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(南京邮电大学自动化学院 江苏南京 210003)
摘 要：《线性系统理论》是控制科学与工程学科硕士研究生的重要基础课程之一.目前多采用“课堂讲授”辅以少量试验的传统教学方式,学生较难理解,教学效果差强人意.该文将MATLAB/SIMULINK引入到研究生《线性系统理论》课程的教学过程中,克服了传统教学方式存在的缺陷.不仅有助于加深学生对所学内容的理解和掌握,而且在培养学生分析、解决问题以及提高科研能力等方面有着积极的促进作用,取得了令人满意的效果.
关键词：线性系统理论 研究生课程教学 MATLAB/SIMULINK
中图分类号：TP13 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2015)04(c)-0081-02
《线性系统理论》是现代控制理论体系中最基本的分支,是控制理论与控制工程、系统工程等多个学科的硕士研究生学位课程.该课程与实际工程应用联系紧密,在整个专业知识体系中占据非常重要的地位.该课程属于原理性课程,涵盖了自动控制学科的一些最基本的理论、方法和知识点.现在该课程的教学通常采用传统的“课堂讲授”再辅以少量试验手段来进行,存在如下问题：因为该课程理论性强,较为抽象,单纯的课堂教学较为枯燥；同时试验依赖于客观条件,试验结果有时并不理想,起不到应有的辅助理解作用.上述原因,使得传统教学方法的教学效果不够理想.如何在课程教学中,使学生在学习线性系统理论基本内容时,能更深刻地领会和掌握理论本质,是课程教学过程中面临的难题.
MATLAB/SIMULINK具有功能丰富的应用工具箱,为用户提供了大量方便实用的处理工具,深受工程技术人员及科技专家的欢迎,目前已成为科学分析和计算领域的主流软件.对于控制科学与工程等相关工科专业来讲,MATLAB/SIMULINK的控制系统工具箱含有丰富的线性连续系统时域分析功能,编程简洁、仿真效果非常直观.我们将充分利用MATLAB/SIMULINK的上述优点,将其应用于《线性系统理论》的教学,来克服传统教学方式的缺陷,使学生可以直观理解课程内容的重点,掌握分析问题的方法,同时对学生科学研究能力的培养也具有积极作用.
1.MATLAB/SIMULINK在《线性系统理论》教学中的应用例
系统的状态观测问题是线性系统理论中一个重要问题,需要根据响应曲线来分析观测器性能,而上述图形均需要复杂的计算过程,常常花费大量的时间,并且效果并不直接.为此,可以利用MATLAB/SIMULINK提供的M-函数程序包,可以很方便地调节各种控制参数,使学生直观了解设计参数变化对控制系统动态特性的影响.这解决了传统理论教学中教师板书画图耗费时间及不准确的弊端,有利于学生对抽象理论的理解,极大地提高了课堂效率.
下面,通过一个具体实例来说明MATLAB/SIMULINK在线性系统理论教学中的应用.
例1.状态观测问题是线性系统理论中的一个难点,需要学生了解其内在的原理,明白观测器参数在其中所起得作用.通过一个例子对MATLAB/SIMULINK的应用做进一步阐述.
线性系统如下
然后调用上述程序：
显然,观测器的观测效果非常直观的体现在了仿真图形中,学生还可以根据需要,在程序中调节观测器的参数设置,观察不同参数设置下的系统瞬时响应.
2.结语
MATLAB/SIMULINK的引入,使《线性系统理论》的教学由原来枯燥的纯原理性“静态”教学,转变为形象生动的、与工程实际紧密结合的“动态”教学.通过这种途径,使学生能直观地领会和理解分析方法和处理结果.另外,MATLAB/SIMULINK的引入还可以帮助学生熟练掌握该软件,并将其应用于解决控制系统的分析和设计问题,对学生科学研究能力的培养也有很大的促进作用.
参考文献
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线性系统理论:麻省理工开放课程：微分方程.第11集.二阶齐次线性方程相关理论.中英双字幕
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线性理论范文
线性系统理论参考文献总结:
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来源：豆几宝
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