[b]1引言 [/b]　　《自動控制原理》這門課程涉及到控制系統(tǒng)的模型建立、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本理 論和相關(guān)技術(shù)。其特點(diǎn)是概念抽象,數(shù)學(xué)含量大,計(jì)算繁雜,以致學(xué)生難于理解,而實(shí)驗(yàn)課是學(xué) 生很好地掌握《自動控制原理》理論課的重要組成部分，是更好地實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)際有機(jī)結(jié)合 的橋梁。搞好實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅可以使學(xué)生對所學(xué)理論知識有更深刻的理解和把握，有效地提 高教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)可以提高學(xué)生的動手能力和設(shè)計(jì)水平，更好地滿足社會對人才的要求。 　　傳統(tǒng)的自動控制實(shí)驗(yàn)一般采用自控實(shí)驗(yàn)箱，在實(shí)驗(yàn)箱面板上連接相應(yīng)的典型環(huán)節(jié)，通過對應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線及各項(xiàng)指標(biāo)。雖然這種方式可以一定程度地提高學(xué)生的動手能力，加深對課堂所學(xué)內(nèi)容的理解，但觀察效果不理想，學(xué)生僅根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)M電路圖接線，缺少主動性和積極性。 　　如果實(shí)驗(yàn)開始階段先讓學(xué)生利用Matlab軟件進(jìn)行仿真，得到完全理論分析的響應(yīng)，從而對實(shí)驗(yàn)箱操作起到正確的指導(dǎo)作用。學(xué)生一旦掌握這門語言，就可以很容易地利用軟件的相關(guān)命令函數(shù)做出所需的各種圖形，對自動控制理論課程學(xué)習(xí)有極大的促進(jìn)作用。 [b]2Matlab [/b]　　Matlab語言是集數(shù)值計(jì)算、符號運(yùn)算和圖形處理等強(qiáng)大功能于一體的科學(xué)計(jì)算語言,適用于 工程應(yīng)用領(lǐng)域的分析、設(shè)計(jì)和復(fù)雜計(jì)算,而且易學(xué)易用,不要求使用者具備高深的數(shù)學(xué)知識和編程技巧,現(xiàn)已成為大學(xué)教學(xué)和科研中最常用的工具,掌握該工具將大大提高課程教學(xué)、解題作業(yè)、分析研究的效率［1～3］。 [b]3Simulink與建模仿真 [/b]　　Simulink是一種用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真的軟件工具。他是Matlab的一個附加組件，用來提供一個系統(tǒng)級的建模與動態(tài)仿真工作平臺。用模塊組合的方法使用戶能夠快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型［4］。 　　Simulink模型可以用來模擬幾乎所有可遇到的動態(tài)系統(tǒng)，如模擬線性或非線性、連續(xù)或離散或者兩者的混合系統(tǒng)。同時(shí)，Simulink是開放式的，允許用戶定制自己的模塊和模塊庫，而且他比較詳實(shí)的幫助系統(tǒng)便于應(yīng)用［5］。 　　對于建模，Simulink提供了一個圖形化的用戶界面（GUI）,可以直接用鼠標(biāo)點(diǎn)擊和拖拉模塊的圖標(biāo)建模。這是以前需要用編程語言明確地用公式表達(dá)微分方程的仿真軟件包所無法比擬的。Simulink包括一個由信號源、接受器、線性和非線性組件以及中間的連接器件組成的模塊庫，同時(shí)可以根據(jù)用戶自己的需要創(chuàng)建相應(yīng)的模塊。 　　目前，隨著軟件的不斷升級和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，Simulink已經(jīng)在學(xué)術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，世界上很多知名的大公司已經(jīng)使用Simulink作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)的工具。 　　因此，在教學(xué)過程中加入Simulink的內(nèi)容，不僅可以激勵學(xué)生不斷地提出新問題，并對問題進(jìn)行建模分析，同時(shí)使他們的知識能夠?qū)W有所用。 [b]4利用Simulink進(jìn)行自動控制原理實(shí)驗(yàn)的仿真 [/b]　　把仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際的實(shí)驗(yàn)箱操作實(shí)驗(yàn)結(jié)合在一起，可以激發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)意識，有利于學(xué)生理論和實(shí)踐相結(jié)合。同時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)可以彌補(bǔ)實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中的某些局限和誤差。 4.1二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn) 　　其模擬電路如圖1所示。 由式（3）可知，改變比值R2/R1，可以改變二階系統(tǒng)的阻尼比ζ，改變RC值可以改變無阻尼自然頻率ωn。 　　二階系統(tǒng)電路的結(jié)構(gòu)如圖2所示。 .2仿真 　　利用Simulink建立仿真框圖如圖3所示。 或者表示為如圖4所示。 　　根據(jù)阻尼比ζ在不同的范圍內(nèi)取值，二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)對應(yīng)的運(yùn)動規(guī)律如下［6，7］： （1） ζ<0，響應(yīng)發(fā)散，系統(tǒng)不能正常工作。 　?。?） ζ＝0，系統(tǒng)以最快的速度進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，但響應(yīng)曲線是等幅振蕩的。 　?。?） 0<ζ<1,雖然響應(yīng)有超調(diào)，但是上升速度比較快，調(diào)節(jié)時(shí)間比較短。工程上把阻尼比ζ ＝0.707的二階系統(tǒng)稱為二階最優(yōu)系統(tǒng)。 　?。?） ζ≥1，響應(yīng)與一階系統(tǒng)相似，沒有超調(diào)，但調(diào)節(jié)速度慢，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)需要較長時(shí)間， 二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線如圖5所示。 其中，ζ<0對應(yīng)的是（R2/R1）<0，這在實(shí)際中是無法實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)閷?shí)際中的電阻值 為正，通過Simulink仿真可以解決這一問題。 　　通過仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在具體實(shí)驗(yàn)箱操作時(shí)，可以分別選擇R2=0 kΩ,140 kΩ,200 k Ω和400 kΩ進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作。這樣可以更好地實(shí)現(xiàn)“理論指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐反映理論”的 目的。 [b]5結(jié)語 [/b]　　通過把Simulink仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)結(jié)合，不僅更好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣 ，同時(shí)培 養(yǎng)了學(xué)生解決問題的能力，即先仿真分析方案的可行性和可能產(chǎn)生的結(jié)果，然后再進(jìn)行實(shí)際 實(shí)驗(yàn)過程，減少了盲目性，提高了學(xué)習(xí)效率。 [b]參考文獻(xiàn) [/b]［1］陳懷琛.Matlab及在電子信息課程中的應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè) 出版社,2002. ［2］李國勇.控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD［M］. 北京:電子工業(yè)出版社,2003. ［3］何衍慶.控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和應(yīng)用——Matlab語言的應(yīng)用［M］.北京:化 學(xué)工業(yè)出版社,2003. ［4］王沫然，陳懷琛.Simulink 4建模及動態(tài)仿真［M］.北京:電子工業(yè)出版社, 2002. ［5］蔡啟仲.控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)［M］.重慶: 重慶大學(xué)出版社，2003. ［6］王劃一.自動控制原理［M］.北京:國防工業(yè)出版社,2001. ［7］翁思義.自動控制原理［M］.北京:中國電力出版社,2001. 編輯：何世平