matlab在《控制工程基础》课程中的应用

《matlab在《控制工程基础》课程中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、万方数据第34卷2期2011年3月安徽师范大学学报(自然科学版)JournalofAnhuiNormalUniversity(NaturalScience)Vd．34No．2Mar．20l1MATLAB在《控制工程基础》课程中的应用王伟，申爱明，林顺英，陈亚，王殿君(北京石油化工学院机械工程学院，北京102617)摘要：《控制工程基础》是“机械工程及自动化”专业卓越工程师教育培养计划试点专业的核心课程．将MATLAB引入到《控制工程基础》课程的理论与实践教学中，使教学与仿真实验紧密结合起来，能更好地激发学生学习控制工程的积极性，同时还

2、提高了学生综合应用计算机进行系统设计、仿真实验和解决实际工程问题的能力．关键词：MATLAB；控制工程基础；系统仿真中图分类号：G473文献标识码：A文章编号：1001—2443(2011)02—0142—03引言国家教育部于2009年决定在国内部分院校实施“卓越工程师教育培养计划”．北京石油化工学院是“卓越工程师教育培养计划”的试点单位之一。《控制工程基础》是“机械工程及自动化”专业卓越工程师教育培养计划试点专业的核心课程．该课程的特点是理论性强、概念抽象，涉及到数学、物理等方面的知识，具有一定的深度和难度．使得学生在学习的过程中，

3、感到难学、乏味，对所学内容不易消化、吸收和巩固，尤其对一些难点、重点内容，要掌握好就更不容易．无疑，这样最终使得一部分学生学习的主动性变差，产生厌学情绪，从而影响到该课程的教学质量．面对这样--f-J课程，沿用传统的课堂讲授和验证实验的教学方法是不能很好地完成教学任务．为了解决课时少和任务重这一矛盾，将MATLAB应用软件引入到《控制工程基础》课程的理论与实践教学中．1MAⅡAB是控制系统计算机辅助分析与设计的一个卓越平台MatLab是矩阵(Matrix)和实验室(Laboratory)两个英文单词的前三个字母的组合，是MathWor

4、k公司于1984年推出的一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，具有数值运算功能强、程序设计自由度大、程序的可移植性好、可视化功能强、工具箱丰富等特点．现已成为大学教学和科研中最常用且必不可少的工具．MatLab是适合多学科、多种工作平台的功能强大、界面友好且开放性很强的大型优秀应用软件，同时也是国内外高等院校数值分析、自动控制理论、数字信号处理、控制系统仿真等课程的基本教学和实验仿真工具．目前，发达国家高等院校的工科类学生都把MATU咀作为必修课，实验室通常都配备装有MATLAB的计算机供学生学习和研究使用．学生的许多作业都可以在计算

5、机上使用MATLAB来完成，这些硬条件为许多课程的教学带来了极大的灵活性和便利性．MATU也的研究工作在我国也已得到很大发展．很多高校都开展量有关MATLAB内容的教学及其相关的科研工作，并取得量可喜的科研成果，极大地推动了控制领域MATLAB的仿真研究⋯．2MATLAB在《控制工程基础》课程理论教学中应用利用MATLAB具有开放的环境、极强的矩阵运算、图形绘制、数据处理等功能，以及各种工具箱以及像“草稿纸”一样的工作空间等许多优点【l一5J．把晦涩难懂的控制理论、信号波形等内容在可视化环境下通过屏幕直接在课堂中展示给学生，不仅起到了

6、辅助教学的功能，而且增强了学生的感性认识，加强了其对授课收稿日期：2011—02—15基金项目：北京市属高等学校人才强教计划项目(PHR200907221、PHR201008355)；北京石油化工学院校级教育教学改革和研究项目(SJ2010027、S】2010020)．作者简介：王伟(1968一)，女，吉林白城人，副教授。主要从事测量与控制方面的教学和科研工作．万方数据34卷第2期王伟，申爱明，林顺英，等：MATLAB在《控制工程基础》课程中的应用143内容的理解，提高了课堂教学的效率．2．1控制系统建模数学模型是控制系统分析与设计的

7、基础．在讲授系统的时域分析、频域分析、根轨迹分析方法分析与设计系统前，首先要建立系统的数学模型．传统的方法是根据系统的物理、化学机理列写微分方程，对于复杂的系统很难写出系统的微分方程或列写的微分方程无解，这对于系统的分析是无意义的．用MATLAB的函数形式和Sinmulink模型来建立系统的数学模型．如tf()函数、z伙()函数可以建立控制系统的传递函数模型、零极点增益模型，Sinmulink可以建立方框图形式的系统数学模型．这样建立的系统数学模型具有更直观、方便、灵活的优点．2．2控制系统时域分析(1)系统的稳定性分析在时域分析中，

8、通过分析系统的闭环极点的分布来判断系统的稳定性，系统稳定的充分必要条件是系统的所有闭环极点都分布在Is]平面的左半平面．对于高阶系统很难对特征方程进行因式分解，那么可以通过MATLAB的zpk()函数建立的零极点增益模型