控制工程基础 matlab,机械控制工程基础课程的Matlab实验教学与探索

目前，机械控制工程基础课程的Matlab实验教学环节还存在着一些不足和弊端：

(1)由于实验室资金紧张，学院不能及时更新实验室设备，学生做实验只能分批、分时复用实验设备。

(2)实验内容形式老化，学生对于控制系统的参数不知如何调整，很容易造成硬件电路的损坏；不能达到实验要求和促进课程理论教学的目。

(3)目前多数高校采用放录像的形式让学生进行相应的试验学习，学生只能对实验有一个初步的了解。

这些传统控制箱实验的方式对学生工程实践能力的培养是不利的，缺乏动手能力，与国家要求的应用型人才的标准有一定的差距。因此，提出以实验箱教学为主，同时结合Matlab软件进行仿真教学的辅助教学模式，这种具体实验法和虚拟仿真教学方法能很好的克服传统模拟实验的局限性，对机械控制工程基础理论学习有极大的促进作用。

一、实验内容安排

根据教学及实验大纲的要求，对于机电学院机械电子工程和机械制造及其自动化两个专业的学生我们设置了机械控制工程理论3个实验，它们分别为二阶系统的响应分析、系统的稳定性分析、模糊PID参数整定设计及其对比分析。这3个实验中包含了使用Matlab及其中的Simulink进行仿真部分，也含有模拟实验部分，下面对上述3个实验进行介绍：

1.二阶系统的响应分析

利用MATLAB分析计算=0、0.2、0.5(图中用tao代替)时系统的响应曲线及性能指标，如图2和表1所示。

3.模糊PID参数整定设计及其对比

工业控制中会常用到PID在线控制法，而利用模糊控制规则在线对PID参数进行修改，可以使系统的响应过程的动态和静态特性都得到了很好的改善，对于工业上含有滞后、复杂的控制对象，常采用模糊自整定控制方法。自整定模糊PID控制器的结构如图3所示。

模糊自整定PID是在PID算法的基础上，建立合适的模糊控制规则表，来计算系统的误差e和误差变化率ec。在工业控制过程中，带有滞后的二阶对象是非常普遍的，所以采用对含有滞后的二阶对象进行控制，并比较各种情况下的响应特性。

进行仿真比较两个曲线，图4为模糊PID与一般PID相对比曲线图。采用Matlab软件对系统进行仿真，仿真结果表明采用模糊自整定控制方法可以获得比传统的PID控制更好的控制效果。

二、实验教学改革

高校开展“卓越工程师计划”目的就是为了使学生把理论知识向着实际应用的方面落实。实验的最终目的是让学生动手多参与，多实践，多思考，多提问，这样才能使实验教学达到它的意义。为了本次教学的课程改革，同时结合这门课的特点将机械控制工程基础实验教学模式分为三大类：(1)课程理论类；(2)验证结论类；(3)典型实验设计类。前两种实验类型还是以课程理论形式为主，如书中典型的二阶系统响应特性分析、性能指标分析等，基于Matlab仿真软件进行实验。而典型实验设计类型是课程改革的核心，同时也是重点。目前，国家大力提倡创新性实验，以实际项目或设计任务为实验教学的核心，进行教学方法和教学内容的改革，已在实际教学活动中进行了尝试。

三、结束语

机械控制工程基础的实验教学是整个课程教学过程中不可缺少的部分，是重要的教学环节之一。本实验能够培养学生具有灵活运用计算机进行独立分析、设计及解决实际问题能力。通过实验教学改革培养了学生工程实践能力，将Matlab仿真与模拟实验有机地结合起来，不仅激发了学生创新意识，而且让学生掌握Simulink在控制系统建模及仿真中的运用，同时使学生理论联系实际，达到了培养创新实践型人才的目标，便于发现实验中存在的问题。本文论述的实验教学改革的方法和措施具有一定的推广应用价值，也可以扩展到其他专业课程实验中。

参考文献：

[1]张段芹，王辉.面向“卓越计划”的“控制工程基础”教学改革探索[J].中国电力教育，2013，(07)：72-73.

[2]陈新民.应用型本科的课程改革：培养目标、课程体系与教学方法[J].中国大学教育，2011，(07)：27-30.

[3]黃忠林，周向明.控制系统MATLAB计算及仿真实训[M].北京：国防工业出版社，2006.

[4]孙亮.MATLAB语言与控制系统仿真[M].北京：北京业大学出版社，2001.