Matlab/Simulink在自動控制原理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

馬冬梅++楊傳燕++黨曉圓++鐘華

摘 要：針對自動控制原理實(shí)驗(yàn)課程，提出用matlabsimulink仿真結(jié)合實(shí)際操作，對比分析結(jié)果，不僅可以讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)模擬實(shí)驗(yàn)中存在的錯誤，鍛煉學(xué)生的能力，而且增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)；simulink；仿真

自動控制原理課程作為自動化大類各專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，其實(shí)驗(yàn)課程更是整個教學(xué)過程中不可缺少的重要組成部分，是理論和工程實(shí)際聯(lián)系的紐帶，搞好實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有助于提高教學(xué)質(zhì)量，可以將理論和實(shí)踐緊密聯(lián)系在一起，使學(xué)生加深對理論知識的理解。

我校用的自控控制原理實(shí)驗(yàn)箱是清華大學(xué)科教儀器廠生產(chǎn)的XMN-2型自動控制原理學(xué)習(xí)機(jī)。

大部分傳統(tǒng)的自動控制原理實(shí)驗(yàn)一般采用自動控制原理實(shí)驗(yàn)箱，在實(shí)驗(yàn)箱上連接電路，再通過長余輝慢掃描示波器觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，根據(jù)響應(yīng)曲線分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。雖然這種方式在一定程度上可以提高學(xué)生的動手能力，但是仍然存在一些不足的地方：

（1） 學(xué)生根據(jù)教師給定的電路進(jìn)行接線，并不知道為什么這樣接線，對電路的設(shè)計(jì)理解緩慢；

（2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容形式比較老化，根本不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，也不能促進(jìn)課程理論教學(xué)的目的。

因此，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)合Matlab軟件進(jìn)行仿真，能克服傳統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)的局限性，對自動控制理論課程學(xué)習(xí)有極大的促進(jìn)作用。

1 Matlab簡介

Matlab已被確認(rèn)為準(zhǔn)確、可靠的科學(xué)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件。在許多國際一流的學(xué)術(shù)刊物上，都可以看到matlab的應(yīng)用，在設(shè)計(jì)研究的單位和工業(yè)部門，matlab被認(rèn)為是進(jìn)行高效研究、開發(fā)的首選軟件工具?？梢哉f，就影響而言，至今仍然沒有一個計(jì)算機(jī)軟件可與matlab匹敵。

Matlab又叫矩陣實(shí)驗(yàn)室。它具有如下特點(diǎn)：（1）易學(xué)易用；（2）強(qiáng)大的語句功能和圖形功能；（3）良好的用戶界面；（4）功能豐富，易于擴(kuò)展；（5）數(shù)值算法穩(wěn)定可靠，庫函數(shù)十分豐富；（6）豐富的運(yùn)算符；（7）語法限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大；（8）程序的可移植性好；（9）強(qiáng)大的工具箱。

2 Simulink簡介

Simulink是面向系統(tǒng)信號流圖進(jìn)行組態(tài)的仿真軟件，通過simulink模塊庫建立系統(tǒng)的仿真模型，可直觀、方便地對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)仿真。

Simulink具有以下功能：

（1）用繪制框圖代替編寫程序，結(jié)構(gòu)和流程清晰；

（2）智能化的建立和運(yùn)行仿真，仿真精細(xì)，貼近實(shí)際。

（3）適應(yīng)面廣，包括連續(xù)、離散及混合系統(tǒng)；線性、非線性系統(tǒng)；單任務(wù)、多任務(wù)離散事件系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)

開環(huán)傳遞函數(shù)為：

其中，開環(huán)增益為：

三階系統(tǒng)的模擬電路圖如圖2所示，由圖可知，其中：Cf1=Cf2=Cf3=1μ ；Ri3=1M。

由2圖可知，

由此可得出該系統(tǒng)的特征方程為：

作勞斯表得

由于 ，

可得到系統(tǒng)的穩(wěn)定范圍為：

使用simulink仿真可得到如圖3所示：

當(dāng)時，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定，顯示如圖4所示；

當(dāng)時，系統(tǒng)穩(wěn)定，如圖5所示；

當(dāng)時，系統(tǒng)不穩(wěn)定，如圖6所示。

4 結(jié)論

通過仿真，學(xué)生可以了解實(shí)驗(yàn)過程中的參數(shù)如何選擇，將驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，變?yōu)樵O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時，simulink仿真必須和實(shí)際電路結(jié)合，才能取得更好的教學(xué)效果，我校的自動控制原理實(shí)驗(yàn)就采用了這種方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉海濤.matlab在自動控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].福建電腦，2008.

[2]方清城.基于matlab的“自動控制原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2007.

作者簡介：馬冬梅（1984-），女，四川遂寧人，本科，講師，研究方向：控制工程與控制理論。endprint