实验一典型环节的模拟研究

2024-06-10

实验一典型环节的模拟研究（精选4篇）

实验一典型环节的模拟研究篇1

实验一典型环节的模拟研究

一、实验目的

1.熟悉THBDC-1型控制理论实验平台及“THBDC-1”软件的使用； 2.熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；

3.测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。

二、实验设备

1.THBDC-1型控制理论实验平台；

2.PC机一台(含“THBDC-1”软件)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线；

三、实验内容

1.设计并组建各典型环节的模拟电路；

2.测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响；

四、实验原理

自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析十分有益。

本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图如图1-1所示。图中Z1和Z2表示由R、C构成的复数阻抗。

1.比例（P）环节

比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。图1-1 它的传递函数与方框图分别为：

U(S)G(S)OK

Ui(S)

2.积分（I）环节图1-2

积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。它的传递函数与方框图分别为：

U(S)1 G(s)OUi(S)Ts

设Ui(S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T时的响应曲线如图1-3所示。

图1-3

当Ui(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K时的响应曲线如图1-2所示。3.比例积分(PI)环节

比例积分环节的传递函数与方框图分别为：

G(s)UO(S)R2CS1R21R21(1)Ui(S)R1CSR1R1CSR1R2CS其中T=R2C，K=R2/R1

设Ui(S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为

1、积分系数为T时的PI输出响应曲线。

图1-4 4.比例微分(PD)环节

比例微分环节的传递函数与方框图分别为：

G(s)K(1TS)R2(1R1CS)其中KR2/R1,TDR1C R1

设Ui(S)为一单位阶跃信号，图1-5示出了比例系数(K)为

2、微分系数为TD时PD的输出响应曲线。

图1-5

5.比例积分微分(PID)环节

比例积分微分(PID)环节的传递函数与方框图分别为：

1G(s)KpTDS

TIS其中KpR1C1R2C2，TIR1C2，TDR2C1

R1C2(R2C2S1)(R1C1S1)

R1C2SRCR1C1122R2C1S

R1C2R1C2S设Ui(S)为一单位阶跃信号，图1-6示出了比例系数(K)为

1、微分系数为TD、积分系数为TI时PID的输出。

图1-6 6.惯性环节

惯性环节的传递函数与方框图分别为：

G(s)UO(S)KUi(S)TS1当Ui(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且放大系数(K)为

1、时间常数为T时响应曲线如图1-7所示。

图1-7

五、实验步骤

1.比例（P）环节

根据比例环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元(U12、U6)设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。

R2R0R0uiR1-++-++uo图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。

电路中的参数取：R1=100K，R2=100K时，比例系数K=1。电路中的参数取：R1=100K，R2=200K时，比例系数K=2。

当ui为一单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测(选择“通道1-2”，其中通道AD1接电路的输出uO；通道AD2接电路的输入ui)并记录相应K值时的实验曲线，并与理论值进行比较。

另外R2还可使用可变电位器，以实现比例系数为任意设定值。

注：①实验中注意“锁零按钮”和“阶跃按键”的使用，实验时应先弹出“锁零按钮”，然后按下“阶跃按键”。具体请参考附录“硬件的组成及使用”相关部分。

②为了更好的观测实验曲线，实验时可适当调节软件上的分频系数(一般调至刻度2)和选择“”按钮(时基自动)，以下实验相同。

2.积分（I）环节

根据积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元(U12、U6)设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。

图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。

电路中的参数取：R=100K，C=10uF(T=RC=100K×10uF=1)时，积分时间常数T=1S；电路中的参数取：R=100K，C=1uF(T=RC=100K×1uF=0.1)时，积分时间常数T=0.1S；当ui为单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测并记录相应T值时的输出响应曲线，并与理论值进行比较。

注：由于实验电路中有积分环节，实验前一定要用“锁零单元”对积分电容进行锁零。3.比例积分(PI)环节

根据比例积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元(U12、U6)设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。

图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。

电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K×10uF=1S)时，比例系数K=

1、积分时间常数T=1S；

电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K×1uF=0.1S)时，比例系数K=

1、积分时间常数T=0.1S。

注：通过改变R2、R1、C的值可改变比例积分环节的放大系数K和积分时间常数T。当ui为单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测并记录不同K及T值时的实验曲线，并与理论值进行比较。

4.比例微分(PD)环节

根据比例微分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元(U12、U6)设计并组建其模拟电路，如下图所示。

图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。

电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1,T=R1C=100K×1uF=0.1S)时，比例系数K=

1、微分时间常数T=0.1S；

电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1,T=R1C=100K×10uF=1S)时，比例系数K=

1、微分时间常数T=1S；

当ui为一单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测(选择“通道3-4”，其中通道AD

3CR0R0uiR-++-++uo接电路的输出uO；通道AD4接电路的输入ui)并记录不同K及T值时的实验曲线，并与理论值进行比较。

注：在本实验中“THBDC-1”软件的采集频率设置为150K，采样通道最好选择“通道3-4(有跟随器，带负载能力较强)”

5.比例积分微分(PID)环节

根据比例积分微分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元(U12、U6)设计并组建其相应的模拟电路，如下图

图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。

电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C1=1uF、C2=1uF(K=(R1 C1+ R2 C2)/ R1 C2=2,TI=R1C2=100K×1uF=0.1S，TD=R2C1=100K×1uF=0.1S)时，比例系数K=

2、积分时间常数TI =0.1S、微分时间常数TD =0.1S；

电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C1=1uF、C2=10uF(K=(R1 C1+ R2 C2)/ R1 C2=1.1,TI=R1C2=100K×10uF=1S，TD=R2C1=100K×1uF=0.1S)时，比例系数K=1.1、积分时间常数TI =1S、微分时间常数TD =0.1S；

当ui为一单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测(选择“通道3-4”，其中通道AD3接电路的输出uO；通道AD4接电路的输入ui)并记录不同K、TI、TD值时的实验曲线，并与理论值进行比较。

注：在本实验中“THBDC-1”软件的采集频率设置为150K，采样通道最好选择“通道3-4(有跟随器，带负载能力较强)”

6.惯性环节

根据惯性环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元(U12、U6)设计并组建其相应的模拟电路，如下图所示。

图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。

电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K×10uF=1)时，比例系数K=

1、时间常数T=1S。

电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K×1uF=0.1)时，比例系数K=

1、时间常数T=0.1S。

通过改变R2、R1、C的值可改变惯性环节的放大系数K和时间常数T。

当ui为一单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测并记录不同K及T值时的实验曲线，并与理论值进行比较。

7.根据实验时存储的波形及记录的实验数据完成实验报告。

六、实验报告要求

所示。1.画出各典型环节的实验电路图，并注明参数。2.写出各典型环节的传递函数。

3.根据测得的典型环节单位阶跃响应曲线，分析参数变化对动态特性的影响。

七、实验思考题

1.用运放模拟典型环节时，其传递函数是在什么假设条件下近似导出的？

2.积分环节和惯性环节主要差别是什么？在什么条件下，惯性环节可以近似地视为积分环节？而又在什么条件下，惯性环节可以近似地视为比例环节？

3.在积分环节和惯性环节实验中，如何根据单位阶跃响应曲线的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数？

4.为什么实验中实际曲线与理论曲线有一定误差？

5、为什么PD实验在稳定状态时曲线有小范围的振荡？

实验二二阶系统的时域响应

一、实验目的

1.通过实验了解参数(阻尼比)、n(阻尼自然频率)的变化对二阶系统动态性能的影响； 2.掌握二阶系统动态性能的测试方法。

二、实验设备同实验一。

三、实验内容

=1和>1三种情况下的单位阶跃响应曲线； 1.观测二阶系统的阻尼比分别在0<<1，2.调节二阶系统的开环增益K，使系统的阻尼比1，测量此时系统的超调量%、2调节时间ts(Δ= ±0.05)；

3.为一定时，观测系统在不同n时的响应曲线。

四、实验原理

1.二阶系统的瞬态响应

用二阶常微分方程描述的系统，称为二阶系统，其标准形式的闭环传递函数为

2nC(S)

(2.1)22R(S)S2nSn2闭环特征方程：S22nn0

其解S1,2nn1，针对不同的值，特征根会出现下列三种情况： 1）0<<1（欠阻尼），S1,2njn122

此时，系统的单位阶跃响应呈振荡衰减形式，其曲线如图2-1的(a)所示。它的数学表达式为：

C(t)1112entSin(dt)2式中dn1，tg112。

2）1（临界阻尼）S1,2n

此时，系统的单位阶跃响应是一条单调上升的指数曲线，如图2-1中的(b)所示。3）1（过阻尼），S1,2nn1

此时系统有二个相异实根，它的单位阶跃响应曲线如图2-1的(c)所示。

(a)欠阻尼(0<<1)(b)临界阻尼(1)

(c)过阻尼(1)

图2-1 二阶系统的动态响应曲线

虽然当=1或>1时，系统的阶跃响应无超调产生，但这种响应的动态过程太缓慢，故控制工程上常采用欠阻尼的二阶系统，一般取=0.6~0.7，此时系统的动态响应过程不仅快速，而且超调量也小。

2.二阶系统的典型结构

典型的二阶系统结构方框图如图2-2，模拟电路图如图2-3所示。

图2-2 二阶系统的方框图

图2-3 二阶系统的模拟电路图（电路参考单元为：U7、U9、U11、U6）

图2-3中最后一个单元为反相器。由图2-3可得其开环传递函数为：

G(s)RXkK，其中：K1，k1(T1RXC，T2RC)

RS(T1S1)T2KT1其闭环传递函数为：W(S)

1KS2ST1T1与式2.1相比较，可得

nk111，T1T2RC2T2R k1T12RX

五、实验步骤

根据图2-3，选择实验台上的通用电路单元设计并组建模拟电路。1.n值一定时，图2-3中取C=1uF，R=100K(此时n10)，Rx阻值可调范围为0～470K。系统输入一单位阶跃信号，在下列几种情况下，用“THBDC-1”软件观测并记录不同值时的实验曲线。

1）当可调电位器RX=250K时，=0.2，系统处于欠阻尼状态； 2）若可调电位器RX=70.7K时，=0.707，系统处于欠阻尼状态； 3）若可调电位器RX=50K时，=1，系统处于临界阻尼状态； 4）若可调电位器RX=25K时，=2，系统处于过阻尼状态。

2.值一定时，图2-4中取R=100K，RX=250K(此时=0.2)。系统输入一单位阶跃信号，在下列几种情况下，用“THBDC-1”软件观测并记录不同n值时的实验曲线。

1）若取C=10uF时，n1；

2）若取C=0.1uF（将U7、U9电路单元改为U10、U13）时，n100。

注：由于实验电路中有积分环节，实验前一定要用“锁零单元”对积分电容进行锁零。

六、实验报告要求

1.画出二阶系统线性定常系统的实验电路，并写出闭环传递函数，表明电路中的各参数； 2.根据测得系统的单位阶跃响应曲线，分析开环增益K和时间常数T对系统的动态性能的影响。

七、实验思考题

1.如果阶跃输入信号的幅值过大，会在实验中产生什么后果？ 2.在电路模拟系统中，如何实现负反馈和单位负反馈？ 3.为什么本实验中二阶系统对阶跃输入信号的稳态误差为零？

实验三高阶系统的瞬态响应和稳定性分析（设计性实验）

一、实验目的

1.通过实验，进一步理解线性系统的稳定性仅取决于系统本身的结构和参数，它与外作用及初始条件均无关的特性；

2.研究系统的开环增益K或其它参数的变化对闭环系统稳定性的影响。

二、实验设备同实验一。

三、实验内容

观测三阶系统的开环增益K为不同数值时的阶跃响应曲线；研究三阶系统的稳定性。

四、实验原理

三阶及三阶以上的系统统称为高阶系统。一个高阶系统的瞬态响应是由一阶和二阶系统的瞬态响应组成。控制系统能投入实际应用必须首先满足稳定的要求。线性系统稳定的充要条件是其特征方程式的根全部位于S平面的左方。应用劳斯判据就可以判别闭环特征方程式的根在S平面上的具体分布，从而确定系统是否稳定。

本实验是研究一个三阶系统的稳定性与其参数Ｋ对系统性能的关系。三阶系统的方框图和模拟电路图如图3-

1、图3-2所示。

图3-1 三阶系统的方框图

图3-2 三阶系统的模拟电路图（电路参考单元为：U7、U8、U9、U11、U6）

图3-1对应的系统开环传递函数为：

G(s)K

S(T1S1)(T2S1)S(0.1S1)(0.5S1)K1K2，K11，K2K1K2式中=1s，T10.1S，T20.5S，K510（其中待定电阻RxRX的单位为KΩ），改变Rx的阻值，可改变系统的放大系数K。由开环传递函数得到系统的特征方程为

S312S220S20K0

由劳斯判据得

系统稳定

a)不稳定

b)临界

c)稳定图3-3三阶系统在不同放大系数的单位阶跃响应曲线

五、实验步骤

请自行提出实验步骤，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路。（K值可参考取5，12，20等）。完成实验报告，结合实验提出相应思考题。

K＝12

系统临界稳定 K>12

系统不稳定

其三种状态的不同响应曲线如图3-3的a)、b)、c)所示。实验四线性定常系统稳态误差的研究

一、实验目的

1.通过本实验，理解系统的跟踪误差与其结构、参数与输入信号的形式、幅值大小之间的关系；

2.研究系统的开环增益K对稳态误差的影响。

二、实验设备

同实验一。

三、实验内容

1.观测0型二阶系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应，并实测它们的稳态误差； 2.观测I型二阶系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应，并实测它们的稳态误差； 3.观测II型二阶系统的单位斜坡响应和单位抛物坡，并实测它们的稳态误差。

四、实验原理

通常控制系统的方框图如图4-1所示。其中G(S)为系统前向通道的传递函数，H(S)为其反馈通道的传递函数。

图4-1 由图4-1求得

E(S)1R(S)

1G(S)H(S)

（4.1）

由上式可知，系统的误差E(S)不仅与其结构和参数有关，而且也与输入信号R(S)的形式和大小有关。如果系统稳定，且误差的终值存在，则可用下列的终值定理求取系统的稳态误差：

esslimSE(S)

s0

（4.2）

本实验就是研究系统的稳态误差与上述因素间的关系。下面叙述0型、I型、II型系统对三种不同输入信号所产生的稳态误差ess。

1．0型二阶系统

设0型二阶系统的方框图如图4-2所示。根据式（4.2），可以计算出该系统对阶跃和斜坡输入时的稳态误差：

图4-2 0型二阶系统的1）单位阶跃输入（R(S)方框图

1）sesslimSS0(10.2S)(10.1S)11

(10.2S)(10.1S)2S32）单位斜坡输入（R(S)1）s2esslimSS0(10.2S)(10.1S)12

(10.2S)(10.1S)2S上述结果表明0型系统只能跟踪阶跃输入，但有稳态误差存在，其计算公式为：

essR0，其中KplimG(S)H(S)，R0为阶跃信号的幅值。

S01KP其理论曲线如图4-3(a)和图4-3(b)所示。

图4-3(a)

图4-3(b)2．I型二阶系统

设图4-4为I型二阶系统的方框图。

图4-4 1）单位阶跃输入

1S(10.1S)1E(S)R(S)

1G(S)S(10.1S)10SesslimSS0S(10.1S)10

S(10.1S)10S2）单位斜坡输入

esslimSS0S(10.1S)120.1

S(10.1S)10S这表明I型系统的输出信号完全能跟踪阶跃输入信号，在稳态时其误差为零。对于单位斜坡信号输入，该系统的输出也能跟踪输入信号的变化，且在稳态时两者的速度相等（即uruo1），但有位置误差存在，其值为..VO，其中KVlimSG(S)H(S)，VO为斜坡

S0KV信号对时间的变化率。其理论曲线如图4-5(a)和图4-5(b)所示。

图4-5(a)

图4-5(b)3．II型二阶系统

设图4-6为II型二阶系统的方框图。

图4-6 II型二阶系统的方框图

同理可证明这种类型的系统输出均无稳态误差地跟踪单位阶跃输入和单位斜坡输入。

当输入信号r(t)121t，即R(S)3时，其稳态误差为： 2SS21esslimS230.1

S0S10(10.47s)S当单位抛物波输入时II型二阶系统的理论稳态偏差曲线如图4-7所示。

图4-7 II型二阶系统的抛物波稳态误差响应曲线

五、实验步骤

1.0型二阶系统

根据0型二阶系统的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。

图4-8 0型二阶系统模拟电路图（电路参考单元为：U7、U9、U11、U6）

当输入ur为一单位阶跃信号时，用上位软件观测图中e点并记录其实验曲线，并与理论偏差值进行比较。

当输入ur为一单位斜坡信号时，用上位软件观测图中e点并记录其实验曲线，并与理论偏差值进行比较。

注：单位斜坡信号的产生最好通过一个积分环节(时间常数为1S)和一个反相器完成。2.Ｉ型二阶系统

根据I型二阶系统的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。

图4-9 Ｉ型二阶系统模拟电路图（电路参考单元为：U7、U9、U11、U6）当输入ur为一单位阶跃信号时，用上位软件观测图中e点并记录其实验曲线，并与理论偏差值进行比较。

当输入ur为一单位斜坡信号时，用上位软件观测图中e点并记录其实验曲线，并与理论偏差值进行比较。

3.II型二阶系统

根据II型二阶系统的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。

图4-10 II型二阶系统模拟电路图（电路参考单元为：U7、U9、U10、U11、U6）当输入ur为一单位斜坡(或单位阶跃)信号时，用上位软件观测图中e点并记录其实验曲线，并与理论偏差值进行比较。

当输入ur为一单位单位抛物波信号时，用上位软件观测图中e点并记录其实验曲线，并与理论偏差值进行比较。

注：①单位抛物波信号的产生最好通过两个积分环节(时间常数均为1S)来构造。②本实验中不主张用示波器直接测量给定信号与响应信号的曲线，因它们在时间上有一定的响应误差；

③在实验中为了提高偏差e的响应带宽，可在二阶系统中的第一个积分环节并一个510K的普通电阻。

六、实验报告要求

1.画出0型二阶系统的方框图和模拟电路图，并由实验测得系统在单位阶跃和单位斜坡信号输入时的稳态误差。

2.画出Ⅰ型二阶系统的方框图和模拟电路图，并由实验测得系统在单位阶跃和单位斜坡信号输入时的稳态误差。

3.画出Ⅱ型二阶系统的方框图和模拟电路图，并由实验测得系统在单位斜坡和单位抛物线函数作用下的稳态误差。

4.观察由改变输入阶跃信号的幅值，斜坡信号的速度，对二阶系统稳态误差的影响。并分析其产生的原因。

七、实验思考题

1.为什么0型系统不能跟踪斜坡输入信号？ 2.为什么0型系统在阶跃信号输入时一定有误差存在，决定误差的因素有哪些？ 3.为使系统的稳态误差减小，系统的开环增益应取大些还是小些？

4.解释系统的动态性能和稳态精度对开环增益K的要求是相矛盾的，在控制工程中应如何解决这对矛盾？

实验一典型环节的模拟研究篇2

该课程涉及知识面广、信息量大, 而且理论性和实践性较强, 特别是高职学生由于基础比较薄弱, 学习数学建模十分吃力, 系统分析也常常力不从心。因此, 该课程历来是高职相关专业教学改革的重点, 改革主要是对知识进行重构, 把学科体系的讲授内容变换成行动导向的学习内容。

在教学方法上, 大部分院校都使用了基于MATLAB软件的仿真教学。MATLAB中SIMULINK工具箱是系统分析和设计的有力工具。但从教学实践来看, 由于基础较差, 高职学生对MATLAB的运用有很大的障碍, 造成仿真学习效率不高, 教师往往要花很大的精力讲授仿真软件的使用。而且, 学生在仿真时看到的是数学模型, 而非真实的环节和系统, 使得学生学到的理论知识难以有效迁移。如果可以把真实环节、系统同其背后的数学模型对应呈现, 学生修改真实环节、系统的物理参数后, 马上可以看到数学模型的对应变化, 看到不同信号的响应情况。

虚拟实验平台即是把真实自动控制环节、系统同数学建模有机结合的实验平台。学生可以在平台上修改物理参数、改变输入信号、观察响应情况, 同时可以观察数学模型的变化情况。现以典型环节为例介绍虚拟实验平台的设计和开发。

基于MATLAB GUI的典型环节虚拟实验平台的设计

MATLAB开发环境提供了创建用户界面的捷径 (GUIDE) 。GUIDE可以根据用户GUI的版面设计过程直接自动生成M文件框架。设计之后的编码工作, 集中在相应的Callback函数上, 因此, 更加标准化和简化。

本实验平台的界面如图1所示。在最左边的设置面板中, 可以选择不同的典型环节, 如比例环节、积分环节、惯性环节、振荡环节等六种环节。在通过下拉菜单选定环节之后, 相应的模拟电路会出现在中间的展示区域, 对应的物理参数出现在设置面板中 (不同环节的构成不同, 参数有异) , 可以根据实验目的进行参数设置, 设置完毕确认后, 对应的数学模型马上予以呈现。可以选择不同的输入信号, 如脉冲信号、阶跃信号、斜坡信号、加速度信号等作为信号源进行实验。点击“运行”按钮, 输入信号和响应信号会以不同颜色对比呈现出来。由于本环节仅是虚拟实验平台的一部分, 所以还有一个返回主菜单按钮。还可以在本环节中加入菜单栏, 引入响应曲线存储、打印等功能。

典型环节虚拟实验平台的实现

虚拟实验环节的使用, 不涉及任何的编程。但是在实验功能的背后, 却离不开M-file编程与SIMULIK建模, 只不过这些对于使用者而言都是透明的。

(一) 模拟电路和数学模型的正确显示

首先应当把不同环节对应的模拟电路图片同.fig文件和.m文件存放于一个文件夹下, 以备读取, 然后在“环节选择”下拉菜单控件的callback函数中进行相应编程。调用get () 函数, 读取“环节选择”控件值, handles是包含所有控制句柄和用户数据的struc鄄ture。根据所做的选择调用显示对应的图片, 正确显示需要设置的参数名称, 禁用多余的数值输入框, 具体如下:

传递函数是以文本的形式显示在界面上 (当然也可以改为框图模式) , 用户输入的数值也是以字符串的形式。因此, 在对应的输入控件callback中要把字符串转换为数值, 并进行有效性检查。在“确定”按钮控件的callback函数应该进行正确的运算, 再把最终的结果以正确的表示形式显示。如下:

(二) 实验运行功能的实现

虚拟实验室运行功能的实现依赖于SIMULINK的正确建模, 以及根据面板设置的不同, 修改仿真模型相应环节的参数, 并把仿真结果读取到工作空间后, 正确显示在面板上。在本模块中, 在同一个.mdl文件中 (该文件与.fig等文件在同一文件夹下) , 针对四种输入信号, 各建立一个模型, 如对于阶跃信号如图2所示。

“运行”控件的回调函数要进行打开模型, 判断输入信号类型, 以便正确修改模块参数等等。

如果模型文件正确打开, 则根据选择的输入信号类型选择具体的模型, 然后根据选择的典型环节类型, 读取相关全局变量, 进行传递函数模块分子和分母矩阵表达式的设置:

kesai_wn与wn_wn是全局变量, 在参数设置“确定”控件的callback进行计算, 分别对应于振荡环节标准表达式中的2ξωn与ωn2。mat2str () 函数把矩阵转化为表达式, 这是由传递函数模块参数类型决定的。

simset () 函数是进行仿真的设置, 此处把基本工作空间设置为目标工作空间。至此, 在界面上就可以运行得到输入输出的对比曲线。

结语

本文所介绍的只是笔者教学实践中所使用的虚拟实验室的一部分, 虚拟实验室的构建思路是既可以进行虚拟的“实验” (看到表面发生了什么) , 也可以看到数学模型的变化 (本质上发生了什么) 。在后续单、双闭环调速系统的调试学习中, 改变PID调节器模拟电路的参数后, 幅频、相频特性以及响应曲线都对比显示出来, 能使学生清楚看到系统动态、稳态性能发生的变化, 以及时域、频域指标的情况, 学习效果较好, 解决了理论与实验相脱节的问题。

参考文献

[1]沈玉梅.MATLAB在《自动控制原理与系统》教学中的应用[J].职业教育研究, 2009 (11) :148-149.

[2]陈贵银.高职《自动控制原理与系统》课程教学改革探索[J].长沙航空职业技术学院学报, 2009 (3) :20-22.

实验一典型环节的模拟研究篇3

摘要：随着我国高等教育改革的推进，高校在开展实验教学课程时需要做好相应的质量评价工作，这样才能评估教学效果，帮助教师改进实验教学方案，以提升学生的实验水平，满足学生的学习需求。但是当前对实验教学环节质量评价研究较少，还没有形成相对完整的指标体系，使得实验教学数据分析存在不准确性，不利于实验教学相关工作的开展。本文通过对实验教学环节质量评价原则进行探讨，加深对实验教学评价的认识，然后对实验教学环节质量评价指标进行分析，为今后相关评价工作提供一定参考。

关键词：实验教学环节；质量评价指标；评价原则

【分类号】G647.38

前言

实验课程作为学生学习知识的重要课程之一，教师在课堂上要给予学生更多的空间，帮助他们去更好的理解相关理论，利用实践提升学生参与学习的兴趣，降低理论学习难度。在对教师实验教学质量进行评价时，相关人员需要从科学的角度分析，这样才能确保分析的准确性，公平、客观的反映实际教学状态，帮助教师找到自身教学中的不足，以达到评价目标。但是现实中，许多院校实验评价数据不够准确，评价的真实性存在疑问，因此需要加强对质量评价体系的建设，以满足实际实验教学需求。

1实验教学环节质量评价原则

1.1有效可行性原则

在进行实验教学环节质量评价时，应该要遵循有效可行性原则，提升评价质量，使其更加公正、客观。比如在制定量化方法时，要从实际数据出发，按照不同实验要求、不同实验科目、不同实验程序等开展评价，能够真实反映出教学质量，帮助教师找到教学问题，从而提升教学水平。

1.2科学导向性原则

实验教学具有科学性，因此在对其进行评价时要遵循科学导向原则。在进行评估和评价前，需要建立一套完善的体系，能够为评价的科学性提供依据，然后按照实验的相关要求开展评价，真正反映实验课程状况，体现出实验的规律，以满足学生发展要求，同时也需要适应实验评价发展趋势。在建立评价指标时，必须要明确、规范、可衡量，不仅让教师了解自身教学状况，也帮助实验室管理人员在掌握管理问题，为高校今后实验工作提供良好帮助。

1.3可操作性原则

可操作性原则作为评价的重要原则之一，在开展相关评价时要遵循实验教学发展规律。制定出的评价方案可以被具体操作，能够真实反映出实验水平。比如量化方法要保持客观性、评价依据要容易获得，能够将不同实验分别对待，使评价数据更加准确，满足当前实验发展要求。

1.4整体性原则

开展实验教学评价时，还要遵循整体性原则，即实验准备阶段到实验报告阶段，都要对其进行科学评价，对每一项数据、每一个操作流程、每一份实验方案都要进行测评，找到实验过程存在的不足，打出更有效的分数，从而达到评价的最终目标。通过这样的评价，评价人员可以从全局出发，避免评价结果的片面性，更好体现实验教学质量。此外，实验教学评价体系作为一个系统，还要具有一定的结构，并保证评价指标因素的主次性，使评价形成一个有机整体。

2实验教学环节质量评价指标

2.1教学体系指标

在对实验教学环节质量进行评价时，首先需要对实验教学体系的指标进行量化，比如对教师的教学方案进行分析，看是否具有系统化的优势，能否满足学生的实验要求。完善的教学体系可以充分发挥学生的才能，让学生找到参与实验课程的乐趣，同时也能够发掘他们的知识潜能，使其创造性思维得到进一步提升，最终达到实验课堂教学目标。除此之外，良好的教学体系还能够兼顾实践与理论之间的平衡，注重学生之间的合作。

2.2教学理念指标

教学理念指标也是衡量实验教学环节的重要因素，因此相关人员在评价时要注重教师理念的考察，观察教师在课堂上的整体把握状况，能够及时调整教学状态，将实验理念传达给学生，以达到课堂教学目标。在实验教学前，教师应该要制定相应的教学方案，秉承实验学习理念来提升学生动手能力，同时也可以增强学生对理论知识的理解力，降低学生学习难度，为学生的学习奠定良好基础。

2.3仪器设备指标

仪器设备是开展实验的基礎，因此在进行实验环节质量评价时，要对仪器设备进行评定，比如仪器设备是否完备、实验室设备性能是否良好、设备能否满足实验教学要求等，从而确保教学水平，让学生在实验过程中学习到更多知识。

2.4队伍人才指标

队伍人才建设也影响到实验教学环节评价质量，一个学校的实验室如果人才队伍比较专业，那么实验教学质量水平就较高，相反则较低。因此在今后的实验室建设中，学校要积极积极引进实验室专业负责人员、教师骨干队伍和实验考核队伍，让实验能够更加有序进行，帮助学生深入了解实验现象和实验结论，提升学生参与实验的积极性和主动性，为学生今后的学习奠定良好基础。

2.5管理方式指标

在进行实验教学评价时，评价人员还要做好管理方式指标建设，了解课堂上教师对学生学习的整体把握状况以及对学生的管理状况。通过对管理方式的评价，能够了解教师课堂上信息传授水平。比如对实验时间的安排、实验考勤记录等，都体现出教学实验的管理水平，能够帮助学生提升参与实验的意识，减少实验问题，以提升课堂教学质量。

3总结

综上所述，在对实验教学环节质量进行评价时，需要掌握科学的评价因素，以确保评价的准确性。在评价的过程中，相关人员需要从不同角度分析，找到与实验课堂有关的指标，从而充分展现出课堂教学质量，让教师能够了解自身教学状况，及时调整和改善教学方案，以提高实验课堂教学水平。除此之外，在评价时也要遵循科学原则，确保每一项评价数据的真实性和有效性，实现实验教学环节的良好发展。

参考文献：

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