基于MATLAB/Simulink实验仿真平台的《自动控制原理》实验教学改革探析

摘要：《自动控制原理》实验是配合《自动控制原理》理论课程教学的一项重要教学环节。为适应新形势下教育发展的需要，在江西农业大学工学院电子信息工程专业开展基于MATLAB/Simulink实验仿真平台的《自动控制原理》实验教学改革和探索，取得了令人满意的教学效果。

关键词：MATLAB/Simulink 自动控制原理 实验教学 改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A

《自动控制原理》课程是电子信息工程专业必修的一门重要专业基础课，该课程内容丰富，覆盖知识面广。《自动控制原理》实验是配合《自动控制原理》理论课程教学的一项重要教学环节，通过实验能够巩固自动控制基础理论知识，培养学生的实践技能、动手能力、分析问题和解决问题的能力，启发学生的创新意识和创新思维潜力，有效地提高教学质量。因此，加强《自动控制原理》实验教学在电子信息工程专业人才的培养过程中起着非常重要的作用。在江西农业大学电子信息工程专业的《自动控制原理》实验教学过程中，笔者利用MATLAB/Simulink实验仿真平台对《自动控制原理》实验课程的教学做了有益的探索和改革， 取得了令人满意的教学效果，本文对所取得的实验教学经验做出总结和探讨。

一、《自动控制原理》实验的特点及实验教学中存在的问题

1.《自动控制原理》实验的特点

《自动控制原理》实验是《自动控制原理》课程重要的实践教学环节，结合《自动控制原理》课程开设的《自动控制原理》实验，使学生理论与实践相结合，加深对控制理论的理解和认识，有助于提高学生分析问题和解决问题的能力，拓宽学生的专业知识面，为后续专业学习和工作打下扎实基础。通过实验，要求学生掌握《自动控制原理》的基本实验，学会独立观察、分析实验现象，记录、测取数据，整理和分析实验结果。

2.传统的实验教学中存在的问题

传统的《自动控制原理》实验中的大部分实验都是在自动控制实验箱上进行，由于学生一般在实验时对实验的基本理论和内容了解不足， 不仅实验过程中存在一定的盲目性， 而且常常难以对实验结果做出正确判断，这不仅增加了教师对实验教学的难度，学生分析和解决问题的能力也得不到有效锻炼;另外，《自动控制原理》实验中的部分实验在自动控制实验箱上难以开展， 如涉及线性系统根轨迹的绘制、Nyquist图和Bode图的绘制等，以前我们用自己开发的软件来完成相关实验，但存在交互性差、功能固定和使用不方便等缺点。因此，有必要改革《自动控制原理》实验教学方法，提高实验教学质量。

二、《自动控制原理》实验仿真平台的引入与实验改革的实施

1.《自动控制原理》实验仿真平台的引入

MATLAB语言是当今国际科学界尤其是自动控制领域最具影响力、也是最有活力的软件之一，MATLAB已经成为国际上最流行的科学与工程计算的软件工具，而Simulink是一种以MATLAB为基础的实现动态系统建模、仿真与分析的软件包。

随着计算机科学技术的飞速发展，MATLAB/Simulink已经在自动控制领域得到了广泛的应用，对此，我们尝试在《自动控制原理》实验中引入MATLAB/Simulink实验仿真平台，将软件仿真与模拟实验有机地结合起来，通过理论仿真与模拟实验的结果进行对比分析，不仅能让学生发现模拟实验中的问题，而且可以锻炼学生的动手能力，也能让学生掌握MATLAB/Simulink实验仿真平台在控制系统仿真中的运用，增强学生的学习兴趣，并为以后从事相关研究工作打下基础。

2.《自动控制原理》实验教学改革的实施

传统的《自动控制原理》实验一般采用自动控制实验箱，在实验箱面板上连接相应的典型环节，学生仅根据实验模拟电路图接线，缺少主动性和创造性。随着计算机科学技术的飞速发展，MATLAB/Simulink已经在自动控制领域得到了广泛的应用，特别是国内外许多大学已经采用当今世界先进的MATLAB/Simulink软件技术用于自动控制理论实验的计算机仿真。我校开设自动控制理论实验条件有限，采用自动控制实验箱很难满足自动控制理论实验课的教学要求，因此，我们从电子信息工程专业2010级开始，在《自动控制原理》课程中试点开设《自动控制原理》仿真实验。

（1）实验教学大纲的制定。根据电子信息工程专业培养学生目标，参照国内外名校该课程的实验教学方式，通过充分的调研，完成MATLAB/Simulink仿真自动控制实验的调试，在建立比较完善的基于MATLAB/Simulink的自动控制原理实验仿真平台前，制定了适合我校该专业的《自动控制原理》实验教学大纲，这是把握实验教学质量的重要环节，也是分析实验教学实际效果的重要依据，这一环节与实验教学相辅相成，为《自动控制原理》的实验仿真教学奠定了基础。

（2）实验教材的选择。针对我校电子信息工程专业学生特点，选择电子工业出版社出版，郑阿奇主编的《 MATLAB实用教程》为《自动控制原理》实验参考教材;仿真实验选用最新英文原版MATLAB 7.04 仿真软件，借助该软件实现计算机仿真《自动控制原理》实验，学生利用MATLAB/Simulink软件在计算机上仿真自动控制实验，增强了学生的研究能力和创新能力。

（3）实验项目安排。在《自动控制原理》实验教学过程中，按照实验教学大纲的要求，我们编写了基于MATLAB/Simulink的《自动控制原理》实验讲义，制作了《自动控制原理》实验教学课件，实验内容由简单到复杂。实验内容包括MATLAB基础应用;控制系统时域分析;根轨迹设计;控制系统频域分析;线性系统的校正以及自动控制系统的设计等，涵盖了《自动控制原理》课程的90% 以上的内容。

（4）实验授课方式与教学内容。针对我校实验教学条件，《自动控制原理》实验授课过程力求讲实效，循序渐进。实验授课方式以使用多媒体教学和对学生上机指导相结合，进行《自动控制原理》实验教学前，首先选用最新英文原版MATLAB 7.04，介绍MATLAB/Simulink软件。实验教学内容以《自动控制原理》实验教学大纲要求为依据，注重理论与实践相结合，培养学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。《自动控制原理》实验仿真平台在保证经典实验内容的基础上，增加了设计性和综合性内容，使实验内容更加新颖而全面。实验采用英文原版MATLAB/Simulink仿真软件，借助该软件实现计算机仿真《自动控制原理》实验，增强了学生的研究能力和创新能力;MATLAB/Simulink软件为全英文界面，可培养学生英语思维能力，有效地把科技英语和自动控制实验教学相结合，使得实验教学效果在专业和外语两方面双赢，有效提高了教学质量。

（5）实验成绩的评定。《自动控制原理》实验考核方法采用实验操作占40%、实验提问占20%、实验报告占40%等综合评定;本课程共安排六个实验项目，实验成绩为六项实验总评成绩。实验总评成绩占《自动控制原理》课程总考核成绩的20%。实验教学结束后，进行了《自动控制原理》实验教学问卷调查，通过学生问卷调查，取得满意的实教学效果。

三、《自动控制原理》实验教学改革的成效

基于MATLAB/Simulink的《自动控制原理》实验仿真平台的创建与研究，广泛收集国内外著名大学《自动控制原理》实验教学方法，研究资料，制定适合我该专业具体情况的《自动控制原理》实验教学大纲，择选合适的MATLAB/Simulink软件和参考书，合理组织实验教学内容，建立科学的实验教学方法和考核体系。比较传统的《自动控制原理》实验，在我校电子信息工程专业采用MATLAB /Simulink的计算机仿真《自动控制原理》实验取得了以下实验教学改革成效：

第一，传统的《自动控制原理》实验一般采用自动控制实验箱，学生仅根据实验模拟电路图接线，缺少主动性和创造性。在《自动控制原理》实验中采用MATLAB /Simulink进行计算机仿真，通过可视化、互动的仿真《自动控制原理》实验，对学生学好《自动控制原理》课程，培养创造性理念和实践能力有积极作用。

第二，通过《自动控制原理》实验仿真系统，学生利用MATLAB/Simulink软件就能在计算机上随时修改实验参数，仿真自动控制理论各种实验，可大大提高实验效率，改善实验效果，调动学生的积极性和创造性，培养学生的分析、设计和调试自动控制系统的能力。

第三，《自动控制原理》实验仿真平台在保证经典实验内容的基础上，增加了设计性和综合性内容，使实验内容更加新颖而全面，不但可以提高学生学习自动控制理论的积极性，还可以激发学生的设计意识，有利于理论和实践相结合。

第四，采取新的实验教学体系，利用MATLAB/Simulink全英文界面软件，可培养学生英语思维能力，把科技英语和《自动控制原理》实验教学相结合，使得实验教学效果在专业和外语两方面双赢。

四、结束语

在我校电子信息工程专业《自动控制原理》实验教学中建立新的《自动控制原理》实验仿真教学平台，采用MATLAB /Simulink计算机仿真实验，不但可以提高学生学习自动控制理论的积极性，还可以激发学生的设计意识，有利于理论和实践相结合，对我校《自动控制原理》实验教学改革与提高有着十分重大的现实意义，进一步提高了我校电子信息工程专业该类课程的实验教学水平，更好发挥《自动控制原理》课程的带动作用，为国内农业院校电子信息工程专业该类课程实验教学提供了经验。

参考文献

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[4]王正林，王开胜，陈国顺.MATLAB/Simulink 与控制系统仿真[M].北京：电子工业出版社，2005