过程控制系统是一门应用性和实践性极强的课程,高职高专院校在教学过程中,对于过程控制系统的理论教学往往需要配合实验操作,以便学生可以更好地掌握相关的概念和方法。在教学改革的过程中,通过引入Matlab/Simulink仿真工具,可以强化实验教学环节,将抽象的过程控制理论形象化,取得了较为满意的教学效果。
Matlab是由MathWorks公司于1982年推出的高性能数学分析与运算可视化软件。它不仅提供了强大的矩阵处理和绘图功能,还特别适合于现代控制理论的计算机辅助设计。Matlab的强大功能使其在数据处理和数据分析方面具备显著优势,能够帮助学生和工程师高效地进行数值计算、符号计算和图形显示。
Simulink是Matlab软件的一个扩展工具箱,它为用户提供了动态系统建模和仿真的功能。Simulink的核心特点在于其可视化建模能力,用户可以通过简单的鼠标操作来构建直观的系统模型,并进行各种仿真,从而加深对过程控制系统的理解,并培养工程实施能力。Simulink的模块化和图形化界面极大地降低了动态系统建模的复杂性,学生和教师可以轻松地搭建起各种控制系统模型,并进行分析。
在高职高专的过程控制系统教学中,教学改革的新标准强调了能力目标、任务训练和学生主体三个核心要素。Matlab/Simulink作为教学辅助工具,能够很好地满足这些要求。教师可以利用Matlab/Simulink搭建各种控制系统,清晰展示过程控制系统的组成和各个环节的模型构造,并模拟系统运动过程。学生可以通过对控制系统特性的分析和比较,参与到教学活动中,提升学习兴趣,进而提高授课质量。
仿真应用部分中提到的“自衡的非振荡过程”,在工业生产中是一种常见的过程。教师在教授时,可以先使用理论分析法推导建模过程,然后在Simulink中建立模型。通过这种方式,可以直观地演示自衡非振荡过程的特性。同样,学生也可以通过Simulink对比例控制系统进行建模和分析,进一步增强理论知识的应用能力。
Matlab/Simulink在过程控制系统教学中的应用,不仅丰富了教学手段,加强了理论与实践的结合,还提高了学生的动手能力和实践技能。此外,通过仿真工具的应用,也能够帮助学生更好地理解抽象的理论知识,提升学生对课程内容的兴趣和参与度,从而达到教学改革的目标,提高教育质量。