MATLAB在自动控制原理教学中的应用

郭凯 宿州学院

MATLAB在自动控制原理教学中的应用

郭凯 宿州学院

自动控制原理专业性强、逻辑性强，学生学起来有一定的难度。将MATLAB仿真教学软件引入到自动控制原理教学中，通过直观、形象的教学案例，能够激发学生学习的积极性，提高教学效率。因此受到老师的欢迎。本文主要分析了自动控制原理教学过程中存在的问题，以及MATLAB在自动控制原理教学中的具体应用，希望对自动控制原理教学提供一点借鉴。

MATLAB仿真软件 自动控制原理 教学方法

自动控制原理是自动化专业学生的专业基础课程，对学生学习专业知识具有重要意义。但是自动控制原理这门课程涉及的知识面广、专业性强、涵盖的内容多、逻辑性强，需要反复的推理论证以及复杂的绘图理论。这让很多学生学习起来十分头疼，而传统的板书教学方式，十分枯燥，让很多学生丧失了学习课题的兴趣。将MATLAB应用在自动控制原理教学中，可以有效地克服传统教学的缺陷，提高课堂的趣味性和交互性，激发学生的学习兴趣，为学生实践打下良好的基础。

1 自动控制原理教学存在的问题

《自动控制原理》这门课程的理论性比较强，有很多应用公式，需要大量的物理和高等数学知识，这对学生的要求非常高。很多学生并没有高等数学相关的基础，学习起来比较困难。再加上传统的黑板加粉笔这种教学方法，让很多学生学习起来感到十分困难，无法理解课本中的内容，长时期很容易让学生失去学习的兴趣。随着计算机多媒体技术的发展，将计算机技术应用在自动控制原理这门课程上，通过多媒体技术将难以理解的公式形象化、具体化，让学生学起来更加容易。

2 MATLAB在自动控制原理教学中的应用

MATLAB仿真软件提供了丰富的MATLAB语言，通过数值运算、图形生成功能，并通过经典的控制理论，构建属性模型，为系统设计、性能分析和仿真实验提供了基础。

2.1 时域分析

在自动控制系统微分方程求解过程中，往往会运用到时域分析，但是时域分析的数学推导过程十分复杂，需要进行大量的计算。在教学过程中，如果老师在讲解的时候，在推导过程中浪费太多时间，影响其他内容的讲解，会影响到课堂整体教学效果。

比如某单位反馈控制系统的闭环传递函数是：

求系统单位阶跃相应c（t）最大超调量和调整时间：

如果按照传统的教学方法，老师要分析整个闭环系统，然后再一步一步的推导。通过MATLAB仿真软件，可以直接绘制阶跃相应曲线，从这个曲线上很容易就找到了第四阶系统的最大超调量、延迟时间td，以及上升时间tr，峰值时间tp在5%、2%误差下的调节时间ts，根据这个曲线，在MATLAB软件中编写程序，程序内容如下：

输入内容以后，得出函数曲线图，单击函数曲线任意上的一点，并沿着曲线移动，能够实时显示曲线上点的动态。通过移动得出该函数的最大超调量为28%，延迟时间td=0．072s，上升时间tr=0．117s，峰值时间tp在5%误差带下的调节时间为0．179s，在2%误差带下的调节时间是0．666s。通过MATLAB软件很容易就得到了各项数值，而不需要大量的计算。

2.2 绘制根轨迹图

通过MATLAB软件程序编辑语言，编辑如下文本信息：

确认以后，系统立即得到轨迹图形，如图所示：

根据图表，我们可以得出当K从0到无穷大时，根轨迹在s左侧，对应的闭环系统比较稳定。同时根据根轨迹，使用[k，poles]=rlocfind[n，d]中，会产生一个十字光标，点击鼠标左键点击根轨迹图的任意一点，就能够得到该点出的增益值以及增益值对应的闭环方程跟。此外，MATLAB仿真软件应用在自动控制原理课程中，还可以输入连续系统的传递函数、系统的零极点，分析系统的稳定性，从而降低运算量，能够快速的绘制图形，提高教学效率和教学效果。

将MATLAB仿真软件引入到自动控制原理课堂中，将复杂的计算和繁琐的推论简化为直观的图形，让知识点变得更加生动、形象，课堂变得活泼有趣。不仅激发了学生学习的兴趣，而且提高了学生分析问题、解决问题的能力以及实践动手能力，为学生后续学习编程打下了良好的基础。因此，在教学过程中，老师要充分利用现代技术，不断丰富教学手段，提高教学质量和教学效率。

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