MATLAB软件在高职自动控制技术教学中的应用

张 萌

（吉林铁道职业技术学院，吉林 吉林 132000）

自动控制原理是高校自动化专业的一门重要的专业基础课程，同时也是电类和机械类及相关专业的一门专业基础课，是一门理论性与实践性很强的专业课程。在高职院校中该课程的主要任务是通过对控制技术理论知识的学习，培养学生对控制系统进行的分析、设计和创新的能力，内容包括控制系统导论，数学建模，反馈控制系统的特性、性能、稳定性、设计，频率响应方法、稳定性等。由于《自动控制原理》信息量大，理论性强，内容抽象，涉及知识面广。在高职院校的实际教学中存在一定的难度，对于高职高专学生的基本知识、分析和解决问题的能力都有一定要求，而将MATLAB仿真软件引入到传统的教学方法上来，可以起到较好的作用。

MATLAB软件是由美国Math Works公司开发的，是目前国际上最流行、应用最广泛的科学与工程计算软件，它具有丰富的可用于控制系统分析和设计的函数,MATLAB的控制系统工具箱（Control System Toolbox）提供对线性系统分析、设计和建模的各种算法；MATLAB的系统辨识工具箱（System Identification Toolbox）可以对控制对象的未知对象进行辨识和建模；MATLAB的仿真工具箱（Simu link）提供了交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境。 它用结构框图代替程序智能化地建立和运行仿真，适应线性、非线性系统，连续、离散及混合系统，单任务、多任务离散事件系统。高职院校所培养的自动化专业技术型学生如果能够在学习自动控制原理的同时，学会使用MATLAB语言，不仅对掌握和应用自动控制原理有帮助，还可以学会如何使用计算机辅助分析、设计控制系统，为今后的工作和学习打下良好的基础。

1 丰富教学内容

将MATLAB软件引入自动控制课程的教学内容中，增强了自动控制原理的直观性，降低了抽象性，同时使学生在该门课程的学习中掌握MATLAB软件。在教学内容上通过建模组成控制系统，对系统进行分析和设计。对于讲课内容突出重点和难点，将重点放在建立系统数学模型、分析系统性能上，对于简单、易于理解的内容不需花大量的时间，比如在以往的教学过程中要花大量的时间在数学计算上，现在使用MATLAB语言提供的函数实现快速计算。又例如，在建立系统数学模型的章节中，调用MATLAB函数建立控制系统的数学模型。让学生在Simulink环境中对这些模型进行仿真，逐步掌握建立系统仿真结构模型的方法。既深化了系统模型方面的概念，又学习了如何使用仿真工具Simulink。在系统分析章节中，由系统中的输入信号求线性方程的解（系统的输出信号），通过学生编制MATLAB程序来绘制系统的时间响应曲线，大大减少了教师绘制曲线的麻烦和不精确。总之，将MATLAB软件和自动控制原理课程的有机结合，极大地推动了自动控制原理教学，使教学质量进一步得以提高。

2 改进教学方式

自动控制原理课程是一门理论性很强的专业基础课，内容比较抽象，难以理解，包含大量复杂的数学公式推导和图表曲线。采用传统的教学方式，教师写板书，学生记笔记都很费时，授课信息量不大，学生听课枯燥无味，课堂效率不高。将MATLAB语言和多媒体相结合进行教学，教师边操作边讲解，授课信息量大，能够提高教学效率。在传统的教学模式中，教师往往是教学的主体，只注重传授具体的知识，而不太重视学生独立思考问题、分析问题和解决问题的能力，在知识日新月异的今天我们应该特别重视学生能力的培养。教师应在课堂教学中鼓励学生主动思考问题，以培养学生的思维能力和表达能力。通过提问学生、课堂讨论、课堂测验和学生上讲台做题，及时反馈学生接受知识的情况，从而进一步改进教学方法和教学手段，提高课堂教学效率。

3 提高教学效果

对于控制系统性能分析以图解法为主，以往需花较多时间绘制系统的时间响应曲线，现用MATLAB强大的计算功能，能轻而易举的绘制系统的曲线，并能动态的演示这些曲线，使学生深刻理解所学内容，提高听课效率。对于课堂布置的课后作业题，学生做完后也可用MATLAB编程检查对错，可以提高学生分析问题、解决问题的能力。MATLAB语言作为一种基本工具与教学内容有机结合，用于控制系统的建模、计算、分析、设计和仿真，使理论教学和实践教学的效果、效率显著提高。调动学生的学习积极性同时也掌握了MATLAB软件的编程和使用方法，从而激发了学生的学习兴趣和创新意识，搭建自己设计出的系统模型，分析系统性能，培养了学生的动手能力和分析系统的能力。

［1］李文磊，刘士荣，陈征，谢建军.MATLAB在自动控制理论实验中的应用［J］.实验技术与管理，2006，（2）.

［2］周磊，宋丽蓉.MATLAB在自动控制原理教学中的应用［J］.中国现代教育装备，2010，（13）.

［3］吴文进.自动控制原理课程的MATLAB辅助教学［J］.安庆师院学院报，2010，（2）.

［4］崔治，崔宪普.MATLAB仿真在自动控制原理课程教学中的应用［J］.湖北师范学院学报，2007，（3）.

［5］刘芳园，司轶芳.MATLAB在自动控制原理课程中的应用［J］.中国科教创新导刊，2010，（22）.

［6］结硕，韩光胜.MATLAB在自动控制原理实验中的应用［J］.实验技术与管理，2012，（2）.

［7］郁建中.自动控制技术［M］.北京：北京邮电大学出版社，2008.