《機械控制工程基礎(chǔ)》數(shù)學(xué)建模與計算機仿真實踐教學(xué)

1、?機械控制工程根底?數(shù)學(xué)建模與計算機仿真理論教學(xué)?機械控制工程基捶數(shù)學(xué)建模與計算機仿真理論教學(xué)1引言機電控制技術(shù)是機械、電子、計算機和自動控制等技術(shù)的有機結(jié)合,機械電子工程專業(yè)主要培養(yǎng)德、智、體全面開展,并能從事機電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)的設(shè)計、制造、運行的工程技術(shù)人才。學(xué)生通過學(xué)習(xí)可獲得工程師的初步訓(xùn)練,合適到企事業(yè)單位從事技術(shù)及管理工作。培養(yǎng)目的上主要包括以下幾個方面:(1)、系統(tǒng)地掌握機械制圖、力學(xué)、機械制造工藝等機械工程方面的根底理論、根本知識;(2)、掌握電子技術(shù)、微機應(yīng)用技術(shù)、檢測與控制技術(shù)的根本理論和根本知識;(3)、具有一定的機電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)的設(shè)計、制造、使用和維護(hù)的綜合才能;(

2、4)、具有一定的計算機應(yīng)用才能。atlab是矩陣實驗室(atrixlabratry)的簡稱,是美國athrks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件,用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境,主要包括atlab和siulink兩大部分。atlab作為現(xiàn)代數(shù)學(xué)計算和計算機模擬仿真的應(yīng)用軟件,將高性能的數(shù)值計算可視化,提供了大量的內(nèi)置函數(shù)從而被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域,已經(jīng)成為工科學(xué)生一門必備的數(shù)學(xué)工具。本文將機械工程控制的數(shù)學(xué)建模問題通過atlab來實現(xiàn),將傳統(tǒng)的問題通過現(xiàn)代化的工具實現(xiàn),以顯示atlab在機械控制工程中處理問題的快捷性與優(yōu)越性。2機電控

3、制課程特點機械控制工程根底是一門多學(xué)科穿插的根底課程,機電控制工程根底的根本問題是:建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型;系統(tǒng)分析計算;綜合校正確定控制規(guī)律。本課程的根本任務(wù),是使學(xué)生獲得機電控制系統(tǒng)的根本理論,掌握系統(tǒng)的根本分析方法和計算方法。為設(shè)計機電控制系統(tǒng)及后繼課程的學(xué)習(xí)和進(jìn)一步研究學(xué)習(xí)控制理論打下一定的基矗本課程中應(yīng)用的數(shù)學(xué)較多,在控制理論書籍中使用了大量的數(shù)學(xué),使得大多數(shù)機械類學(xué)生學(xué)習(xí)控制工程感到抽象和困難,對學(xué)習(xí)這些理論的目的性缺乏認(rèn)識,影響了學(xué)習(xí)興趣,學(xué)習(xí)效果欠佳。為幫助學(xué)生更好地理解根本概念,掌握根本理論和根本方法,將atlab先進(jìn)控制軟件工具以及教改和教學(xué)研究成果及學(xué)科最新開展引入教學(xué),使學(xué)

4、生加深對經(jīng)典控制理論的理解。仿真實驗內(nèi)容豐富靈敏,彌補了傳統(tǒng)實驗的缺乏。學(xué)生可不受實驗室的限制,只要有計算機,何時何地就能進(jìn)展。從應(yīng)用情況看,基于atlab的自動控制原理仿真起到了很好的輔助教學(xué)的作用,能把抽象的理論知識與可視的圖形結(jié)合起來,深化理論知識。3運用atlab實現(xiàn)系統(tǒng)分析范例atlab作為一種高性數(shù)值能計算軟件,其系統(tǒng)控制工具箱主要處理以傳遞函數(shù)為主要特征的經(jīng)典控制和以狀態(tài)空間為主要特征的現(xiàn)代控制中的問題。該工具箱對控制系統(tǒng)的建模、分析和設(shè)計提供了一個完好的解決方案,是atlab最有力和最根本的工具箱之一。其功能包括系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計。在工程控制中有很重要的影響。而早期的

5、控制系統(tǒng)分析過程復(fù)雜而耗時,如想得到一個系統(tǒng)的沖激響應(yīng)曲線,首先需要編寫一個求解微分方程的子程序,然后將已經(jīng)獲得的系統(tǒng)模型輸入計算機,通過計算機的運算獲得沖激響應(yīng)的響應(yīng)數(shù)據(jù),然后再編寫一個繪圖程序,將數(shù)據(jù)繪制成可供工程分析的響應(yīng)曲線。所以atlab控制系統(tǒng)工具箱和siulink輔助環(huán)境的出現(xiàn),給控制系統(tǒng)分析帶來了福音,只需要幾個命令就可實現(xiàn)復(fù)雜的人工工作,如圖1所示的伯德圖與奈奎斯特圖的繪制。4理論課程教學(xué)改革的施行為了突出重點,打破難點,在課程教學(xué)中盡量運用atlab進(jìn)展范例解析,形象地向?qū)W生展現(xiàn)機械控制工程中僵硬晦澀的數(shù)學(xué)內(nèi)容。為了讓學(xué)生加強對教學(xué)重點的掌握和難點的理解,實現(xiàn)教學(xué)目的,由淺入深分階段施行理論教學(xué)。首先是范例分析階段:由任課老師提供典型范例,進(jìn)展深化細(xì)致的講解,并針對不同知識點設(shè)計課程作業(yè),深化淺出的幫助學(xué)生完成從理論到理論的過渡,使學(xué)生掌握最根本的專業(yè)技能和根本理論。其次是模擬設(shè)計訓(xùn)練階段:由老師提供綜合范例,要求學(xué)生運用所學(xué)知識完成任務(wù),其目的是進(jìn)步學(xué)生的atlab應(yīng)用才能,穩(wěn)固掌握的機械控制工程知識和技能,增強創(chuàng)新的才能和意識。最后是綜合檢驗階段:由老師提供工程實際范例,檢驗自己分析問題與解決問題的才能,到達(dá)理論聯(lián)絡(luò)實際的目的,在理論中穩(wěn)固理論。?機械控制