MATLAB軟件在高職自動控制技術教學中的應用

張 萌

（吉林鐵道職業技術學院，吉林 吉林 132000）

自動控制原理是高校自動化專業的一門重要的專業基礎課程，同時也是電類和機械類及相關專業的一門專業基礎課，是一門理論性與實踐性很強的專業課程。在高職院校中該課程的主要任務是通過對控制技術理論知識的學習，培養學生對控制系統進行的分析、設計和創新的能力，內容包括控制系統導論，數學建模，反饋控制系統的特性、性能、穩定性、設計，頻率響應方法、穩定性等。由于《自動控制原理》信息量大，理論性強，內容抽象，涉及知識面廣。在高職院校的實際教學中存在一定的難度，對于高職高專學生的基本知識、分析和解決問題的能力都有一定要求，而將MATLAB仿真軟件引入到傳統的教學方法上來，可以起到較好的作用。

MATLAB軟件是由美國Math Works公司開發的，是目前國際上最流行、應用最廣泛的科學與工程計算軟件，它具有豐富的可用于控制系統分析和設計的函數,MATLAB的控制系統工具箱（Control System Toolbox）提供對線性系統分析、設計和建模的各種算法；MATLAB的系統辨識工具箱（System Identification Toolbox）可以對控制對象的未知對象進行辨識和建模；MATLAB的仿真工具箱（Simu link）提供了交互式操作的動態系統建模、仿真、分析集成環境。 它用結構框圖代替程序智能化地建立和運行仿真，適應線性、非線性系統，連續、離散及混合系統，單任務、多任務離散事件系統。高職院校所培養的自動化專業技術型學生如果能夠在學習自動控制原理的同時，學會使用MATLAB語言，不僅對掌握和應用自動控制原理有幫助，還可以學會如何使用計算機輔助分析、設計控制系統，為今后的工作和學習打下良好的基礎。

1 豐富教學內容

將MATLAB軟件引入自動控制課程的教學內容中，增強了自動控制原理的直觀性，降低了抽象性，同時使學生在該門課程的學習中掌握MATLAB軟件。在教學內容上通過建模組成控制系統，對系統進行分析和設計。對于講課內容突出重點和難點，將重點放在建立系統數學模型、分析系統性能上，對于簡單、易于理解的內容不需花大量的時間，比如在以往的教學過程中要花大量的時間在數學計算上，現在使用MATLAB語言提供的函數實現快速計算。又例如，在建立系統數學模型的章節中，調用MATLAB函數建立控制系統的數學模型。讓學生在Simulink環境中對這些模型進行仿真，逐步掌握建立系統仿真結構模型的方法。既深化了系統模型方面的概念，又學習了如何使用仿真工具Simulink。在系統分析章節中，由系統中的輸入信號求線性方程的解（系統的輸出信號），通過學生編制MATLAB程序來繪制系統的時間響應曲線，大大減少了教師繪制曲線的麻煩和不精確。總之，將MATLAB軟件和自動控制原理課程的有機結合，極大地推動了自動控制原理教學，使教學質量進一步得以提高。

2 改進教學方式

自動控制原理課程是一門理論性很強的專業基礎課，內容比較抽象，難以理解，包含大量復雜的數學公式推導和圖表曲線。采用傳統的教學方式，教師寫板書，學生記筆記都很費時，授課信息量不大，學生聽課枯燥無味，課堂效率不高。將MATLAB語言和多媒體相結合進行教學，教師邊操作邊講解，授課信息量大，能夠提高教學效率。在傳統的教學模式中，教師往往是教學的主體，只注重傳授具體的知識，而不太重視學生獨立思考問題、分析問題和解決問題的能力，在知識日新月異的今天我們應該特別重視學生能力的培養。教師應在課堂教學中鼓勵學生主動思考問題，以培養學生的思維能力和表達能力。通過提問學生、課堂討論、課堂測驗和學生上講臺做題，及時反饋學生接受知識的情況，從而進一步改進教學方法和教學手段，提高課堂教學效率。

3 提高教學效果

對于控制系統性能分析以圖解法為主，以往需花較多時間繪制系統的時間響應曲線，現用MATLAB強大的計算功能，能輕而易舉的繪制系統的曲線，并能動態的演示這些曲線，使學生深刻理解所學內容，提高聽課效率。對于課堂布置的課后作業題，學生做完后也可用MATLAB編程檢查對錯，可以提高學生分析問題、解決問題的能力。MATLAB語言作為一種基本工具與教學內容有機結合，用于控制系統的建模、計算、分析、設計和仿真，使理論教學和實踐教學的效果、效率顯著提高。調動學生的學習積極性同時也掌握了MATLAB軟件的編程和使用方法，從而激發了學生的學習興趣和創新意識，搭建自己設計出的系統模型，分析系統性能，培養了學生的動手能力和分析系統的能力。

［1］李文磊，劉士榮，陳征，謝建軍.MATLAB在自動控制理論實驗中的應用［J］.實驗技術與管理，2006，（2）.

［2］周磊，宋麗蓉.MATLAB在自動控制原理教學中的應用［J］.中國現代教育裝備，2010，（13）.

［3］吳文進.自動控制原理課程的MATLAB輔助教學［J］.安慶師院學院報，2010，（2）.

［4］崔治，崔憲普.MATLAB仿真在自動控制原理課程教學中的應用［J］.湖北師范學院學報，2007，（3）.

［5］劉芳園，司軼芳.MATLAB在自動控制原理課程中的應用［J］.中國科教創新導刊，2010，（22）.

［6］結碩，韓光勝.MATLAB在自動控制原理實驗中的應用［J］.實驗技術與管理，2012，（2）.

［7］郁建中.自動控制技術［M］.北京：北京郵電大學出版社，2008.