自動控制理論課程教學與Matlab軟件相結合的教學改革思路

孫秀云

摘 要：自動控制理論課程教學知識含量大，是自動化、機電一體化、電氣控制等專業重要的專業基礎課程。而Matlab是當今科技領域優秀應用軟件之一，是集通用科學計算、圖形交互、程序語言設計等為一體的軟件。本文通過分析自動控制理論教學中Matlab輔助教學的優勢，主要探討了自動控制理論課程教學與Matlab軟件相結合的教學改革思路，以期能夠提高自動控制理論課程教學質量。

關鍵詞：自動控制理論；課程教學；Matlab軟件；教學改革思路

1.自動控制理論教學中Matlab輔助教學的優勢

Matlab能夠提供強大的工具箱。例如，從事控制的專家開發的具有特殊應用功能的工具箱等。而隨著控制理論的發展和技術的應用，在生產生活的各個方面上，自動控制的概念得到了廣泛的應用，因此Matlab已經成了自動控制計算與仿真的強有力工具。

Matlab能夠提供強大的數值計算功能，具有強大的運算能力。在控制理論及控制系統中，經常遇到計算課題，計算復雜并且難以得到精確的解析。為了解決這些問題，Matlab計算優勢可以充分和自動控制密切聯系在一起。

Matlab語言是一個理性的工具。自動控制系統實現問題的研究要耗費大量的時間和精力，本身就是深奧難懂的理論。因此，將Matlab和自動控制理論課程教學相結合，具有語句簡單、掌握方便的特點，極其容易學習與使用。

Matlab提供了豐富內容和強大的擴充能力。隨著科技不斷地發展，自動控制理論新的前沿理論與技術不斷地完善突破、擴充發展。因此，將Matlab軟件和自動控制理論課程教學相結合，能夠使使用者實現新功能或特殊功能開發編制軟件程序。

Matlab可以輕而易舉地完成重復、繁瑣的計算和繪圖，具有強大的繪圖功能，并且圖形繪制精確完美，數據計算準確。而自動控制理論的學習和系統的實現需要多樣的處理方法和手段，需要處理、分析和可視化大量的數據。因此，將Matlab和自動控制理論課程教學相結合，適合從事控制專業的人使用。

2.自動控制理論課程教學與Matlab軟件相結合的教學改革思路

在課堂教學過程中，為了讓學生輕松學會使用Matlab編程工具，將Matlab語言和自動控制理論教學結合起來，不僅鍛煉了學生動手能力，還增加了教學的趣味性，降低了自動控制理論的抽象性。

（1）利用Matlab動畫演示課堂教學各個指標的計算及意義，提高教學效率。在課堂教學中，二階系統指標的定義及計算公式很繁瑣，動態性能有很多的指標來做評價。如果利用Matlab就能使得課堂教學內容一目了然，生動有趣，從而達到提高教學效率的目的，加深對指標及系統動態性能的理解記憶。同時，為了培養學生應用計算機輔助分析的能力，讓學生利用Matlab處理一些習題，能夠鍛煉學生設計控制系統的能力。

（2）利用Matlab突破課程實驗的內容限制，使學生更好地理解和掌握課程內容。在自動控制理論課程教學中，現有的硬件實驗淡化了軟硬件實驗的區別，存在著很大的局限性。而充分利用現代計算機技術，能夠增加設計性、工程性和綜合性實驗，突破課程實驗的內容限制，使學生通過課程實驗增強動手能力。同時，采用虛擬實驗，能夠培養學生的科研、工程素質和開拓創新意識，提高實驗效率，使學生更好地理解和掌握課程內容。

例如，由于Matlab有專門的bode圖繪圖函數，為了理解系統參數對系統特性的影像圖，利用Matlab能夠很簡單地繪制幾個系統的bode圖來進行比較，具有很好的圖示效果。

為了使系統G（s）=—獲得最大相位穩定裕度Tmax的增益K，我們增加實驗內容，會更深入地理解和掌握系統參數對系統特性的影響。

并且學生推導出穩定裕度Tmax與增益K的關系后，利用Matlab能夠分析和求解系統，并作出圖演示結果。

另外，Matlab中的SIMULINK集成仿真環境是對控制系統進行虛擬仿真的環境，而TOOLBOX工具箱是對控制系統進行虛擬仿真的優良平臺。為了讓學生進行課題設計，增強其借助計算機進行工程設計的能力，可以利用Matlab中的TOOLBOX和SIMULINK進行系統仿真，激發學生的學習興趣，提高教學質量。

參考文獻：

[1]薛定宇.控制系統仿真與計算機輔助設計[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2]楊夷梅，楊玉軍.Matlab教學中的方法與實踐[J].中國電力教育，2008 （24）：59—60.

（作者單位：德州學院機電工程學院）