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摘 要：自动控制系统的性能分析是自控原理学习中的主要内容，经典控制理论中对系统分析需要大量复杂的数学计算，学生感觉困难很大。笔者将MATLAB软件应用到教学中，在绘制输出响应曲线、数学建模等方面取得了良好的效果。
关键词：自动控制系统、MATLAB、性能分析
1 前言
自动控制系统性能分析由于其理论抽象、计算复杂，长期以来是高职电力类学生学习的难点。其中运用经典控制理论对控制系统的性能（稳定性、静态性能、动态性能等）进行分析，又是被学生公认为最难的内容。笔者发现，学生学习难的主要原因是数学基础不好，虽然能够理解基本的原理、定理，但是对于计算、作图很吃力，影响了教学效果。
MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的一种非常出色的工具软件，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测等领域。由于其具有简单易用的程序语言、强大的科学计算机数据处理能力和丰富的模块集合工具箱，所以将其应用在控制系统性能分析中，可以得到事半功倍的良好效果。笔者主要在以下几个方面做了初步探讨。
2 求取特征方程的零、极点
计算控制系统的特征方程的零、极点分布情况，在系统性能分析中处于基础地位，但利用常规方法计算，不可避免要求解高阶方程。在一般情况下，难度很大。如果利用MATLAB软件，却可以非常简单的求得结果。具体来说我们只需要将系统传递函数写成分子分母降幂形式，再将分子、分母的各阶系数输入MATLAB命令窗口即可。例如：
3 绘制系统响应曲线
绘制控制系统对一定输入下的响应曲线，对于系统的性能分析非常重要，系统的稳定性、静态性能、动态性能都都能从图形中得到。但按照常规方法，需要从系统的微分方程开始，进行拉普拉斯变换、反变换，求得系统的输出函数c（t）表达式，再由表达式描点绘制图形，不但计算量大、易出错，而且由于手工繪制的图形精確度不高，影响了性能分析的效果。应用MATLAB软件，绘制输出响应曲线，只需要将系统的传递函数及输入信号在命令窗口输入，即可轻松用plot绘图指令将曲线绘出。例如：
>> num=10；den=[1，2，10]； 输入系统传递函数
>> t=[0：0.1：10]；y=step（num，den，t）； 确定绘图要求及输入信号（单位阶跃）
>> plot（t，y） 绘图
即可得到以下图形：
4 建立系统数学模型及仿真
自动控制系统的建模、仿真是系统设计的主要工作，常规的方法需要进行复杂的计算、绘图。不但开发花费大、周期长，而且效果还不能保证。利用MATLAB进行建模、仿真。由于其具有图形化开发窗口和丰富的模块集合工具箱。能运用鼠标即可方便的完成以往复杂的设计工作。例如，设计一个采用比例调节器（放大增益35倍）调节三阶闭环控制系统。可以在MATLAB的Simulink窗口中新建一个空白模块窗口，用鼠标将各子模块库中所需要的模块拖入该窗口，再设置参数、连接信号线，即可得到如下控制系统方框图：
以上方框图设置完成后，点击窗口中仿真按钮即可得到控制系统在一定输入信号（图中是单位阶跃信号）下的输出仿真曲线，如下：
对于仿真图中表现出的控制系统性能缺陷，可以很容易通过修改图2中的相关环节、参数来校正，在此方面，MATLAB软件较之传统方法体现了巨大的优越性。
5 结语
MATLAB在系统开发、工程设计等方面具有很广泛的应用。目前，在工科专业教学中，MATLAB也逐步得到应用，开始展现其优越性。相信随着教学实践、研究的深入，该软件的应用广度和深度还将进一步得到扩展。
参考文献
[1]孔凡才.自动控制原理与系统[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2]罗军辉，等.MATLAB7.0在数字信号处理中的应用[M].北京：机械工业出版社.
作者简介：白刚，1971年生，重庆璧山人，湘西民族职业技术学院机电系教师，高级讲师，工学硕士，中南大学访问学者。主要研究方向：数字信号处理、高等职业教育。
关键词：自动控制系统、MATLAB、性能分析
1 前言
自动控制系统性能分析由于其理论抽象、计算复杂，长期以来是高职电力类学生学习的难点。其中运用经典控制理论对控制系统的性能（稳定性、静态性能、动态性能等）进行分析，又是被学生公认为最难的内容。笔者发现，学生学习难的主要原因是数学基础不好，虽然能够理解基本的原理、定理，但是对于计算、作图很吃力，影响了教学效果。
MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的一种非常出色的工具软件，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测等领域。由于其具有简单易用的程序语言、强大的科学计算机数据处理能力和丰富的模块集合工具箱，所以将其应用在控制系统性能分析中，可以得到事半功倍的良好效果。笔者主要在以下几个方面做了初步探讨。
2 求取特征方程的零、极点
计算控制系统的特征方程的零、极点分布情况，在系统性能分析中处于基础地位，但利用常规方法计算，不可避免要求解高阶方程。在一般情况下，难度很大。如果利用MATLAB软件，却可以非常简单的求得结果。具体来说我们只需要将系统传递函数写成分子分母降幂形式，再将分子、分母的各阶系数输入MATLAB命令窗口即可。例如：
3 绘制系统响应曲线
绘制控制系统对一定输入下的响应曲线，对于系统的性能分析非常重要，系统的稳定性、静态性能、动态性能都都能从图形中得到。但按照常规方法，需要从系统的微分方程开始，进行拉普拉斯变换、反变换，求得系统的输出函数c（t）表达式，再由表达式描点绘制图形，不但计算量大、易出错，而且由于手工繪制的图形精確度不高，影响了性能分析的效果。应用MATLAB软件，绘制输出响应曲线，只需要将系统的传递函数及输入信号在命令窗口输入，即可轻松用plot绘图指令将曲线绘出。例如：
>> num=10；den=[1，2，10]； 输入系统传递函数
>> t=[0：0.1：10]；y=step（num，den，t）； 确定绘图要求及输入信号（单位阶跃）
>> plot（t，y） 绘图
即可得到以下图形：
4 建立系统数学模型及仿真
自动控制系统的建模、仿真是系统设计的主要工作，常规的方法需要进行复杂的计算、绘图。不但开发花费大、周期长，而且效果还不能保证。利用MATLAB进行建模、仿真。由于其具有图形化开发窗口和丰富的模块集合工具箱。能运用鼠标即可方便的完成以往复杂的设计工作。例如，设计一个采用比例调节器（放大增益35倍）调节三阶闭环控制系统。可以在MATLAB的Simulink窗口中新建一个空白模块窗口，用鼠标将各子模块库中所需要的模块拖入该窗口，再设置参数、连接信号线，即可得到如下控制系统方框图：
以上方框图设置完成后，点击窗口中仿真按钮即可得到控制系统在一定输入信号（图中是单位阶跃信号）下的输出仿真曲线，如下：
对于仿真图中表现出的控制系统性能缺陷，可以很容易通过修改图2中的相关环节、参数来校正，在此方面，MATLAB软件较之传统方法体现了巨大的优越性。
5 结语
MATLAB在系统开发、工程设计等方面具有很广泛的应用。目前，在工科专业教学中，MATLAB也逐步得到应用，开始展现其优越性。相信随着教学实践、研究的深入，该软件的应用广度和深度还将进一步得到扩展。
参考文献
[1]孔凡才.自动控制原理与系统[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2]罗军辉，等.MATLAB7.0在数字信号处理中的应用[M].北京：机械工业出版社.
作者简介：白刚，1971年生，重庆璧山人，湘西民族职业技术学院机电系教师，高级讲师，工学硕士，中南大学访问学者。主要研究方向：数字信号处理、高等职业教育。