MATLAB睸imulink在《计算机控制系统》そ萄е械挠τ醚芯

刘淑荣 庞伟

摘要：依据《计算机控制系统》课程的特点及性质，探讨MATLABSimulink仿真软件在《计算机控制系统》教学中的应用，并给出仿真实例。通过示例展示了应用MATLABSimulink仿真软件进行计算机辅助教學既可以激发学生的学习兴趣，又能提高课堂教学质量，提高学生分析和解决实际问题的能力。

关键词：MATLABSimulink;计算机控制系统;仿真实例

一、 引言

随着工业生产规模逐步走向大型化、复杂化、精细化以及计算机技术的飞速发展，使得计算机控制在工业生产领域中占有越来越重要的地位。《计算机控制系统》是自动化专业的主要专业课程之一，是计算机技术、自动控制、检测与传感技术相结合的综合应用技术，具有较强的实践性和综合性。该课程涉及的知识面较广，知识集成度较高，教学内容承上启下，在专业课程体系中占有举足轻重的地位，其中授课内容涉及的一系列控制算法，既是计算机控制系统的核心，也是授课的难点，其理论性强，内容抽象、故学习难度大，采用以往常规的授课方式，教学效果不是很理想。基于此，本文以MATLAB软件为基础，通过MATLAB命令和Simulink模型对主要算法进行计算机辅助实现及仿真，从而将抽象难懂的理论知识变成更易接受的感性认识，使学生可以更直观高效地理解知识，同时也可以培养学生的综合分析及动手能力，提高对计算机控制系统的学习兴趣，提高教学效果和教学质量。

二、 MATLABSimulink在《计算机控制系统》课程中的作用

MATLAB语言是一种以计算机为基础的辅助设计语言，包含功能强大的控制产品集，支持控制系统设计的建模、仿真、设计和实现等等。根据计算机控制系统课程的特点，其中的绝大多数算法均可以应用MATLAB语言实现，并通过MATLAB程序以及Simulink仿真模型在课堂上演示和讲解，在一定程度上缓解了算法中计算量大、步骤繁琐、效果不直观的问题，将原本需要手工计算的设计过程程序化，简单化，且通过Simulink仿真模型，使复杂系统的输入输出变得可视化，各个环节、步骤经仿真均变的相当直观，算法的效果立即呈现，从而提高学生的学习兴趣，提高教学效果。

三、 MatLabSimulink与《计算机控制系统》课程教学的结合

以最少拍控制器为例说明MatLabSimulink与《计算机控制系统》课程教学的结合及应用MatLabSimulink辅助《计算机控制系统》教学的过程。

（一） 最少拍控制器的设计

最少拍控制是指系统在典型输入信号r（t）（阶跃、速度、加速度信号）作用下，经过最少个采样周期（最少拍），其采样时刻的输出值y（kT）完全跟踪输入量r（kT），使系统输出的稳态误差为恒值或零。

现在，某计算机采样控制系统结构图如图1所示，其中，Gp（s）=10s（s+1），T=1 s，针对单位速度输入设计有纹波系统的数字控制器D（z）。

（二） 最少拍控制器的matlabsimulink计算机辅助计算

（三） Simulink辅助计算结果的可视化

应用基本MATLABSimulink库中的相关模块分别建立被控对象为连续时间传函和离散时间传函的Simulink仿真模型，并分别仿真得到仿真曲线如图2和图3所示。

从图2和图3的仿真曲线可见：

（1）针对单位速度输入设计的有纹波最少拍控制系统，在其应用过程中，在前5个周期内，系统出现了较大的超调，导致响应时间增加，从图中可以看出，经5个采样周期后，输出能够跟随输入，超调接近于0;

（2）系统从第2个周期开始，在采样点处输出能完全跟随输入，从而保证了在采样点处系统稳态无差，实现最少拍控制器设计，达到系统要求。

从最少拍控制器的手工计算设计和计算机辅助设计来看，很显然，手工计算设计计算量大，效果不直观，错一点，满盘皆输;而计算机辅助设计编程语言简洁，步骤简练，效果直观，便于分析理解，易提高学习兴趣。

四、 结束语

通过最少拍控制器的设计过程可以看出，在《计算机控制系统》课程的教学中引入MATLABSimulink仿真软件，利用MATLAB高效简洁的编程语言和Simulink便利直观的仿真环境，不仅可以使教学内容浅显易懂，而且更易激发学生的学习兴趣，加深对所学知识的理解，从而改善教学质量，提高教学效果，提高学生分析问题、解决问题的能力。

参考文献：

[1] 潘新民，工燕芳.微型计算机控制系统实用教程[M].北京：电子工业出版社，2006.

[2] 孙坚，王强.基于Matlab/Simulink“计算机控制系统”教学系统[J].科技信息，2013（26）：33-33.

[3] 魏秋月，牛学锋.《算机控制技术》课程中控制算法仿真平台设计[J].科技视界，2013（31）：21.

[4] 喻桂兰.用MatLab实现《计算机控制系统》课程的教学实践[J].现代计算机，2009（1）：85-87.

[5] 范影乐.MATLAB仿真应用详解[M].人民邮电出版社，2001.

[6] 陈怀琛.MatLab及其在理工课程中的应用指南[M].西安：西安电子科技大学出版社，2000.

作者简介：刘淑荣，庞伟，吉林市长春市，长春工程学院电气与信息学院。