淺談MATLAB在高職《自動控制原理》教學中的應用

張嫻+史東強

【摘要】 《自動控制原理》是高職學生較難掌握的專業課程之一。本文針對該課程的教學內容，結合課程特點和學生基礎，將MATLAB軟件與理論教學有機結合，弱化數學推導，以提高課堂教學效果。

【關鍵詞】自動控制原理 MATLAB 教學應用

【中圖分類號】TP13-4；G712 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）34-0244-01

《自動控制原理》是高職院校自動化專業的基礎課程，所教授的基本都是抽象的理論知識。而高職學生普遍數學基礎差，對較強的理論知識不感興趣，也缺乏主動學習的積極性。因此，在側重動手實踐的高職教育中，淡化數學計算，降低理論難度，同時又調動起學生的積極性是十分有必要的。針對該課程的教學內容，結合課程特點和學生基礎，我們在理論教學中引入MATLAB仿真，弱化數學推導，強化軟件使用，增加學生在學習中的參與度，將理論知識直觀化、圖形化，以提高課堂教學效果。

一、《自動控制原理》課程內容

《自動控制原理》的教學路線沿系統概述、系統建模、系統分析、系統校正和系統設計來進行。其中建模是基礎，它主要包括微分方程的建立，利用拉普拉斯變換得到傳遞函數。系統分析主要做時域頻域分析及穩定性判斷，系統校正主要講授PID調節器的參數設計，這些都以傳遞函數為基礎。

傳遞函數是在拉普拉斯變換基礎上得到的，若采用傳統教學方式，教師需首先向學生解釋拉氏變換的概念，推導運算定理。要高職學生理解這些公式推導難度較大，而且會給他們留下枯燥復雜的印象，打消他們的學習積極性，之后再進行系統分析和校正的講解就會難上加難。

因此我們在系統建模時就引入MATLAB，學生只需熟記幾個簡單地拉氏變換，然后通過軟件使用，自己上機用程序命令進行微分方程求解，拉普拉斯變換，再利用MATLAB＼Simulink做仿真完成系統動態響應分析。這種仿真教學過程弱化了數學計算，將深奧的理論知識變為簡單地程序編寫，充分調動起學生的積極性。

二、MATLAB軟件介紹

MATLAB是MathWork公司推出的一套可進行數值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示的軟件，它使用方便，內含現成函數庫，目前已成為高等數學、自動控制理論等課程的基本工具。

在自動控制原理課程中，學生可通過MATLAB程序或Simulink建模兩種方式進行仿真。程序可在命令窗口或m文件中編寫；Simulink可方便學生建立框圖模型，并隨時修改參數。這些優點讓學生從復雜的數學計算中解脫出來，使他們更容易理解和掌握這門課程。

三、MATLAB在理論教學中的應用

我們把MATLAB作為基本教學工具，將它與理論知識有機結合。從建模開始就逐步向學生教授其使用方法。以簡化程序為目標調動起學生的興趣，并在此過程中完成知識點的教授。

在講授傳遞函數這個知識點時，以RLC串聯電路為例，我們既教會學生通過MATLAB求解微分方程，進行拉普拉斯變換，又引入傳遞函數的概念，為后續系統分析打下基礎。

相較微分方程，傳遞函數更簡單明了。當輸入為階躍函數時，在MATLAB中調用step（）可更方便畫出輸出圖形，程序如下：

在這一部分教學中，我們通過MATLAB中dsolve（），ilaplace（）函數的使用完成了微分方程求解和拉普拉斯變換知識點的介紹，又用step（）這一函數簡化程序，引入階躍響應的概念。

四、結論

在高職《自動控制原理》的教學中，我們將MATLAB軟件與理論教學有機結合，本著“淡化計算，拿來即用”的原則，對理論知識進行刪減，讓學生自己在電腦上利用MATLAB編程操作。這樣的安排使學生更容易接受、理解和掌握這門課程，也增強了他們學習的自信心。

參考文獻：

[1]溫希東，王毅峰.自動控制原理及其應用（第二版）[M].西安：西安電子科技大學出版社，2004.

[2]王菲.高職《自動控制原理與應用》課程教學改革初探[J].課程教育研究，2015（5）.

[3]李莉.改善教學方法，淡化數學計算——對高職自動化專業《自動控制原理》教學方法感想[J].科技信息，2010（10）.

作者簡介：

張嫻（1986—），女，江蘇徐州人，助教，博士，研究方向：自動控制；容錯控制。