MATLAB軟件在高職自動控制技術(shù)教學中的應(yīng)用

張 萌

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學院，吉林 吉林 132000）

自動控制原理是高校自動化專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，同時也是電類和機械類及相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門理論性與實踐性很強的專業(yè)課程。在高職院校中該課程的主要任務(wù)是通過對控制技術(shù)理論知識的學習，培養(yǎng)學生對控制系統(tǒng)進行的分析、設(shè)計和創(chuàng)新的能力，內(nèi)容包括控制系統(tǒng)導(dǎo)論，數(shù)學建模，反饋控制系統(tǒng)的特性、性能、穩(wěn)定性、設(shè)計，頻率響應(yīng)方法、穩(wěn)定性等。由于《自動控制原理》信息量大，理論性強，內(nèi)容抽象，涉及知識面廣。在高職院校的實際教學中存在一定的難度，對于高職高專學生的基本知識、分析和解決問題的能力都有一定要求，而將MATLAB仿真軟件引入到傳統(tǒng)的教學方法上來，可以起到較好的作用。

MATLAB軟件是由美國Math Works公司開發(fā)的，是目前國際上最流行、應(yīng)用最廣泛的科學與工程計算軟件，它具有豐富的可用于控制系統(tǒng)分析和設(shè)計的函數(shù),MATLAB的控制系統(tǒng)工具箱（Control System Toolbox）提供對線性系統(tǒng)分析、設(shè)計和建模的各種算法；MATLAB的系統(tǒng)辨識工具箱（System Identification Toolbox）可以對控制對象的未知對象進行辨識和建模；MATLAB的仿真工具箱（Simu link）提供了交互式操作的動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境。 它用結(jié)構(gòu)框圖代替程序智能化地建立和運行仿真，適應(yīng)線性、非線性系統(tǒng)，連續(xù)、離散及混合系統(tǒng)，單任務(wù)、多任務(wù)離散事件系統(tǒng)。高職院校所培養(yǎng)的自動化專業(yè)技術(shù)型學生如果能夠在學習自動控制原理的同時，學會使用MATLAB語言，不僅對掌握和應(yīng)用自動控制原理有幫助，還可以學會如何使用計算機輔助分析、設(shè)計控制系統(tǒng)，為今后的工作和學習打下良好的基礎(chǔ)。

1 豐富教學內(nèi)容

將MATLAB軟件引入自動控制課程的教學內(nèi)容中，增強了自動控制原理的直觀性，降低了抽象性，同時使學生在該門課程的學習中掌握MATLAB軟件。在教學內(nèi)容上通過建模組成控制系統(tǒng)，對系統(tǒng)進行分析和設(shè)計。對于講課內(nèi)容突出重點和難點，將重點放在建立系統(tǒng)數(shù)學模型、分析系統(tǒng)性能上，對于簡單、易于理解的內(nèi)容不需花大量的時間，比如在以往的教學過程中要花大量的時間在數(shù)學計算上，現(xiàn)在使用MATLAB語言提供的函數(shù)實現(xiàn)快速計算。又例如，在建立系統(tǒng)數(shù)學模型的章節(jié)中，調(diào)用MATLAB函數(shù)建立控制系統(tǒng)的數(shù)學模型。讓學生在Simulink環(huán)境中對這些模型進行仿真，逐步掌握建立系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)模型的方法。既深化了系統(tǒng)模型方面的概念，又學習了如何使用仿真工具Simulink。在系統(tǒng)分析章節(jié)中，由系統(tǒng)中的輸入信號求線性方程的解（系統(tǒng)的輸出信號），通過學生編制MATLAB程序來繪制系統(tǒng)的時間響應(yīng)曲線，大大減少了教師繪制曲線的麻煩和不精確。總之，將MATLAB軟件和自動控制原理課程的有機結(jié)合，極大地推動了自動控制原理教學，使教學質(zhì)量進一步得以提高。

2 改進教學方式

自動控制原理課程是一門理論性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容比較抽象，難以理解，包含大量復(fù)雜的數(shù)學公式推導(dǎo)和圖表曲線。采用傳統(tǒng)的教學方式，教師寫板書，學生記筆記都很費時，授課信息量不大，學生聽課枯燥無味，課堂效率不高。將MATLAB語言和多媒體相結(jié)合進行教學，教師邊操作邊講解，授課信息量大，能夠提高教學效率。在傳統(tǒng)的教學模式中，教師往往是教學的主體，只注重傳授具體的知識，而不太重視學生獨立思考問題、分析問題和解決問題的能力，在知識日新月異的今天我們應(yīng)該特別重視學生能力的培養(yǎng)。教師應(yīng)在課堂教學中鼓勵學生主動思考問題，以培養(yǎng)學生的思維能力和表達能力。通過提問學生、課堂討論、課堂測驗和學生上講臺做題，及時反饋學生接受知識的情況，從而進一步改進教學方法和教學手段，提高課堂教學效率。

3 提高教學效果

對于控制系統(tǒng)性能分析以圖解法為主，以往需花較多時間繪制系統(tǒng)的時間響應(yīng)曲線，現(xiàn)用MATLAB強大的計算功能，能輕而易舉的繪制系統(tǒng)的曲線，并能動態(tài)的演示這些曲線，使學生深刻理解所學內(nèi)容，提高聽課效率。對于課堂布置的課后作業(yè)題，學生做完后也可用MATLAB編程檢查對錯，可以提高學生分析問題、解決問題的能力。MATLAB語言作為一種基本工具與教學內(nèi)容有機結(jié)合，用于控制系統(tǒng)的建模、計算、分析、設(shè)計和仿真，使理論教學和實踐教學的效果、效率顯著提高。調(diào)動學生的學習積極性同時也掌握了MATLAB軟件的編程和使用方法，從而激發(fā)了學生的學習興趣和創(chuàng)新意識，搭建自己設(shè)計出的系統(tǒng)模型，分析系統(tǒng)性能，培養(yǎng)了學生的動手能力和分析系統(tǒng)的能力。

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