MATLAB在《控制工程基础》课程中的应用.pdf

Vd．34 第34卷2期 安徽师范大学学报(自然科学版) No．2 ofAnhuiNormal Science) Mar．20l 1 2011年3月 Journal University(Natural MATLAB在《控制工程基础》课程中的应用 王 伟， 申爱明， 林顺英， 陈 亚， 王殿君 (北京石油化工学院机械工程学院，北京102617) 摘要：《控制工程基础》是“机械工程及自动化”专业卓越工程师教育培养计划试点专业的核心课 程．将MATLAB引入到《控制工程基础》课程的理论与实践教学中，使教学与仿真实验紧密结合起 来，能更好地激发学生学习控制工程的积极性，同时还提高了学生综合应用计算机进行系统设计、 仿真实验和解决实际工程问题的能力． 关键词：MATLAB；控制工程基础；系统仿真 中图分类号：G473文献标识码：A 文章编号：1001—2443(2011)02—0142—03 引 言 国家教育部于2009年决定在国内部分院校实施“卓越工程师教育培养计划”．北京石油化工学院是“卓 越工程师教育培养计划”的试点单位之一。《控制工程基础》是“机械工程及自动化”专业卓越工程师教育培养 计划试点专业的核心课程．该课程的特点是理论性强、概念抽象，涉及到数学、物理等方面的知识，具有一定 的深度和难度．使得学生在学习的过程中，感到难学、乏味，对所学内容不易消化、吸收和巩固，尤其对一些 难点、重点内容，要掌握好就更不容易．无疑，这样最终使得一部分学生学习的主动性变差，产生厌学情绪，从 而影响到该课程的教学质量．面对这样--f-J课程，沿用传统的课堂讲授和验证实验的教学方法是不能很好地 完成教学任务．为了解决课时少和任务重这一矛盾，将MATLAB应用软件引入到《控制工程基础》课程的理 论与实践教学中． 1 MAⅡAB是控制系统计算机辅助分析与设计的一个卓越平台 于1984年推出的一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，具有数值运算功能强、程序设计自由度大、程序 的可移植性好、可视化功能强、工具箱丰富等特点．现已成为大学教学和科研中最常用且必不可少的工具． MatLab是适合多学科、多种工作平台的功能强大、界面友好且开放性很强的大型优秀应用软件，同时也是国 内外高等院校数值分析、自动控制理论、数字信号处理、控制系统仿真等课程的基本教学和实验仿真工具． 目前，发达国家高等院校的工科类学生都把MATU咀作为必修课，实验室通常都配备装有MATLAB 的计算机供学生学习和研究使用．学生的许多作业都可以在计算机上使用MATLAB来完成，这些硬条件为 许多课程的教学带来了极大的灵活性和便利性．MATU也的研究工作在我国也已得到很大发展．很多高校 都开展量有关MATLAB内容的教学及其相关的科研工作，并取得量可喜的科研成果，极大地推动了控制领 域MATLAB的仿真研究…． 2 MATLAB在《控制工程基础》课程理论教学中应用 利用MATLAB具有开放的环境、极强的矩阵运算、图形绘制、数据处理等功能，以及各种工具箱以及像 “草稿纸”一样的工作空间等许多优点【l一5J．把晦涩难懂的控制理论、信号波形等内容在可视化环境下通过 屏幕直接在课堂中展示给学生，不仅起到了辅助教学的功能，而且增强了学生的感性认识，加强了其对授课 收稿日期：2011—02—15 (SJ2010027、S】2010020)． 作者简介：王伟(1968一)，女，吉林白城人，副教授。主要从事测量与控制方面的教学和科研工作． 万方数据 34卷第2期 王伟，申爱明，林顺英，等：MATLAB在《控制工程基础》课程中的应用 143 内容的理解，提高了课堂教学的效率． 2．1控制系统建模 数学模型是控制系统分析与设计的基础．在讲授系统的时域分析、频域分析、根轨迹分析方法分析与设 计系统前，首先要建立系统的数学模型．传统的方法是根据系统的物理、化学机理列写微分方程，对于复杂的 系统很难写出系统的微分方程或列写的微分方程无解，这对于系统的分析是无意义的．用MATLAB的函数 零极点增益模型，Sinmulink可以建立方框图形式的系统数学模型．这样建立的系统数学模型具有更直观、方 便