种全新的教学视角。

利用MATLAB仿真编写一些教学软件应用于自动控制原理教学，可使学生通过不同参数的变化了解系统性能的变化。这样，学生不仅仅只是通过文字描述来理解相关概念及性质。例如，对于几类稳定判据（代数稳定判据、根轨迹稳定判据、奈奎斯特稳定判据和对数频率稳定判据），它们在使用时必须经过大量的数学计算或精准绘图才能依据判据对系统的稳定性进行判断，应用MATLAB软件就会方便地实现这些要求。

此外，在系统的性能分析方面，对于系统的调节时间计算、超调量的确定、振荡次数多少、稳态误差的分析等，以上这些过程比较抽象并且难以理解。通过传统的方法学习相对困难，并且烦琐的数学计算和系统分析，导致学生学习积极性下降，影响课堂教学效率。所以，如果能将MATLAB软件融入课堂教学中，将对改善教学有着很大的帮助。

二、MATLAB仿真在自动控制原理教学中的应用实例

例：对于下面典型二阶系统的闭环传递函数

其中ωn=5，试绘制系统在ξ=0.1，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，3.0时的单位阶跃响应情况。

MATLAB程序如表1。

不同阻尼比下，闭环系统的单位阶跃响应曲线如图1所示。

由上面的应用实例可以看出，通过MATLAB软件可以快速、直观、准确地给出自动控制原理课堂教学需要展示的变化图形，教师可以形象地给学生讲解参数变化对于系统性能的影响，从而极大地提高学生学习的积极性。

当学生对于MATLAB软件的编程有了进一步了解之后，可以激发学生的创新能力，例如，搭建和设计自己特有的模型等，这对于培养学生的动手能力和创新意识有着重要的作用。

参考文献：

[1]周少武，陈敏，沈红远，等.Matlab在计算机控制技术课程“PID控制器参数整定”中的应用[J].系统实践，2010（10）：38-40.

[2]黄忠霖，黄京.控制系统MATLAB计算及仿真[M].北京：国防工业出版社，2009.

[3]张葛祥，李娜.MATLAB仿真技术与应用[M].北京：清华大学出版社，2003.

[4]刘芳园，司轶芳.MATLAB在自动控制原理课程中的应用[J].职业技术研究，2010（22）：185.