在信息技术与教育技术相结合的今天,仿真技术在教学过程中的应用越来越广泛,特别是在工程教育领域,如《机械工程控制基础》这样的课程中,传统的课堂教学模式很难让学生深刻理解和掌握课程的知识点,更谈不上提高学生的实践技能。因此,江西应用工程职业学院机电工程系的张斌老师在其论文中探讨了如何利用MATLAB/Simulink软件进行《机械工程控制基础》课程的仿真教学,目的是为了提高教学效果和学生的实践能力。 在《机械工程控制基础》课程中,理论性强、知识面广、系统复杂的特点使得学生在理解和应用上存在较大困难。文章指出,通过引入MATLAB/Simulink软件,能够对抽象的理论模型构建系统传递函数环节,通过简化等效,并利用MATLAB软件中的Simulink功能进行仿真,得到系统闭环传递函数输出时间响应曲线。这样的方法可以让学生从时间曲线中直接读出结果,便于理解和掌握。 MATLAB是一个功能强大的数学类科技应用软件,除了具备卓越的数值计算能力外,还提供了专业水平的符号计算、文字处理、可视化建模仿真和实时控制等功能。在机械工程控制基础课程教学中,MATLAB/Simulink软件可以解决大量的数学计算问题和绘图问题,通过具体的工程实例分解为若干个知识点,并进行数学建模。通过系统分解,将工程实例化简为若干典型环节连接的闭环系统,然后利用MATLAB软件以多媒体形式演示给学生看,让学生学会如何对知识进行分解和重构,并培养独立分析问题和解决问题的能力。 Simulink是MATLAB的一个附加产品,提供了交互式的、基于图标的动态系统建模、仿真和综合分析的环境。通过Simulink仿真,可以直接在软件中绘制系统框图,分析系统的稳态性能和暂态性能指标,并定义输入信号和前向通道传递函数,最终通过Scope输出进行波形仿真,得到输出响应曲线。这样,学生通过观察输出时间响应曲线,可以直观地学习到系统动态特性的分析方法。 在传统教学中,对系统动态性能的分析往往涉及复杂的推理和计算。例如,要分析一个系统的稳态性能和暂态性能指标,需要先对该系统进行化简,求出系统的闭环传递函数,再通过闭环传递函数解出无阻尼振荡频率和阻尼比等指标,最后通过公式计算出最大超调量、调节时间和稳态误差等。这些计算量大,运用公式多,不易于学生掌握。 相比之下,通过MATLAB/Simulink进行仿真,可以将复杂的理论问题和工程问题转化为直观的图形和曲线,极大地简化了理论分析和计算过程。仿真结果可以快速得到,并且具有很高的准确性。学生通过观察系统输出时间响应曲线,便能够直观地读取系统的动态性能指标,如最大超调量、调节时间等,从而深入理解系统动态特性的变化规律。 MATLAB/Simulink软件在《机械工程控制基础》仿真教学中的应用,不仅能够帮助学生更直观地理解复杂的控制理论,还能够提高学生的实践操作能力,增强学生的学习兴趣和积极性,是现代教学技术发展的重要方向。通过这种教学方法的改革和创新,可以有效地提升工程教育的教学质量和效果。
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