楊秀萍，郭悅虹，王收軍

（天津理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，天津 300384）

Matlab仿真在《控制工程基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用

楊秀萍，郭悅虹，王收軍

（天津理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，天津 300384）

0 引言

《控制工程基礎(chǔ)》是高等院校機械類專業(yè)基礎(chǔ)課，理論性強，概念抽象，內(nèi)容涉及的知識面廣，且實踐性很強。在教學(xué)過程中，如果教學(xué)內(nèi)容的組織或教學(xué)方法不當，就可能使學(xué)生感到難學(xué)、乏味，從而產(chǎn)生厭學(xué)情緒，影響該課程的教學(xué)質(zhì)量。本文根據(jù)《控制工程基礎(chǔ)》課程的教學(xué)內(nèi)容和特點，利用PPT和MATLAB鏈接開發(fā)具有動態(tài)計算和繪圖功能的仿真教學(xué)課件，把比較復(fù)雜的數(shù)學(xué)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(tài)仿真教學(xué)直觀、形象，有利于學(xué)生對抽象概念和理論的理解，化解教學(xué)難度和學(xué)習(xí)難度，使學(xué)生從繁雜的數(shù)學(xué)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(tǒng)的特性分析及綜合設(shè)計上，達到提高授課質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的目的。

1 PPT和MATLAB鏈接技術(shù)

Matlab是高性能的數(shù)值計算和可視化軟件，功能強大，編程簡單、開放性強，廣泛應(yīng)用于計算機輔助分析設(shè)計、仿真、數(shù)據(jù)處理等多個領(lǐng)域。通過Matlab ActiveX可以把Matlab的功能無縫地集成到自己的應(yīng)用程序中。在教育教學(xué)領(lǐng)域，CAI課件多采用PowerPoint制作，借助ActiveX技術(shù)集成Matlab，即可實現(xiàn)動態(tài)計算、繪圖及仿真，彌補了PowerPoint不能處理動態(tài)計算的缺陷。

Matlab和PowerPoint分別是自動化服務(wù)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(fā)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(xiàn)

下面以二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)為例，介紹在PPT中動態(tài)仿真繪圖和計算的實現(xiàn)過程。

2.1 動態(tài)仿真繪圖

利用“控件工具箱”創(chuàng)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(shè)置相應(yīng)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(yīng)曲線。

2.2 動態(tài)仿真計算

利用“控件工具箱”創(chuàng)建2個“文字框”用于輸入程序和輸出結(jié)果，1個“按鈕”用于計算，并為控件分別設(shè)置相應(yīng)的屬性，如圖2所示。

“計算”按鈕的VBA程序代碼為

圖2輸出結(jié)果框為二階系統(tǒng)性能指標計算結(jié)果。

3 幾點說明

圖1 動態(tài)仿真繪圖演示文稿

圖2 動態(tài)仿真計算演示文稿

1）在PowerPoint放映狀態(tài)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(jié)果”框中得到相應(yīng)的結(jié)果。鍵入多條程序命令時，“回車換行”須采用【Ctrl+Enter】實現(xiàn)。

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(tài)進行“仿真”或“計算”，其程序運行時間要比直接在Matlab環(huán)境中計算時間稍長。

4 結(jié)束語

利用基于MATLAB的仿真教學(xué)是改善“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)環(huán)境的重要手段。這種動態(tài)教學(xué)方法可以降低控制理論的抽象性，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂的教學(xué)效率，豐富教學(xué)內(nèi)容，也便于學(xué)生的課下復(fù)習(xí)，及時驗證所做題目的正確性，鞏固所學(xué)知識，改善教學(xué)環(huán)境，提高學(xué)生對該課程學(xué)習(xí)的興趣，取得較好的教學(xué)效果。

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

[2]宋志安,徐瑞銀.機械控制工程基礎(chǔ)-MATLAB工程應(yīng)用[M].北京:國防工業(yè)出版社,2008.

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

[4]孫亮. MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真[M].北京:北京工業(yè)大學(xué)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(xué)設(shè)計[J].中國教育技術(shù)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(jù)《控制工程基礎(chǔ)》課程的教學(xué)內(nèi)容和特點，基于MATLAB技術(shù)開發(fā)具有動態(tài)計算和繪圖功能的仿真教學(xué)課件。介紹了PPT和MATLAB的鏈接技術(shù)，動態(tài)仿真的具體實現(xiàn)過程以及應(yīng)注意的問題。課件的應(yīng)用，可以改善教學(xué)環(huán)境，化解教學(xué)難度和學(xué)習(xí)難度，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效率和授課質(zhì)量。

控制工程基礎(chǔ)；Matlab；仿真；教學(xué)

楊秀萍（1962 -），女，天津人，教授，碩士，主要從事機械電子工程專業(yè)的教學(xué)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(xué)教學(xué)改革項目（YB09-32）