MATLAB在电气专业主干课程教学中的应用

广东理工学院电气与电子工程学院 龙小丽 李欣雪 胡林林

高校工科类专业中电气专业开设的主干课程的应用性、实践性以及理论性都非常的强，学生想要学懂相关的主干课程，难度比较大。文章将探讨把MATLAB引进到电气主干课程的具体教学中，使抽象深奥难以理解的知识变得“活”起来，能够较好的降低知识点的理解难度，有效的增强课堂的趣味性，提高了学生学习的积极性，教学效果得到了一定的改善。

电气专业是各类高校中非常受欢迎的工科专业，也是学生普遍反映比较难学的专业。各类高校电气专业开设的主干课程主要包括《电力系统分析》、《自动控制原理》、《电力电子技术》、《电机与拖动》、《现代控制理论》等，这些课程除了开设理论课之外，一般都需开设有相应的实验操作课。电气主干课普遍具有强理论性、知识点深奥抽象、概念繁多难懂、公式多、推导繁琐的特点，且相关的电路图比较多且复杂，涉及的电路分析以及波形分析非常多。同时，电气专业与我们的生产生活实际联系密切，在电力输送以及交通运输等各领域都有应用，因此，电气专业相关主干课程对实践性的要求也是非常高。

现如今，高校教师在教学时多数采用的是电子课件投影结合黑板书写讲解。电子课件里一般主要给学生展示的是公式、电路图以及相关原理的小结，黑板板书主要是进行公式的推导，教师上课的模式重点还是侧重于理论知识点的深度和完整性。主干课程相关实践通常是在相关实验室设备上完成。由于有些相关实验设备非常昂贵，需要的场地也是非常大，且强电课程的实验学生在实际进行实验操作时会有较大的风险，因此有些高校没有配备完整的实验设备，导致学生的实践能力没有得到很好的锻炼。这样的教学模式，不能较好的使学生学懂相关主干课程的知识，甚至会导致部分学生由于学不懂课程而出现厌学情绪。因此迫切的需要找到一种生动的、直观的以及高效的教学方式来提高主干课程的教学效果。

1 应用说明

MATLAB是一款应用于多个工作平台和多个学科领域的具有强大功能的应用科技软件。该软件具有多种不同功能的工具箱，涉及了通信、神经网络、DSP、控制系统、数值统计、模糊逻辑、各种系统仿真等多个领域。将其引入电气主干课程的教学中，利用其绘图及仿真功能，将一些复杂的系统及抽象难懂的概念采用绘图及仿真的形式直观化，可使学生对所学知识难点有较直观的认识，引起学生的兴趣，有助于教学效果的提升。下面以电气专业主干课程的其中2门具体课程为例，简要说明MATLAB在电气主干课程教学中的应用。

MATLAB在控制系统相关课程中的应用，以自动控制原理（自控）课程为例。该课程的教学重点是进行系统的结构及组成的研究；进行自动控制系统的动态和稳态分析；系统有关的各种性能指标的研究；系统的时域分析、频域分析以及相关系统设计。该课程知识点抽象难懂，将MATLAB引入教学中，可使知识点直观易懂。例如需要用时域分析法分析某控制系统当K=1和K=2时的稳定性，系统结构如图1所示，采用以往的直接理论公式推导讲解很难让学生对系统的稳定性有一个比较深刻的认识。引进MATLAB，只需输入几行相关命令，就可以得到如图2所示的当K=1和K=2时系统单位阶跃响应。由图上的参数能够直观的观察出k=1时和K=2时系统的稳定性。当k=1时系统的调整时间较短，超调量较小，峰值时间较长，所以系统的性能更稳定。

图1 系统结构图

图2 系统单位阶跃响应

MATLAB在电力系统相关课程中的应用，以电力系统分析为例。电力系统非常庞大和复杂，通常被称为电力网络。该课程教学时主要是对电力系统稳态、系统故障、系统暂态过程等进行分析。分析的基础是进行大量的计算，主要包括系统的稳定计算、短路故障的计算以及潮流计算等。采用以往的直接手动计算法非常的复杂，深奥难懂。引进MATLAB，可利用MATLAB语言和其Simulink模块仿真建模对电力系统内容进行辅助分析和辅助计算。例如对无穷大功率电源供电系统进行仿真，如图3所示；建模时，从模块库中分别选取对应的模型添加，主要包括电源模型Three-phase source、变压器T模型Three-Phase Transformer、输电线路L模型Three-Phase Series RLC Branch、三相电压电流测量模型Three-Phase V-I Measurement、三相线路故障模块Three-Phase Fault、5MW模块、示波器模型Scope1等，添加好模块后，连接好线路，双击模块进行对应参数设置，再通过“Simulink→Configuration Parameters”命令打开设置仿真参数的对话框进行仿真参数设置，运行仿真，即可模拟实际系统的运行情况。整个建模过程简单，仿真结果非常直观，能较好的帮助学生加深知识点的理解。

图3 无穷大功率电源供电系统的Simulink仿真图

2 结语

电气专业的主干课程理论性强、知识点深奥抽象，教学困难。文章重点探讨MATLAB在电气主干课程教学中的应用。将MATLAB引进教学中，可使深奥抽象的知识点变得直观生动，能够较好的改善教学效果。同时，可将MATLAB引进实践教学中，进行仿真实验，缓解实验设备不足的情况，节省购买实验仪器的开支；并且能够增加实验的灵活度，只需一台装有MATLAB的电脑，即可完成实验，这样也能降低学生做强电实验误操作引起的风险。另外，基于MATLAB的强大功能，从培养学生的方面考虑，主干课程中引进MATLAB，学生不仅能够学好专业知识，还能学习一门应用广泛的仿真技术，为学生以后做科学研究、参加各种竞赛、工作等提供知识储备。