Matlab仿真在《控制工程基础》教学中的应用

杨秀萍，郭悦虹，王收军

（天津理工大学 机械工程学院，天津 300384）

Matlab仿真在《控制工程基础》教学中的应用

杨秀萍，郭悦虹，王收军

（天津理工大学 机械工程学院，天津 300384）

0 引言

《控制工程基础》是高等院校机械类专业基础课，理论性强，概念抽象，内容涉及的知识面广，且实践性很强。在教学过程中，如果教学内容的组织或教学方法不当，就可能使学生感到难学、乏味，从而产生厌学情绪，影响该课程的教学质量。本文根据《控制工程基础》课程的教学内容和特点，利用PPT和MATLAB链接开发具有动态计算和绘图功能的仿真教学课件，把比较复杂的数学运算放到计算机后台来处理，充分利用MATLAB强大的分析、计算、绘图和仿真功能。这种动态仿真教学直观、形象，有利于学生对抽象概念和理论的理解，化解教学难度和学习难度，使学生从繁杂的数学运算和绘图中解脱出来，把主要精力集中在对基本理论、基本原理的理解以及对控制系统的特性分析及综合设计上，达到提高授课质量、培养学生综合能力的目的。

1 PPT和MATLAB链接技术

Matlab是高性能的数值计算和可视化软件，功能强大，编程简单、开放性强，广泛应用于计算机辅助分析设计、仿真、数据处理等多个领域。通过Matlab ActiveX可以把Matlab的功能无缝地集成到自己的应用程序中。在教育教学领域，CAI课件多采用PowerPoint制作，借助ActiveX技术集成Matlab，即可实现动态计算、绘图及仿真，弥补了PowerPoint不能处理动态计算的缺陷。

Matlab和PowerPoint分别是自动化服务器和自动化控制器，二者通过VBA来集成。VBA是Office软件中的二次开发语言，是VB的派生体，本身具有强大的功能。

2 基于Matlab仿真的实现

下面以二阶系统单位阶跃响应为例，介绍在PPT中动态仿真绘图和计算的实现过程。

2.1 动态仿真绘图

利用“控件工具箱”创建1个“图形显示框”用于显示仿真图形，1个“文字框”用于输入程序，1个“按钮”用于仿真，并为控件分别设置相应的属性，如图1所示。

“仿真”按钮的VBA程序代码为

图1输出图形框为ωn=0.5、1、2，ξ=0.5时的响应曲线。

2.2 动态仿真计算

利用“控件工具箱”创建2个“文字框”用于输入程序和输出结果，1个“按钮”用于计算，并为控件分别设置相应的属性，如图2所示。

“计算”按钮的VBA程序代码为

图2输出结果框为二阶系统性能指标计算结果。

3 几点说明

图1 动态仿真绘图演示文稿

图2 动态仿真计算演示文稿

1）在PowerPoint放映状态下，在输入程序文本框中输入Matlab程序，然后单击“仿真”或“计算”按钮，即可在“输出图形”或“输出结果”框中得到相应的结果。键入多条程序命令时，“回车换行”须采用【Ctrl+Enter】实现。

2）由于演示文稿中建立了VBA程序，故运行PowerPoint文件时，需要“启用宏”，方能保证演示文稿正常运行。

3）在PPT放映状态进行“仿真”或“计算”，其程序运行时间要比直接在Matlab环境中计算时间稍长。

4 结束语

利用基于MATLAB的仿真教学是改善“控制工程基础”课程教学环境的重要手段。这种动态教学方法可以降低控制理论的抽象性，有效地激发学生的学习兴趣，提高课堂的教学效率，丰富教学内容，也便于学生的课下复习，及时验证所做题目的正确性，巩固所学知识，改善教学环境，提高学生对该课程学习的兴趣，取得较好的教学效果。

[1]张志涌.精通Matlab 6.5版[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[2]宋志安,徐瑞银.机械控制工程基础-MATLAB工程应用[M].北京:国防工业出版社,2008.

[3]王正林,王胜开,陈国顺,等.MATLAB/Simulink与控制系统仿真(第2版)[M].北京:电子工业出版社,2009.

[4]孙亮. MATLAB语言与控制系统仿真[M].北京:北京工业大学出版社,2001.

[5]宗晓萍,王霞,唐予军.基于MATLAB的"自动控制原理"CAI教学设计[J].中国教育技术装备,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

根据《控制工程基础》课程的教学内容和特点，基于MATLAB技术开发具有动态计算和绘图功能的仿真教学课件。介绍了PPT和MATLAB的链接技术，动态仿真的具体实现过程以及应注意的问题。课件的应用，可以改善教学环境，化解教学难度和学习难度，有效地激发学生的学习兴趣，提高教学效率和授课质量。

控制工程基础；Matlab；仿真；教学

杨秀萍（1962 -），女，天津人，教授，硕士，主要从事机械电子工程专业的教学与科研工作。

G434

A

1009-0134(2011)4(上)-0058-02

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(上).19

2010-10-08

天津理工大学教学改革项目（YB09-32）