Matlab/Simulink在自動控制原理實驗中的應用

馬冬梅++楊傳燕++黨曉圓++鐘華

摘 要：針對自動控制原理實驗課程，提出用matlabsimulink仿真結合實際操作，對比分析結果，不僅可以讓學生發現模擬實驗中存在的錯誤，鍛煉學生的能力，而且增加學生的學習興趣。

關鍵詞：實驗；simulink；仿真

自動控制原理課程作為自動化大類各專業的重要專業基礎課程，其實驗課程更是整個教學過程中不可缺少的重要組成部分，是理論和工程實際聯系的紐帶，搞好實驗教學，有助于提高教學質量，可以將理論和實踐緊密聯系在一起，使學生加深對理論知識的理解。

我校用的自控控制原理實驗箱是清華大學科教儀器廠生產的XMN-2型自動控制原理學習機。

大部分傳統的自動控制原理實驗一般采用自動控制原理實驗箱，在實驗箱上連接電路，再通過長余輝慢掃描示波器觀察系統的響應曲線，根據響應曲線分析實驗結果。雖然這種方式在一定程度上可以提高學生的動手能力，但是仍然存在一些不足的地方：

（1） 學生根據教師給定的電路進行接線，并不知道為什么這樣接線，對電路的設計理解緩慢；

（2）實驗內容形式比較老化，根本不能達到實驗要求，也不能促進課程理論教學的目的。

因此，傳統實驗結合Matlab軟件進行仿真，能克服傳統模擬實驗的局限性，對自動控制理論課程學習有極大的促進作用。

1 Matlab簡介

Matlab已被確認為準確、可靠的科學計算標準軟件。在許多國際一流的學術刊物上，都可以看到matlab的應用，在設計研究的單位和工業部門，matlab被認為是進行高效研究、開發的首選軟件工具。可以說，就影響而言，至今仍然沒有一個計算機軟件可與matlab匹敵。

Matlab又叫矩陣實驗室。它具有如下特點：（1）易學易用；（2）強大的語句功能和圖形功能；（3）良好的用戶界面；（4）功能豐富，易于擴展；（5）數值算法穩定可靠，庫函數十分豐富；（6）豐富的運算符；（7）語法限制不嚴格，程序設計自由度大；（8）程序的可移植性好；（9）強大的工具箱。

2 Simulink簡介

Simulink是面向系統信號流圖進行組態的仿真軟件，通過simulink模塊庫建立系統的仿真模型，可直觀、方便地對系統進行動態仿真。

Simulink具有以下功能：

（1）用繪制框圖代替編寫程序，結構和流程清晰；

（2）智能化的建立和運行仿真，仿真精細，貼近實際。

（3）適應面廣，包括連續、離散及混合系統；線性、非線性系統；單任務、多任務離散事件系統。

3 系統仿真實驗

開環傳遞函數為：

其中，開環增益為：

三階系統的模擬電路圖如圖2所示，由圖可知，其中：Cf1=Cf2=Cf3=1μ ；Ri3=1M。

由2圖可知，

由此可得出該系統的特征方程為：

作勞斯表得

由于 ，

可得到系統的穩定范圍為：

使用simulink仿真可得到如圖3所示：

當時，系統臨界穩定，顯示如圖4所示；

當時，系統穩定，如圖5所示；

當時，系統不穩定，如圖6所示。

4 結論

通過仿真，學生可以了解實驗過程中的參數如何選擇，將驗證實驗，變為設計實驗，激發學生的學習興趣，同時，simulink仿真必須和實際電路結合，才能取得更好的教學效果，我校的自動控制原理實驗就采用了這種方式。

參考文獻：

[1]劉海濤.matlab在自動控制原理實驗教學中的應用[J].福建電腦，2008.

[2]方清城.基于matlab的“自動控制原理”實驗教學[J].實驗室科學，2007.

作者簡介：馬冬梅（1984-），女，四川遂寧人，本科，講師，研究方向：控制工程與控制理論。endprint