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1時(shí)間安排靈活性低

目前，開放性實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成為高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的一大趨勢，越來越多的高校實(shí)驗(yàn)室已從教師主體模式轉(zhuǎn)型為學(xué)生主體模式。但是即使是開放性實(shí)驗(yàn)室也遵循一定的作息制度，而科技創(chuàng)新對(duì)于學(xué)生來說屬于課外活動(dòng)，學(xué)生時(shí)間安排零散，申請(qǐng)時(shí)便常有“撞車”的情況出現(xiàn)，在本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊張的時(shí)間段中，創(chuàng)新小組更有可能長時(shí)間的申請(qǐng)不到實(shí)驗(yàn)室。除此之外，實(shí)驗(yàn)室中元件種類有限，學(xué)生在進(jìn)行科技創(chuàng)新活動(dòng)時(shí)只能基于現(xiàn)有元件進(jìn)行設(shè)計(jì)等等因素，也在一定程度上影響了學(xué)生對(duì)科技創(chuàng)新活動(dòng)的積極性。基于這種情況，將Matlab仿真軟件引入科技創(chuàng)新活動(dòng)中，將仿真與實(shí)作相結(jié)合、將虛擬實(shí)驗(yàn)與硬件實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，既能克服傳統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)室的局限性，又有助于開拓創(chuàng)新課題的思路，對(duì)開展大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)有極大的促進(jìn)作用。

2Matlab軟件在科技創(chuàng)新活動(dòng)中的應(yīng)用

Matlab軟件作為一種工程仿真軟件，在應(yīng)用代數(shù)、電工電子、自動(dòng)控制以及信號(hào)處理等多個(gè)專業(yè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中均有廣泛應(yīng)用。本文以直流電機(jī)控制系統(tǒng)為例，簡述Matlab軟件在科技創(chuàng)新活動(dòng)中的優(yōu)勢。

2.1多樣的建模方式

對(duì)于工程專業(yè)的仿真研究來說，建立系統(tǒng)模型是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)的第一步。Matlab軟件提供了基于代碼和模塊兩種建模方式，對(duì)于每一種模式的建模都具有較高的靈活度。利用Matlab軟件，可采用如下幾種建模方法：

2.1.1代碼編程實(shí)現(xiàn)利用m文件編寫代碼，實(shí)現(xiàn)模型建立。例如直流電機(jī)傳遞函數(shù)為。根據(jù)分析設(shè)計(jì)的需要，同樣可以利用相應(yīng)函數(shù)建立其零極點(diǎn)模型、狀態(tài)空間模型等。這種建模方法靈活性大，但對(duì)編程能力要求較高，系統(tǒng)比較復(fù)雜時(shí)，學(xué)生實(shí)現(xiàn)起來會(huì)有一定困難。

2.1.2傳遞函數(shù)模塊實(shí)現(xiàn)Matlab軟件中的Simulink工具是一種模塊化編程工具，模型庫中提供了多種元件模塊供用戶選擇。學(xué)生可以從中選擇需要的函數(shù)模塊，調(diào)節(jié)模塊參數(shù)，建立某一元件，或控制系統(tǒng)的仿真模型。

2.2豐富的元件模型

傳遞函數(shù)是一種線性數(shù)學(xué)模型，但是很多元件本身是非線性的。以直流電機(jī)為例，在很多情況下，可以將它的數(shù)學(xué)模型線性化后，用傳遞函數(shù)描述。但是在某些創(chuàng)新課題中，需要更精確的電機(jī)模型。而直流電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部數(shù)學(xué)關(guān)系比較復(fù)雜，即使已知各變量間的微分方程，對(duì)于本科學(xué)生來說，將其仿真實(shí)現(xiàn)也比較困難。Simulink中提供了豐富的元件庫，將很多元件集成模塊化，如圖3所示。通過調(diào)節(jié)電機(jī)、電壓源等元件的參數(shù)，可以對(duì)不同型號(hào)的電機(jī)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。這相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)室以虛擬儀器的形式，引進(jìn)了大量的工程實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對(duì)于學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)活動(dòng)給予了充分的技術(shù)支持，改善了傳統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)室中學(xué)生只能基于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有器材裝備進(jìn)行科技創(chuàng)新活動(dòng)的情況，除此以外，將Matlab軟件引入科技創(chuàng)新活動(dòng)，學(xué)生以仿真實(shí)驗(yàn)的形式進(jìn)行創(chuàng)新式的分析與設(shè)計(jì)，還有一個(gè)隱性的優(yōu)勢就是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)，不必?fù)?dān)心因設(shè)計(jì)失誤而造成元件或線路的損壞，這無形中減少了學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐時(shí)的顧慮，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新勇氣和信心。

2.3便捷的分析手段

對(duì)于工程專業(yè)的學(xué)生來說，分析與設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，是科技創(chuàng)新活動(dòng)的主流課題之一。學(xué)生在參加科技創(chuàng)新活動(dòng)之前已經(jīng)完成了相應(yīng)的先修課程，掌握了利用不同性能指標(biāo)分析系統(tǒng)性能的方法，這些方法大都基于系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)上的計(jì)算，對(duì)于比較復(fù)雜的實(shí)際系統(tǒng)，運(yùn)算量較大。Matlab軟件中提供了多種函數(shù)，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)域、頻域、以及根軌跡分析。以圖2所示直流電機(jī)控制系統(tǒng)為例，利用Matlab函數(shù)，可以很容易的畫出系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)曲線，如圖5（a）所示，根軌跡圖，如圖5（b）所示，和開環(huán)頻率響應(yīng)曲線，如圖5（c）所示。借助Matlab軟件分析系統(tǒng)性能，避免了繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，既提高了分析的準(zhǔn)確性，又節(jié)省了時(shí)間精力，學(xué)生可以將活動(dòng)的重心及早的放到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中去。

2.4靈活的時(shí)間地點(diǎn)安排

利用Matlab軟件將仿真實(shí)驗(yàn)與科技創(chuàng)新活動(dòng)相結(jié)合，相當(dāng)于學(xué)生將一間虛擬實(shí)驗(yàn)室搬到了個(gè)人電腦上。活動(dòng)地點(diǎn)不再局限于專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，小組成員可以在自習(xí)室、圖書館甚至寢室中進(jìn)行討論、交流、查閱資料以及編程設(shè)計(jì)等活動(dòng)，這極大的增加了學(xué)生規(guī)劃時(shí)間的自由度，同時(shí)，也改善了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室遇到問題查閱資料不便的情況，學(xué)生在遇到問題的時(shí)候，可以將電腦帶至移動(dòng)至圖書館、閱覽室等場所進(jìn)行創(chuàng)新活動(dòng)。當(dāng)遇到問題時(shí)，更可以帶著問題找導(dǎo)師，提高了學(xué)生與導(dǎo)師之間的交流效率。

3結(jié)論

科技創(chuàng)新是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維的重要實(shí)踐活動(dòng)，實(shí)驗(yàn)室則是支撐科技創(chuàng)新活動(dòng)的主要平臺(tái)。依托Matlab軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，將仿真與科技創(chuàng)新有機(jī)的結(jié)合起來，不僅極大的降低了創(chuàng)新活動(dòng)的成本，更給學(xué)生的創(chuàng)新選題以及實(shí)踐活動(dòng)提供了更大的自由度和發(fā)揮空間，激發(fā)了學(xué)生的興趣，也提高了創(chuàng)新活動(dòng)的質(zhì)量。

作者：馮程初俊博汪微檳單位：海軍大連艦艇學(xué)院