利用MATLAB仿真改进《自动控制原理》课程的探索.pdf

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1、曩墨利用MATLAB仿真改进《自动控制原理》课程的探索姜莹(沈阳化T大学信息T程学院，辽宁沈阳110142)摘要：本文将控制系统仿真软件MATLAB与《自动控制4利用MATLAB绘制线性控制系统的频域响应图(含Bode[皋l原理》课程有机结合．利用MATLAB强大的图形表现能力，对及Nyquist~线)．并根据仿真结果研究、分析控制系统的频域特性。《自动控制原理》课程的教学方法和教学形式、实验和实践教5．应用MATIAB进行离散控制系统分析。学环节进行探索和研究，提出把MATLAB／Simulink引入传统教6．利用MATIB软件的Simulink仿真r具箱，搭建

2、一级直学方法中．采用多种教学形式相结合的方法，在课堂教学和实线倒立摆自动控制系统，并通过仿真实验分析研究系统特性。验教学方面加以实施．最终达到提高《自动控制原理》课程教四、利用MATIAB仿真改进《自动控制原理》课程解决问学质量的目的题举例关键词：《自动控制原理》系统仿真MATLAB实验根轨迹分析法是经典控制理论巾比较成熟的一种图解实践教学质量方法，它是指开环系统巾某个参数从零变化到无穷时，闭环极点在复平面上的变化轨迹。利用根轨迹同样可以分析系统一的暂态性能和稳态性能。然。如果是手动求解特征方程．然、引言《一动控制原理》是高等学校信息类专业的一门主十课程，后逐个i

3、Iij出参数对应某一个值时的闭环极点．再把这些点连同时也是一门理论性与实践性结合很强的专业课程。但由于成线构成根轨迹，计算量很大．计算过程也很复杂。即使能够课程内容抽象．计算一M-强，作图方法多，学生往往不易理解和绘制m系统的根轨迹，也只是个概略图。如果稍有差错，就掌握．茈产生『火学情绪。为了存教学巾充分调动学生的积极会影响到学生对系统性能的判断．甚至产生误判。因此在授性。提高程教学质罱，取得更好的教学效果，笔者将控制系课过程巾，任课老师迫切希望寻找到一种方法．既根据基本统仿真软件MATLAB与《自动控制原理》课程有机结合，把法则绘出粗略的根轨迹图．又方便快捷地得

4、到准确的根轨MAT[AB／Simulink~l入传统教学方法巾，实现《自动控制原理》迹图。深堂教学的图形化和交互化，这样不仅可以简化课堂授课的MATLAB控制系统仿真软件是一个对控制系统进行建解题过程．而且可以充分利jH计算机强大的表现能力。把抽象模、分析和仿真的软件，具有较强的绘图能力，所以可以很好的问题具体化．便于加深学生对抽象理论知识的理解和接受，地解决这个问题。使用MATLAB软件提供的rlocus函数．就可以有利于学生深入掌握该课程的实质。轻松绘制开环传递函数巾某个参数在变化时的准确的根轨另外，实验环节足《自动控制原理》课程不可缺少的一部分。迹，这样将避

5、免由于手lT绘制根轨迹所带来的一些问题。另传统的《自动控制原理》实验一般仅采用F1控实验箱，存实验箱外．通过调川rlocfind函数。还能够轻松获取根轨迹上某一点所面板一j实现相应典型环节的连接．再通过示波器观察系统的响对应的闭环板点和开环增益，极大地减少计算1：作量。应曲线。这种单纯依赖自控实验箱的实验方式虽然可以一定程K例如：绘制开环传递甬数为G(s)：—__二的负反馈系度地锻炼学生的动手能力，但观察效果差，操作复杂，学生只能s(s+1)(s+2)被动接受实验，实验设备高度集成化，可扩展和创新性差，不利统、JjK从变化时的根轨迹．可调J{{下列程序：于学生学习

6、主动性和积极性的培养。因此，结合MATLAB仿真软Ill／m=[】]；件，克服传统《自动控制原理》模拟实验的局限性，扩展开发自控den=[132O]；实验箱的可视化功能，利川MATLAB仿真技术促进《自动控制原rlocus(num．den1理》实验教学改足笔者要实现的研究目标之一。程序执行后，所绘制根轨迹图如下图所示．从下阔可以容易二、利用MATLAB仿真改进《自动控制原理》课程教学主看m根轨迹的起点为0、一1、_2，终点3个，根轨迹条数为3条。如要研究内容果鼠标存根轨迹一L任选一点．都可以读出该点对应的闭环极点P1．将课堂教学与MATLAB仿真1：具相结合，利J

7、lHMATLAB和增益K，以及根轨迹的分离点和相应的根轨迹增益kg。当K从形象、生动的演爪功能推进演示性课堂教学的实施．使学生存O一变化．两条根轨迹随着K的增大越过虚轴向右伸展．也就是文字描述的基硎{上结合MATLAB仿真的精确图形，更直观、更说系统有一对闭环极点的实部是由负数逐渐变化到正数的．所准确地理解闩动控制原理课程理论巾的基本概念以系统的稳定性是在变差．经临界稳定最后变得不稳定。由根轨2．利川MATIAB仿真软件改进《自动控制原理》课程实验迹图可以很方便地求使系统稳定的开环增益K的取值范丽。内容．指导学生以MATLAB软件为仿真丁具，用计算机解决《门动控制

8、原理》课程