探究基于Matlab 仿真的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

覃琦 成都師范學(xué)院

1 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)概述

在控制科學(xué)與工業(yè)專業(yè)學(xué)習(xí)中，自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是必備課程，只有掌握較好的自動(dòng)控制原理及其相關(guān)實(shí)驗(yàn)，才能夠更好的將其應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)之中，對(duì)于自動(dòng)化技術(shù)以及測(cè)控技術(shù)與儀器、電子信息工程等專業(yè)而言，自動(dòng)控制原理同樣需要深入的學(xué)習(xí)。自動(dòng)控制原理涵蓋的范圍較為廣泛，如物理化學(xué)等基礎(chǔ)課程、管理科學(xué)以及計(jì)算機(jī)課程等都是在自動(dòng)控制原理課程中有所涉及，因此對(duì)于學(xué)生而言，學(xué)習(xí)難度較大。在自動(dòng)控制原理學(xué)習(xí)中，最為關(guān)鍵的部分便是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的完整分析以及綜合應(yīng)用，其中控制理論的基本知識(shí)、性質(zhì)以及綜合知識(shí)等都需要在課程學(xué)習(xí)中注意。而為了更好的將自動(dòng)控制原理的理論知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用，需要在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中與實(shí)驗(yàn)教學(xué)同時(shí)開(kāi)展，當(dāng)前各大高校利用模擬電路實(shí)驗(yàn)箱實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，其中涵蓋的模擬器件包括放大器、電容、電阻等，學(xué)生在模擬實(shí)驗(yàn)中利用上述元器件實(shí)現(xiàn)增益、積分、微分以及慣性行為，并且模擬實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)可以通過(guò)示波器以曲線的形式體現(xiàn)。

傳統(tǒng)的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)一定程度上使得學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有效結(jié)合，但是在現(xiàn)代社會(huì)這種教學(xué)模式還是存在一定問(wèn)題，如學(xué)生對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)并沒(méi)有直觀的認(rèn)識(shí)，在模擬實(shí)驗(yàn)中知識(shí)進(jìn)行電路連接，缺乏設(shè)計(jì)以及參數(shù)調(diào)整環(huán)節(jié)，并且這種實(shí)驗(yàn)方式過(guò)于程式化，形式單一使得實(shí)驗(yàn)設(shè)備不能夠更高程度的集成，在完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)等更深次的自動(dòng)控制原理應(yīng)用時(shí)擴(kuò)展性不足。

而利用計(jì)算機(jī)模擬工具M(jìn)ATLAB 可以有效解決上述問(wèn)題，這一仿真工具在數(shù)值計(jì)算以及符號(hào)處理方面有著獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，而且可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)可視化建模，自動(dòng)化和智能化更能體現(xiàn)。因此在自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中利用MATLAB 仿真可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中實(shí)踐與理論的結(jié)合，這也是現(xiàn)代教學(xué)改革的要求之一。對(duì)于學(xué)生而言，在這樣的教學(xué)模式下，可以對(duì)所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)一步理解并建立知識(shí)架構(gòu)，并在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可以借助于MATLAB 自主解決。與此同時(shí)，給予MATLAB 的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以有效提升學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，并且培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維以及邏輯分析水平?？偸?，在自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有效結(jié)合MATLAB 仿真工具，可以提升教學(xué)效果，保證教學(xué)質(zhì)量。

2 基于MATLAB 仿真的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

2.1 促進(jìn)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)

自動(dòng)化控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以理論知識(shí)作為基礎(chǔ)進(jìn)行的，因此需要加強(qiáng)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，而基于MATLAB 仿真軟件可以實(shí)現(xiàn)線性連續(xù)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立，這樣就可以將二階微分方程在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型中運(yùn)用，分析自動(dòng)控制過(guò)程中的計(jì)算方法以及阻尼情形。這種數(shù)學(xué)模型可以研究速率和精度更高的數(shù)字采樣系統(tǒng)，對(duì)于自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的線性控制、二階線性時(shí)不變以及數(shù)字采樣而言，MATLAB 仿真可以發(fā)揮有效作用。

2.2 應(yīng)用于項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，需要注重學(xué)生主體地位的體現(xiàn)，因此教師在提供給學(xué)生一定的實(shí)驗(yàn)方法、技術(shù)手段之后，需要引導(dǎo)學(xué)生自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。借助于MATLAB 仿真工具，學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型的建立以及項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，并且在項(xiàng)目運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可以自主解決，對(duì)建立的初始系統(tǒng)模型進(jìn)行優(yōu)化，學(xué)生之間也可以進(jìn)行充分的溝通與交流，如串聯(lián)超前滯后類校正設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、PID 類控制器校正設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等都屬于項(xiàng)目設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于相關(guān)專業(yè)學(xué)生而言十分重要，使得學(xué)生能夠更好的實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合，但是傳統(tǒng)的教學(xué)中存在如模式僵化、類型單一等問(wèn)題，利用MATLAB 仿真工具，可以有效促進(jìn)自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新性，對(duì)提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果意義重大。