MATLAB軟件在高職自動控制原理課程中的應用

摘要 自動控制原理課程是高職高專電氣自動化技術專業的核心專業課程，具有理論性強、知識點抽象的特點。單純的課堂理論講解加實驗的教學方法，較難讓學生深刻地理解和掌握課程的知識點，也很難提高學生的實踐技能，不符合高職高專應用教學的特點。本文通過在課程講解中加入MATLAB軟件仿真，能夠增強知識點的形象性，使其具體化，學生更容易學習和理解。

關鍵詞 自動控制 MATLAB 仿真

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

0 引言

在高職高專電氣自動化技術專業中，自動控制原理課程作為核心專業課程之一，具有理論要求高、計算量大、知識點抽象的特點。在以往的教學中，主要是課堂理論講述，習題講解，加上實驗手段相輔的教學方法，這種學習方法會使學生感覺到課程的知識點不僅枯燥，而且不容易理解，且計算量非常大，對于高等數學沒有學好的學生來說，更是不容易掌握。同時，太注重于理論方面的深入學習也不符合高職高專培養技能應用型人才的特點。為了解決這一方面的矛盾，目前比較流行的教學方法是將MATLAB仿真軟件引入到理論教學中，應用該軟件的繪圖及計算等強大功能，不僅能提高課堂教學效率，而且能通過仿真的工程應用環節，讓學生更清楚地看到系統分析的過程及結算結果，將抽象的知識點具體化，能夠提高學生的學習興趣，改善教學效果。

1 MATLAB仿真軟件

MATLAB語言是當前國際上自動控制領域的首選語言，它是美國Mathworks公司在20世紀80年代中期推出的高性能數值運算軟件，具有功能強大、語言簡單、擴充能力強、編程容易、效率高等特點。可以很好地解決自動控制原理課程教學中的大量數學計算和圖形繪制問題。

在課程教學中，可以先將知識點進行講解，然后選擇一個與知識點相關的合適的工程實例，引入相應的 MATLAB 仿真內容，通過多媒體上的操作，引導學生在對基本理論知識點有一定認識的基礎上，學會使用 MATLAB 軟件，培養學生的工程應用意識，提高學生對知識點的理解程度，激發學習興趣。

2 教學實例

以MATLAB仿真軟件在連續控制系統的時域分析中的應用為例，介紹軟件在教學中的作用。

某隨動系統結構圖如圖1所示，分析系統的暫態性能指標。

若按照傳統的做法，要分析系統的暫態性能指標，需先求解系統的閉環傳遞函數，再根據根據定義分別計算出各暫態性能指標：（1）超調量 %；（2）調節時間ts；（3）上升時間tr；（4）峰值時間tp。

用這樣的方法分析系統，不僅公式難記，計算量大，容易出錯，而且知識點過于抽象，學生不容易理解和記憶。

引入MATLAB后，通過簡單的語句，先將系統閉環傳遞函數求出來：

然后，通過語句“step（g）”將系統的響應曲線求出來，如圖2所示。

在圖2中，可以清楚地看出系統是欠阻尼振蕩電路，也可以直接得到系統的四個動態參數，不僅操作簡單，而且由于MATLAB運算的結果是用二維圖形顯示的，使得教學效果生動、鮮明，可以加深學生對課本知識的理解，同時由于有了直觀印象，也加深了記憶。

3 結語

將MATLAB仿真軟件加入自動控制原理課程教學中，能有效地將理論與系統結合起來，將工程實踐的求解步驟及結果融入課堂教學，增強了學生對知識點的理解和掌握程度，以及實踐能力，符合高職教育的規律。因此，在自動控制原理課程的教學中引入MATLAB仿真，對提高教學效果，增強學生的實踐操作技能，具有積極的意義。

參考文獻

[1] 田思慶，王鹍，玄子玉.自動控制原理[M].北京：中國水利水電工業出版社，2006.8.

[2] 陳垚光等.精通MATLAB GUI設計[M].北京：電子工業出版社，2008.2.

[3] 周岳斌，高艷.基于MATLAB的自動控制理論虛擬實驗系統[J].中國科技信息，2007（20）：108-111.

[4] 張德豐.MATLAB自動控制系統設計[M].北京：機械工業出版社，2009.1.