MATLAB 软件在高职智能控制技术教学中的运用

李 超

（湖南有色金属职业技术学院，湖南株洲 412006）

0 引言

高职智能控制专业是一门基本学科，也是必需的工具。高职智能控制专业教学的性质是动态的，从为学习而学习，转向强调为满足社会需要而学习。运用MATLAB 软件（美国MathWorks 公司出品）等技术创新手段，可以促使学生积极参与课堂教学中，提高学生的学习成绩。学习过程在计算机软件上进行的，仿真现实材料特性，使学生更专注于内容的学习。高职智能控制专业教师不应仅仅侧重教学内容和教学技能，而应适应技术社会的飞速发展。

1 在教学中的重要性

MATLAB，全称为Matrix Laboratory，是MathWorks 公司推出的用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境的商业数学软件。越来越多的技术工具可以增强和促进学生对高职智能控制专业的理解，自从教育机构为学生做好满足社会需求的准备以来，发展出许多加强学习的方法和技术，共通之处都采用计算机和计算机辅助学习。世界依赖于科学和技术发明，如果没有适当的智能控制专业知识，就不可能有科学和技术发明。计算机显著参与了高职智能控制专业、物理和信息技术服务的教学工作，MATLAB、Octave、Scilab 和Mathematica 等软件应用于教学已很常见，其中最广泛使用的是MATLAB 软件，它被认为是技术计算和科学领域的标杆[1]。

MATLAB 是一款非常强大的计算和仿真工具，以智能控制专业为核心，提供高性能计算服务[2]。在此基础上，MATLAB 提供了附加工具箱，通过在技术、经济、医学和生物学等专业领域添加更多扩展功能来增强其应用，逐渐应用于不同领域。MATLAB 不仅在计算中得到了应用，而且在教学过程中也得到了广泛应用。在MATLAB 环境中，有一些应用可以帮助学习[3]。

在学校高职智能控制专业教学中使用MATLAB，是以计算机能为高职智能控制专业教育者创造新机会的最新认知为前提的。为了教授高职智能控制专业，教师需要对高职智能控制专业内容、教育学和技术有深入的理解。这意味着，在教师思考高职智能控制专业教学理念的同时，也在考虑如何教授高职智能控制专业概念所体现的重要内容，由技术将概念阐释为学生可以理解的形式[4]。

MATLAB 是一个非常强大的软件包，它内置了许多用于解决问题和开发图形化虚拟的工具。使用MATLAB 产品的最简单方法是交互式，用户输入一个表达式，MATLAB 立即响应结果。并可以用MATLAB 编写脚本和程序，这些脚本和程序本质上是按顺序执行的命令组。MATLAB 是一个具有数值、图形和编程功能的图形软件包，内置了许多操作功能，并且可以添加工具箱来增强这些功能，如用于信号处理等。

高职智能控制专业教师还应当跟上教育部门的变化，因为政策变化与学科的教学密切相关。高职智能控制专业教育工作者强调计算机作为一种教学手段的有效性，有必要为我国的高职智能控制专业教师做好准备，满足他们在计算机教学中使用部分软件的需求[5]。在传统教学中，教师和学生在演算纸上进行的计算，MATLAB 软件可以用几行代码呈现出可视化的轨迹，以更好地理解和表述问题。有了附加命令，就能激活整个动作。MATLAB 应该摆脱只供教师使用的局限，学生也应该学会如何创建自己的脚本和程序。编写MATLAB 脚本程序，对学生来说并不复杂。借由培养学生兴趣，也学习一些基本概念的算法写作。将MATLAB 软件应用于高职智能控制专业的基础知识教学，包括矢量矩阵、坐标平面两点间距离、正弦及其导数图、三维条形图、联立方程图和二次方程图的教学中[6]。

2 在教学中的运用探究

在计算机中安装MATLAB 软件后，从“开始”菜单中单击MATLAB 软件快捷方式，打开窗口。其中的主要部分是命令窗口，并包含提示符。在命令窗口中，可以交互地使用MATLAB，在提示符下，可以输入任何MATLAB 命令或表达式，MATLAB将立即响应结果。系统的数学模型，是描述系统输入、输出变量以及内部各变量之间关系的数学表达式。根据系统的实际结构与系统各变量之间所遵循的规律，以建立数学模型。通用的数学模型有微分方程和传递函数。MATLAB 所提供的13 类基本模块库，可以直接用于系统电路的搭建，同时该软件所提供的仪表功能模块，都是可靠和经济的。因此采用软件的方式进行教学，硬件功能软件化，可以节省大量的实训投入，其经济优势是相当明显的[7]。

2.1 MATLAB 数组运算

一些高职智能控制专业教学例子将用MATLAB 来实现，从而说明它的多种功能和用途。MATLAB 中的向量等价于其他编译语言中的一维数组，矩阵等价于二维阵列。在MATLAB 中，一些可以在向量或矩阵上执行的操作也称为数组运算，“数组”一词也经常用来泛指向量或矩阵。MATLAB 软件将矩阵运算、数值分析、图形处理、编程技术结合在一起，为用户提供了一个强有力的科学及工程问题分析计算工具。MATLAB 拥有神经网络（Neural Network）、模糊逻辑（Fuzzy Logic）和控制系统（Control System）等多个专门的工具箱（Toolbox），以及可视化动态仿真系统、功能强大的图形用户界面等，非常适合智能控制。

2.2 三维条形图的绘制

软件为了计算输出数据，以函数和脚本提供了必要命令。但读取普通数据仍非常困难，需要一些机制来阐释这些数据。MATLAB 包含数个2D 和3D 图形的绘图命令，在绘制三维图形时，通过Meshgrid 命令创建三维空间网格。改变绘图属性是其重要的知识，但教学中发现学生很难理解这个概念，因此需要创建绘图处理程序，并使用GET 和SET 命令更改线条颜色或类型。创建用户的交互体验，若没有以前的MATLAB 知识，可以使用按钮、标签、输入或复选框等交互对象。

3 结束语

演示MATLAB 软件在矩阵运算、数值分析图形处理、编程技术矢量、矩阵等变量教学中的集成和图形绘制，旨在提高学生对这些疑难题目的理解。运用MATLAB 支持高职智能控制专业课题的教学经验，对学生的学习策略有很强的影响，通过良好的课程设计，使学生和教师在一定程度上控制仿真，而MATLAB软件可以有效地提高高职智能控制专业成绩。