Matlab/Simulink在自动控制原理实验中的应用

马冬梅++杨传燕++党晓圆++钟华

摘 要：针对自动控制原理实验课程，提出用matlabsimulink仿真结合实际操作，对比分析结果，不仅可以让学生发现模拟实验中存在的错误，锻炼学生的能力，而且增加学生的学习兴趣。

关键词：实验；simulink；仿真

自动控制原理课程作为自动化大类各专业的重要专业基础课程，其实验课程更是整个教学过程中不可缺少的重要组成部分，是理论和工程实际联系的纽带，搞好实验教学，有助于提高教学质量，可以将理论和实践紧密联系在一起，使学生加深对理论知识的理解。

我校用的自控控制原理实验箱是清华大学科教仪器厂生产的XMN-2型自动控制原理学习机。

大部分传统的自动控制原理实验一般采用自动控制原理实验箱，在实验箱上连接电路，再通过长余辉慢扫描示波器观察系统的响应曲线，根据响应曲线分析实验结果。虽然这种方式在一定程度上可以提高学生的动手能力，但是仍然存在一些不足的地方：

（1） 学生根据教师给定的电路进行接线，并不知道为什么这样接线，对电路的设计理解缓慢；

（2）实验内容形式比较老化，根本不能达到实验要求，也不能促进课程理论教学的目的。

因此，传统实验结合Matlab软件进行仿真，能克服传统模拟实验的局限性，对自动控制理论课程学习有极大的促进作用。

1 Matlab简介

Matlab已被确认为准确、可靠的科学计算标准软件。在许多国际一流的学术刊物上，都可以看到matlab的应用，在设计研究的单位和工业部门，matlab被认为是进行高效研究、开发的首选软件工具。可以说，就影响而言，至今仍然没有一个计算机软件可与matlab匹敌。

Matlab又叫矩阵实验室。它具有如下特点：（1）易学易用；（2）强大的语句功能和图形功能；（3）良好的用户界面；（4）功能丰富，易于扩展；（5）数值算法稳定可靠，库函数十分丰富；（6）丰富的运算符；（7）语法限制不严格，程序设计自由度大；（8）程序的可移植性好；（9）强大的工具箱。

2 Simulink简介

Simulink是面向系统信号流图进行组态的仿真软件，通过simulink模块库建立系统的仿真模型，可直观、方便地对系统进行动态仿真。

Simulink具有以下功能：

（1）用绘制框图代替编写程序，结构和流程清晰；

（2）智能化的建立和运行仿真，仿真精细，贴近实际。

（3）适应面广，包括连续、离散及混合系统；线性、非线性系统；单任务、多任务离散事件系统。

3 系统仿真实验

开环传递函数为：

其中，开环增益为：

三阶系统的模拟电路图如图2所示，由图可知，其中：Cf1=Cf2=Cf3=1μ ；Ri3=1M。

由2图可知，

由此可得出该系统的特征方程为：

作劳斯表得

由于 ，

可得到系统的稳定范围为：

使用simulink仿真可得到如图3所示：

当时，系统临界稳定，显示如图4所示；

当时，系统稳定，如图5所示；

当时，系统不稳定，如图6所示。

4 结论

通过仿真，学生可以了解实验过程中的参数如何选择，将验证实验，变为设计实验，激发学生的学习兴趣，同时，simulink仿真必须和实际电路结合，才能取得更好的教学效果，我校的自动控制原理实验就采用了这种方式。

参考文献：

[1]刘海涛.matlab在自动控制原理实验教学中的应用[J].福建电脑，2008.

[2]方清城.基于matlab的“自动控制原理”实验教学[J].实验室科学，2007.

作者简介：马冬梅（1984-），女，四川遂宁人，本科，讲师，研究方向：控制工程与控制理论。endprint