机械工程控制工程MATLAB教程,MATLAB在机械控制工程教学中的运用

第25卷第4期2004年12月华　北　水　利　水　电　学　院　学　报

Journal of N orth China Institute of Water C onservancy and Hydroelectric P ower

V ol 125N o 14Dec 12004

收稿日期:2004-07-10;修订日期:2004-09-08

作者简介:王丽君(1971-),女,河北清苑人,华北水利水电学院机械系讲师,信息工程大学在读博士研究生,主要从事机电控

制及信息、信号处理方面的研究.

文章编号:1002-5634(2004)04-0044-03

MAT LAB 在机械控制工程教学中的运用

王丽君1,2,苗　彬3,孟先新1

(1.华北水利水电学院,河南郑州450011;2.信息工程大学信息工程学院,河南郑州450002;

3.河南省机械设计研究院,河南郑州450002)

摘　要:为了解决机械控制工程绘图量大、计算量大的问题,引入了M AT LAB.以时域分析和频域分析中的具体实例,通过对比的手法,说明了M AT LAB 在机械控制工程基础教学中的应用.既有利于提高教学效率,又可培养学生分析和解决问题的能力.

关键词:M AT LAB ;机械控制工程;时域分析;频域分析中图分类号:TH 126 文献标识码:A

随着科学技术的发展,传统的教学媒体如黑板、

教科书承载信息的种类和能力都十分有限,远远满足不了现代教学的需要.而机械控制工程基础作为机电类专业的一门专业基础课,具有计算性强、绘图工作量大的特点.采用传统的教学方式,一方面需要花大量的时间在黑板上绘图和计算,在有限的学时内无法进行内容的扩展;另一方面学生理解和接授知识时感觉枯燥、难度大.计算机技术的飞速发展和M AT LAB 软件的推出,为机械控制工程基础的教学打开了方便之门.

1　MAT LAB 简介

M AT LAB 源于M ATrix 和LABoratory 两词的缩

写,是一套高性能的数值计算和可视化软件[1].由于

M AT LAB 提供了功能非常强大的矩阵处理和绘图功能,吸引了很多控制界的名家在自己擅长的领域编写了一些具有特殊意义的M AT LAB 工具箱,如控制系统工具箱、鲁棒控制工具箱、系统辨识控制箱等,从而空前扩大了M AT LAB 的功能,使其成为了国际上最流行的控制系统计算机辅助设计的软件工具.

2　MAT LAB 在教学中的应用

机械控制工程是研究机械工程技术中的广义系统在一定外界条件(输入或激励,包括外加控制与外

加干扰)作用下,从系统的一定初始状态出发所经历的由其内部的固有特性所决定的整个动态历程.主要包括时域分析、频域分析、稳定性分析、根轨迹分析、系统校正等.下面以时域和频域分析中的具体实例[2],说明M AT LAB 在其中的应用.2.1　时域分析

设有一个系统的传递函数如下,试求其闭环传递函数,并绘制输出量阶跃响应曲线和脉冲响应曲线

G (s )&＃61;

0.8

s (0.3s &＃43;1)(0.5s 2&＃43;0.7s &＃43;1)2.1.1　传统方法

首先根据开环传递函数求出闭环传递函数,再用部分分式展开法,进行拉普拉斯反变换,求出瞬态响应;然后根据不同时刻的t 值,求出对应的输出,再绘出系统在不同输入下的响应曲线.该方法繁琐,计算量大,且无法绘出准确的响应曲线.2.1.2　利用M AT LAB

根据M AT LAB 提供的命令和函数,通过编写m 文件,可以很容易地完成题目要求.在M AT LAB C ommand Windows 下新建一个M -file.程序为:clear all ,close all ;a0&＃61;[00000.8];b1&＃61;[10];b2&＃61;[0.31];