[doc] matlab在《自动控制原理》教学课件中的应用

MATLAB在自动控制原理教学课件中的应用科学时代4企业要加强对工学结合的管理企业要把职业教育的育人功能融入企业价值链中,在创造经济利益的同时,主动承担为社会培养高技能应用性人才的任务企业接受学生工学结合,顶岗实习会产生一些问题,但只要校企双方互相配合,周密安排,许多问题是可以解决的,而且还能给企业带来一定的经济效益和社会效益在工学结合期间,企业要安排好学生食宿,保障实习学生安全,对确实为企业创造经济效益的学生要支付合理报酬,不能把学生当作廉价劳动力参考文献【1】国务院关于大力发展职业教育的决定【Z】国发【200535号2】李红梅,罗生芳高职物流人才培养模式探讨中国市场200635期3】龚小勇”工学结合,校企互动”人才培养模式的探索与实践职教论坛2007064周济工学结合半工半读实现我国职业教育改革和发展的新突破教育部通报2005241作者简介李述容1967年9月湖北三峡职业技术学院副教授,研究方向高职物流专业人才培养模式本文系2008年湖北省教育科学规划研究课题高职物流专业”工学结合”人才培养模式研究成果批准文号2008B308MATLAB在自动控制原理教学课件巾酗应用梁彦郑辉/四川职业技术学院摘要科技的高速发展促使职业教育必须加快其改革的步伐,基于实际自动控制系统的特点,在教学课件中引入控制工程实例,将目前控制系统分析与设计中常用的HATLAB数字仿真技术应用于自动控制原理的多媒体课堂教学当中从而开发能激发学生兴趣,提高教学效率的多媒体课件,达到创新教育和素质教育的目标关键词自动控制原理TIATLAB多媒体课件一,自动控制原理课程的教学现状自动控制原理是电气专业的一门专业基础课,它是以_T程数学,电子技术以及多门电学专业课为基础,讲述自动控制系统的基本概念,建立控制系统数学模型,分析系统性能,进行系统设计的基础理论和相关技术在实际教学中,这门课上课的老师和学生都觉得效果不好,学完之后,学生抓不住重点,甚至有些学生很讨厌这门课主要原因有以下几个方面1,内容多,学时少2,教学模式单一,课堂教学枯燥,没有生机3,虽然许多教师制作了自动控制原理课程的课件,多媒体的授课方式逐步取代了传统的教学方式,但是,限于课件制作时间较短,部分教师制作的多媒体课件仅仅是把讲义从黑板搬到了屏幕上,没有发挥多媒体生动直观的优势二,MATLAB在自动控制原理课程中的应用MATLAB是一种专业的计算机程序,用于数值计算,符号运算及图形处理从教学方面来说,优秀的仿真软件有助于提高学生的学习兴趣,有效地扩充教学信息,增加吸引力,使教学更加生动,形象这对于高职院校的学生来说显得尤为重要MATLABT具箱分为两大类功能性LT具箱和学科性T具箱其中SIMULINK是一个模块化的系统动态仿真环境,是MATLAB的重要组成部分,并且使用方便,只需要用鼠标拖动的方法,就能很快地建立系统的框图模型,并可选择仿真参数和数值算法,启动仿真程序对该系统进行仿真,设置不同的输出方式来观察仿真结果在仿真过程中可以随意改变参数,实时观测系统的变化,交互性好MATLAB环境更能使学生摆脱深奥的数学推导,容易使其对新知识产生浓厚的探索兴趣自动控制原理主要涉及到系统的性能分析和设计,其定量的分析要依靠大量繁琐的数学推导而通过采MATLAB进行辅助教学,能使学生比较直观地了解自动控制的原理及特性,从数学推导中摆脱出来在MATLAB中的SIMULINK仿真器,其功能强大,可方便的用于对自动控制系统的动态过程进行仿真I11SIMULINK工具箱中有一个电力系统模块集PSB,其中有各种类型的电机仿真模块,包括直流电机,同步电机,异步电机等,还有各种电力电子器件如二极管,晶闸管,MOSFET,IGBT等因此可以很方便地构造各种仿真模型三,MATLAB辅助多媒体课件进行教学将MATLAB数字仿真用于自动控制原理的多媒体教学可以更好地实现课件的交互性,在教学过程中,学生可以很直观地看到系统运行的结果,也可以自己改变参数来判断系统的性能自动控制原理所涉及的内容很多,尤其是对系统进行时域,频域分析时,要画出很多曲线,在黑板上绘制难于准确地表示和讲解清楚,而借助MATLAB就很容易得到清楚的描述,充分发挥可视化的教学功能,使一些原本要经过繁琐的数学推导过程才能见到的效果,变得简单明快因此,在多媒体课件中直接调用MATLAB提供的函数和其附带的模块T具进行分析和计算,不但可以准确地画出图形,计算出相应的性能指标,加深学生对理论的理解与接受,还可极大地调动学生的学习积极性,弥补了实验,实习环节的不足,提高了教学质量L,仿真界面的设计从以上分析可以看出,MATLAB是贯穿于整个自动控制原理的教学过程,因此,要将控制系统中的内容在多媒体课件中利用用户界面表现出来,就必须有参数输入,结果输出,图形仿真输出等,且这些都能进行对比分析,因此要求我们有个友科学时代2010年第09期228圈教育教学方法研究IJIAOYUJIAOXUEFANGFAYANJIU好,操作简单,可读性强,易修改的仿真操作界面选择MATLAB中具有可视化编程能力的图形界面GUI,将它提供的工具与编程经验结合起来,完成软件界面的创建_2_利用MATLAB提供的图形用户界面GUI中的控键,如单选按钮,框架,静态文本框和动态文本框等就可完成界面的设计首先在MATLAB命令窗I1点击菜单上的FILE一NEW一GUI进入图形用户界面,按需要选中界面所需的控键,通过双击这些控件得到PROPERTYINSPECTOR来改变其文字的内容,大小和颜色,双击按钮出现PROPERTYINSPECTOR后改变其颜色和字体大小等界面其它的控件如动态文本框,静态文本框,框架,背景颜色等的设计也是通过双击相应的控件得LJPROPERTYINSPECTOR后进行的并且借助GUI设计面板提供的控件布置编辑器”ALIGNOBJECTS”,可以很容易地对所选对象进行水平,垂直和间隔排列布置图形界面的功能是通过图形界面中的控件的操作来完成的,这些操作可以通过函数代码的执行来完成函数代码的编制可以通过编写回调函数时实现在编写时可以把该控件的函数代码直接书写在”CALLBACK”属性中,也可以把函数代码放在一个自定义的M文件中,而在”CALLBACK”中只写上其文件名当操作该控件时,系统会自动执行”CALLBACK”中所要求执行的内容,将子菜单界面所保存的文件名与主界面的菜单名关联起来,完成相应的功能,从而实现整个软件设计【3J按上述步骤设计的界面简单,方便,随心所欲,很容易实现个性化的界面如此设计出主界面和各个子界面分别存盘后,就可以进行程序设计下面以第四章第三节自动控制系统动态性能分析中二阶系统动态响应仿真界面为例,说明用MATLAB辅助课件进行教学的设计方法1设计图形界面确定界面应该具备的功能,需要哪些元素,然后调用GUI对图像中的控件进行布局本页设置了文本框,图形区,按钮和单选按钮等2实现各控件的功能利用属性编辑器给每一个控件起一个名字,即设定其标签,还可以设置每一个控件的其他属性,例如颜色,显示的文本等对绝大多数控件而言,要实现其功能,则需编制相应的代码,把它单独存放在一个M文件中设置控件CALLBACK属性时,直接写入该控件的文件名,当激活控件对象时就执行该程序,控件属性值的获得和设置可以通过SET与GET函数完成,各M文件之间的数据传递可以使用GLOBAL所定义的全局变量实现F4L3保存文件以上两步完成后就可以保存文件保存时MATLAB会产生两个文件,文件名相同而扩展名不同,一个是FLG文件,包括创建的用户图形界面,一个是M文件,包括加载这个图像的代码和每个GUI控件的主要响应在命令窗口中输入文件名,就可启动用户图形界面4制作动画效果为了使学生直观地看到二阶系统瞬态响应曲线随阻尼比大小的改变而变化的过程,输出方式选择了动态显示,由于该图形比较简单,采用实时动画的方法较方便,通过计算不同阻尼比时曲线上的大量数据点来修改图形库中对象的数据属性,并不断更新屏幕以达到实时动画的效果,两幅画而之间的时间间隔可借助PAUSEI数进行控制这个图形的GUI,J建了三个单选按钮,分别表示阻尼比的四种情况,每个单选按钮拥有独自的参数,使用相同的回叫函数当用户单击一个单选按钮时,相应的回叫函数被执行,函数在坐标系显示当前选项,选中相应的单选按钮,并把其它单选按钮设为未选状态GUI使用框架把单选按钮组合到一起,使它们看起来像一个整体有了MATLAB构成的仿真系统,可以很好地配合教师的教学,使课件使用效果更好,教师授课时可以在课件和仿真间随意切换,举例,画图,计算和演示均可实时显示,真正实现计算机的辅助教学,避免了只是把黑板搬到屏幕上的缺陷另外可以非常方便的增加和扩充,通过对不同的问题编制程序,然后在界面上添加相应的按钮连接即可仿真界面如图1所示图L仿真界面2,在课件中调用MATLAB以AUTHORWARE课件为例,在AUTHORWARE中可以通过动态连接库FDLL1,ACTIVEX等调用MATLAB,但这些方法使用时较为复杂,所以本课件使用的方法是将制作的MATLAB仿真界面转换成可被AUTHORWARE直接调用的可执行文件,这种方法简便易行当生成可执行文件后,只需在课件需要调用MATLAB的地方拖放一个【计算】图标,响应类型选为按钮或热区双击打开,在其中输入”JUMPOUTRETURN“EXE文件路径”当需要实时仿真时,点击按钮或热区,就可在AUTHORWARE中调用所生成的可执行文件,实现控制系统的实时仿真I5L参考文献1】刘进志,张学龙,潘存治浅析MATLAB在控制1程基础教学中的应用科学咨询,2009774752】张春峰,邹新杰用MATLAB语言开发自动控制原理的辅助