MATLAB在自動控制原理教學中的應用

郭凱 宿州學院

MATLAB在自動控制原理教學中的應用

郭凱 宿州學院

自動控制原理專業性強、邏輯性強，學生學起來有一定的難度。將MATLAB仿真教學軟件引入到自動控制原理教學中，通過直觀、形象的教學案例，能夠激發學生學習的積極性，提高教學效率。因此受到老師的歡迎。本文主要分析了自動控制原理教學過程中存在的問題，以及MATLAB在自動控制原理教學中的具體應用，希望對自動控制原理教學提供一點借鑒。

MATLAB仿真軟件 自動控制原理 教學方法

自動控制原理是自動化專業學生的專業基礎課程，對學生學習專業知識具有重要意義。但是自動控制原理這門課程涉及的知識面廣、專業性強、涵蓋的內容多、邏輯性強，需要反復的推理論證以及復雜的繪圖理論。這讓很多學生學習起來十分頭疼，而傳統的板書教學方式，十分枯燥，讓很多學生喪失了學習課題的興趣。將MATLAB應用在自動控制原理教學中，可以有效地克服傳統教學的缺陷，提高課堂的趣味性和交互性，激發學生的學習興趣，為學生實踐打下良好的基礎。

1 自動控制原理教學存在的問題

《自動控制原理》這門課程的理論性比較強，有很多應用公式，需要大量的物理和高等數學知識，這對學生的要求非常高。很多學生并沒有高等數學相關的基礎，學習起來比較困難。再加上傳統的黑板加粉筆這種教學方法，讓很多學生學習起來感到十分困難，無法理解課本中的內容，長時期很容易讓學生失去學習的興趣。隨著計算機多媒體技術的發展，將計算機技術應用在自動控制原理這門課程上，通過多媒體技術將難以理解的公式形象化、具體化，讓學生學起來更加容易。

2 MATLAB在自動控制原理教學中的應用

MATLAB仿真軟件提供了豐富的MATLAB語言，通過數值運算、圖形生成功能，并通過經典的控制理論，構建屬性模型，為系統設計、性能分析和仿真實驗提供了基礎。

2.1 時域分析

在自動控制系統微分方程求解過程中，往往會運用到時域分析，但是時域分析的數學推導過程十分復雜，需要進行大量的計算。在教學過程中，如果老師在講解的時候，在推導過程中浪費太多時間，影響其他內容的講解，會影響到課堂整體教學效果。

比如某單位反饋控制系統的閉環傳遞函數是：

求系統單位階躍相應c（t）最大超調量和調整時間：

如果按照傳統的教學方法，老師要分析整個閉環系統，然后再一步一步的推導。通過MATLAB仿真軟件，可以直接繪制階躍相應曲線，從這個曲線上很容易就找到了第四階系統的最大超調量、延遲時間td，以及上升時間tr，峰值時間tp在5%、2%誤差下的調節時間ts，根據這個曲線，在MATLAB軟件中編寫程序，程序內容如下：

輸入內容以后，得出函數曲線圖，單擊函數曲線任意上的一點，并沿著曲線移動，能夠實時顯示曲線上點的動態。通過移動得出該函數的最大超調量為28%，延遲時間td=0．072s，上升時間tr=0．117s，峰值時間tp在5%誤差帶下的調節時間為0．179s，在2%誤差帶下的調節時間是0．666s。通過MATLAB軟件很容易就得到了各項數值，而不需要大量的計算。

2.2 繪制根軌跡圖

通過MATLAB軟件程序編輯語言，編輯如下文本信息：

確認以后，系統立即得到軌跡圖形，如圖所示：

根據圖表，我們可以得出當K從0到無窮大時，根軌跡在s左側，對應的閉環系統比較穩定。同時根據根軌跡，使用[k，poles]=rlocfind[n，d]中，會產生一個十字光標，點擊鼠標左鍵點擊根軌跡圖的任意一點，就能夠得到該點出的增益值以及增益值對應的閉環方程跟。此外，MATLAB仿真軟件應用在自動控制原理課程中，還可以輸入連續系統的傳遞函數、系統的零極點，分析系統的穩定性，從而降低運算量，能夠快速的繪制圖形，提高教學效率和教學效果。

將MATLAB仿真軟件引入到自動控制原理課堂中，將復雜的計算和繁瑣的推論簡化為直觀的圖形，讓知識點變得更加生動、形象，課堂變得活潑有趣。不僅激發了學生學習的興趣，而且提高了學生分析問題、解決問題的能力以及實踐動手能力，為學生后續學習編程打下了良好的基礎。因此，在教學過程中，老師要充分利用現代技術，不斷豐富教學手段，提高教學質量和教學效率。

[1]萬會敏,丁鋒.VB和MATLAB在自動控制原理教學上的應用[J].電子世界,2013,(22):189-189

[2]張國云,榮軍,丁躍澆等.MATLAB在自動控制原理教學中的應用[J].電子技術,2015,(1):71-74

[3]陳煒.Matlab在自動控制原理教學中的應用[J].科技經濟導刊,2016,(24):157-158