探究基于Matlab 仿真的自動控制原理實驗教學改革

覃琦 成都師范學院

1 自動控制原理實驗教學概述

在控制科學與工業專業學習中，自動控制原理實驗教學是必備課程，只有掌握較好的自動控制原理及其相關實驗，才能夠更好的將其應用于工業自動化生產之中，對于自動化技術以及測控技術與儀器、電子信息工程等專業而言，自動控制原理同樣需要深入的學習。自動控制原理涵蓋的范圍較為廣泛，如物理化學等基礎課程、管理科學以及計算機課程等都是在自動控制原理課程中有所涉及，因此對于學生而言，學習難度較大。在自動控制原理學習中，最為關鍵的部分便是實現控制系統的完整分析以及綜合應用，其中控制理論的基本知識、性質以及綜合知識等都需要在課程學習中注意。而為了更好的將自動控制原理的理論知識進行應用，需要在整個教學過程中與實驗教學同時開展，當前各大高校利用模擬電路實驗箱實現自動控制原理實驗教學，其中涵蓋的模擬器件包括放大器、電容、電阻等，學生在模擬實驗中利用上述元器件實現增益、積分、微分以及慣性行為，并且模擬實驗中的數據可以通過示波器以曲線的形式體現。

傳統的自動控制實驗原理實驗教學一定程度上使得學生可以實現理論與實踐的有效結合，但是在現代社會這種教學模式還是存在一定問題，如學生對于實際系統并沒有直觀的認識，在模擬實驗中知識進行電路連接，缺乏設計以及參數調整環節，并且這種實驗方式過于程式化，形式單一使得實驗設備不能夠更高程度的集成，在完成項目設計等更深次的自動控制原理應用時擴展性不足。

而利用計算機模擬工具MATLAB 可以有效解決上述問題，這一仿真工具在數值計算以及符號處理方面有著獨到的優勢，而且可以進一步實現可視化建模，自動化和智能化更能體現。因此在自動控制原理實驗教學中利用MATLAB 仿真可以進一步實現教學過程中實踐與理論的結合，這也是現代教學改革的要求之一。對于學生而言，在這樣的教學模式下，可以對所學理論知識進一步理解并建立知識架構，并在學習中發現問題時可以借助于MATLAB 自主解決。與此同時，給予MATLAB 的自動控制原理實驗教學可以有效提升學生的實際動手能力，并且培養學生的創新思維以及邏輯分析水平。總是，在自動控制原理實驗教學中有效結合MATLAB 仿真工具，可以提升教學效果，保證教學質量。

2 基于MATLAB 仿真的自動控制原理實驗教學改革

2.1 促進基礎理論學習

自動化控制原理實驗教學是以理論知識作為基礎進行的，因此需要加強理論知識的學習，而基于MATLAB 仿真軟件可以實現線性連續控制系統的數學模型建立，這樣就可以將二階微分方程在運動系統數學模型中運用，分析自動控制過程中的計算方法以及阻尼情形。這種數學模型可以研究速率和精度更高的數字采樣系統，對于自動控制原理實驗教學中的線性控制、二階線性時不變以及數字采樣而言，MATLAB 仿真可以發揮有效作用。

2.2 應用于項目設計實驗

自動控制原理實驗教學過程中，需要注重學生主體地位的體現，因此教師在提供給學生一定的實驗方法、技術手段之后，需要引導學生自己進行實驗項目的設計。借助于MATLAB 仿真工具，學生可以實現數學模型的建立以及項目的設計，并且在項目運行出現問題時可以自主解決，對建立的初始系統模型進行優化，學生之間也可以進行充分的溝通與交流，如串聯超前滯后類校正設計實驗、PID 類控制器校正設計實驗等都屬于項目設計類實驗。

3 結語

綜上所述，自動控制原理實驗教學對于相關專業學生而言十分重要，使得學生能夠更好的實現理論知識的實際應用的結合，但是傳統的教學中存在如模式僵化、類型單一等問題，利用MATLAB 仿真工具，可以有效促進自動控制原理實驗教學的創新性，對提升實驗教學效果意義重大。