浅谈MATLAB在高职《自动控制原理》教学中的应用

张娴 史东强

【摘要】 《自动控制原理》是高职学生较难掌握的专业课程之一。本文针对该课程的教学内容，结合课程特点和学生基础，将MATLAB软件与理论教学有机结合，弱化数学推导，以提高课堂教学效果。

【关键词】自动控制原理 MATLAB 教学应用

【中图分类号】TP13-4；G712 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）34-0244-01

《自动控制原理》是高职院校自动化专业的基础课程，所教授的基本都是抽象的理论知识。而高职学生普遍数学基础差，对较强的理论知识不感兴趣，也缺乏主动学习的积极性。因此，在侧重动手实践的高职教育中，淡化数学计算，降低理论难度，同时又调动起学生的积极性是十分有必要的。针对该课程的教学内容，结合课程特点和学生基础，我们在理论教学中引入MATLAB仿真，弱化数学推导，强化软件使用，增加学生在学习中的参与度，将理论知识直观化、图形化，以提高课堂教学效果。

一、《自动控制原理》课程内容

《自动控制原理》的教学路线沿系统概述、系统建模、系统分析、系统校正和系统设计来进行。其中建模是基础，它主要包括微分方程的建立，利用拉普拉斯变换得到传递函数。系统分析主要做时域频域分析及稳定性判断，系统校正主要讲授PID调节器的参数设计，这些都以传递函数为基础。

传递函数是在拉普拉斯变换基础上得到的，若采用传统教学方式，教师需首先向学生解释拉氏变换的概念，推导运算定理。要高职学生理解这些公式推导难度较大，而且会给他们留下枯燥复杂的印象，打消他们的学习积极性，之后再进行系统分析和校正的讲解就会难上加难。

因此我们在系统建模时就引入MATLAB，学生只需熟记几个简单地拉氏变换，然后通过软件使用，自己上机用程序命令进行微分方程求解，拉普拉斯变换，再利用MATLAB＼Simulink做仿真完成系统动态响应分析。这种仿真教学过程弱化了数学计算，将深奥的理论知识变为简单地程序编写，充分调动起学生的积极性。

二、MATLAB软件介绍

MATLAB是MathWork公司推出的一套可进行数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示的软件，它使用方便，内含现成函数库，目前已成为高等数学、自动控制理论等课程的基本工具。

在自动控制原理课程中，学生可通过MATLAB程序或Simulink建模两种方式进行仿真。程序可在命令窗口或m文件中编写；Simulink可方便学生建立框图模型，并随时修改参数。这些优点让学生从复杂的数学计算中解脱出来，使他们更容易理解和掌握这门课程。

三、MATLAB在理论教学中的应用

我们把MATLAB作为基本教学工具，将它与理论知识有机结合。从建模开始就逐步向学生教授其使用方法。以简化程序为目标调动起学生的兴趣，并在此过程中完成知识点的教授。

在讲授传递函数这个知识点时，以RLC串聯电路为例，我们既教会学生通过MATLAB求解微分方程，进行拉普拉斯变换，又引入传递函数的概念，为后续系统分析打下基础。

相较微分方程，传递函数更简单明了。当输入为阶跃函数时，在MATLAB中调用step（）可更方便画出输出图形，程序如下：

在这一部分教学中，我们通过MATLAB中dsolve（），ilaplace（）函数的使用完成了微分方程求解和拉普拉斯变换知识点的介绍，又用step（）这一函数简化程序，引入阶跃响应的概念。

四、结论

在高职《自动控制原理》的教学中，我们将MATLAB软件与理论教学有机结合，本着“淡化计算，拿来即用”的原则，对理论知识进行删减，让学生自己在电脑上利用MATLAB编程操作。这样的安排使学生更容易接受、理解和掌握这门课程，也增强了他们学习的自信心。

参考文献：

[1]温希东，王毅峰.自动控制原理及其应用（第二版）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004.

[2]王菲.高职《自动控制原理与应用》课程教学改革初探[J].课程教育研究，2015（5）.

[3]李莉.改善教学方法，淡化数学计算——对高职自动化专业《自动控制原理》教学方法感想[J].科技信息，2010（10）.

作者简介：

张娴（1986—），女，江苏徐州人，助教，博士，研究方向：自动控制；容错控制。