《计算机控制技术》课程中控制算法仿真平台设计

《计算机控制技术》课程中控制算法仿真平台设计

【摘 要】本文基于MATLAB建立了《计算机控制技术》课程控制算法仿真平台，通过友好的人机交互界面，实现控制算法的选择、参数的设置、动态仿真以及算法改进前后的控制效果对比等。将抽象的理论知识变成直观的感性认识，使学生能更直观、高效地理解和掌握所学内容，培养学习兴趣和能力，取得了良好的教学效果。

【关键词】控制；算法；仿真

0 引言

《计算机控制技术》是工业电气自动化、自动控制、计算机应用等专业的主要专业课程之一[1]。具有实践性和综合性强、课程抽象、学习难度大等特点。尤其是其中的控制算法，既是计算机控制系统的核心，也是整个计算机控制系统设计中的难点，并且由于控制算法数量多，理论性强，采用常规的讲授方法，学生不易理解，教学效果不是很理想。基于此，本文以MATLAB为工具，通过编写M文件、构建SIMULINK框图对主要算法进行仿真实现，并通过 GUI （图形用户界面 ）设计友好的人机交互界面，实现控制算法的选择、参数的设置、动态仿真以及不同算法的控制效果对比等。在建模仿真的过程中将抽象的理论知识变成直观的感性认识，使学生可以更直观、高效地理解和掌握所学知识，培养学生的学习兴趣和能力，提高教学质量。

1 仿真平台规划

MATLAB是目前应用最广泛的科学工程运算软件，内嵌的SIMULINK是MATLAB的重要组件之一，无需大量的程序代码，只需建立仿真框图即可实现对复杂系统的交互式动态建模、仿真以及综合分析，令繁琐的仿真实现过程变得清晰可见。MATLAB的M文件工作方式，可以将MATLAB的语言代码全部写在一个文本文件——M文件中运行，用户还可以根据需要自编一些函数，方便程序的修改与维护，提高代码的可重用性。MATLAB GUI是MATLAB的图形用户界面开发环境[2]，使用它，用户无需了解图形实现的细节内容，便可以绘制复杂的图形以及设计出美观、方便的菜单化和控件式的人机交互界面。本文使用SIMULINK、M文件以及GUI实现《计算机控制技术》课程中的控制算法仿真平台设计。

2 控制算法的M文件仿真

《计算机控制技术》课程中的控制算法主要有数字PID的各类控制算法、Smith补偿算法、最少拍控制器的设计方法、大林算法以及滞后过程的预估控制算法等。数字PID控制算法有常规算法和改进算法两大类，常规算法分为位置型和增量型，改进算法主要有积分分离PID算法、抗积分饱和PID算法、变速积分PID算法等，这部分使用M文件进行仿真。M文件仿真时，首先新建一个