Matlab仿真在《控制工程基礎》教學中的應用

楊秀萍，郭悅虹，王收軍

（天津理工大學 機械工程學院，天津 300384）

Matlab仿真在《控制工程基礎》教學中的應用

楊秀萍，郭悅虹，王收軍

（天津理工大學 機械工程學院，天津 300384）

0 引言

《控制工程基礎》是高等院校機械類專業基礎課，理論性強，概念抽象，內容涉及的知識面廣，且實踐性很強。在教學過程中，如果教學內容的組織或教學方法不當，就可能使學生感到難學、乏味，從而產生厭學情緒，影響該課程的教學質量。本文根據《控制工程基礎》課程的教學內容和特點，利用PPT和MATLAB鏈接開發具有動態計算和繪圖功能的仿真教學課件，把比較復雜的數學運算放到計算機后臺來處理，充分利用MATLAB強大的分析、計算、繪圖和仿真功能。這種動態仿真教學直觀、形象，有利于學生對抽象概念和理論的理解，化解教學難度和學習難度，使學生從繁雜的數學運算和繪圖中解脫出來，把主要精力集中在對基本理論、基本原理的理解以及對控制系統的特性分析及綜合設計上，達到提高授課質量、培養學生綜合能力的目的。

1 PPT和MATLAB鏈接技術

Matlab是高性能的數值計算和可視化軟件，功能強大，編程簡單、開放性強，廣泛應用于計算機輔助分析設計、仿真、數據處理等多個領域。通過Matlab ActiveX可以把Matlab的功能無縫地集成到自己的應用程序中。在教育教學領域，CAI課件多采用PowerPoint制作，借助ActiveX技術集成Matlab，即可實現動態計算、繪圖及仿真，彌補了PowerPoint不能處理動態計算的缺陷。

Matlab和PowerPoint分別是自動化服務器和自動化控制器，二者通過VBA來集成。VBA是Office軟件中的二次開發語言，是VB的派生體，本身具有強大的功能。

2 基于Matlab仿真的實現

下面以二階系統單位階躍響應為例，介紹在PPT中動態仿真繪圖和計算的實現過程。

2.1 動態仿真繪圖

利用“控件工具箱”創建1個“圖形顯示框”用于顯示仿真圖形，1個“文字框”用于輸入程序，1個“按鈕”用于仿真，并為控件分別設置相應的屬性，如圖1所示。

“仿真”按鈕的VBA程序代碼為

圖1輸出圖形框為ωn=0.5、1、2，ξ=0.5時的響應曲線。

2.2 動態仿真計算

利用“控件工具箱”創建2個“文字框”用于輸入程序和輸出結果，1個“按鈕”用于計算，并為控件分別設置相應的屬性，如圖2所示。

“計算”按鈕的VBA程序代碼為

圖2輸出結果框為二階系統性能指標計算結果。

3 幾點說明

圖1 動態仿真繪圖演示文稿

圖2 動態仿真計算演示文稿

1）在PowerPoint放映狀態下，在輸入程序文本框中輸入Matlab程序，然后單擊“仿真”或“計算”按鈕，即可在“輸出圖形”或“輸出結果”框中得到相應的結果。鍵入多條程序命令時，“回車換行”須采用【Ctrl+Enter】實現。

2）由于演示文稿中建立了VBA程序，故運行PowerPoint文件時，需要“啟用宏”，方能保證演示文稿正常運行。

3）在PPT放映狀態進行“仿真”或“計算”，其程序運行時間要比直接在Matlab環境中計算時間稍長。

4 結束語

利用基于MATLAB的仿真教學是改善“控制工程基礎”課程教學環境的重要手段。這種動態教學方法可以降低控制理論的抽象性，有效地激發學生的學習興趣，提高課堂的教學效率，豐富教學內容，也便于學生的課下復習，及時驗證所做題目的正確性，鞏固所學知識，改善教學環境，提高學生對該課程學習的興趣，取得較好的教學效果。

[1]張志涌.精通Matlab 6.5版[M].北京:北京航空航天大學出版社,2003.

[2]宋志安,徐瑞銀.機械控制工程基礎-MATLAB工程應用[M].北京:國防工業出版社,2008.

[3]王正林,王勝開,陳國順,等.MATLAB/Simulink與控制系統仿真(第2版)[M].北京:電子工業出版社,2009.

[4]孫亮. MATLAB語言與控制系統仿真[M].北京:北京工業大學出版社,2001.

[5]宗曉萍,王霞,唐予軍.基于MATLAB的"自動控制原理"CAI教學設計[J].中國教育技術裝備,2009,(11下):130-132.

The application of Matlab simulation to teaching on fundamentals of control engineering

YANG Xiu-ping, GUO Yue-hong, WANG Shou-jun

根據《控制工程基礎》課程的教學內容和特點，基于MATLAB技術開發具有動態計算和繪圖功能的仿真教學課件。介紹了PPT和MATLAB的鏈接技術，動態仿真的具體實現過程以及應注意的問題。課件的應用，可以改善教學環境，化解教學難度和學習難度，有效地激發學生的學習興趣，提高教學效率和授課質量。

控制工程基礎；Matlab；仿真；教學

楊秀萍（1962 -），女，天津人，教授，碩士，主要從事機械電子工程專業的教學與科研工作。

G434

A

1009-0134(2011)4(上)-0058-02

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(上).19

2010-10-08

天津理工大學教學改革項目（YB09-32）