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摘 要：MATLAB经过几十年的发展完善,已经成为国际公认的标准计算软件,并在大学里广泛使用,深受师生们的喜爱.在欧美的一些大学里,MATLAB已经成为理工科大学生、研究生、博士生必须掌握的基本工具之一.
关 键 词：MATLAB；机电一体化
中图分类号：G424文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）35-8012-02
MATLAB长于数值计算,能处理大量的数据,而且效率比较高,在科学计算领域已经成为主流工具.MATLAB能够与各种程序语言进行混合编辑,大大加快了实际开发周期.这也是它广泛应用于科学计算领域的一个重要原因.Simulink是MATLAB里的重要软件工具之一,其主要的功能是实现系统建模、仿真与分析,并可以对系统参数做适当修改,观察调试结果.Simulink实体图形仿真模型库里的模块就是实际工程里实物的图形符号,例如,代表电阻、电容、电源、电机、触发器等等实物的特有图形符号,它不是真实的物体,而是实际物体的图形化模型,具有实际物体的特征和属性.将这些图形符号连接就能成为一个电路、一个系统就可以进行仿真实验.
目前,MATLAB在国内本科教育及更高层次的教育教学中已有较多成功的应用案例.但在高职高专教学中,学生们的有限的英语水平对MATLAB中的Simulink仿真软件几乎无法使用,利用软件来进行实验仿真的可能性几乎为零.利用MATLAB能够与各种程序语言进行混合编程的功能,将VC编程与MATLAB环境整合成“开放式中文实验平台”,同时也可以补充传统硬件实验台元件参数难整定和实验固定的不足.
软件实验平台采用对话框操作形式,在主对话框里选择需要做的仿真实验,调出仿真模型后,用子对话框设置仿真参数,控制仿真运行.实验平台通过列表框可以选择需要进行的实验项目,列表框的内容是从程序初始化时程序所在目录的配置文件里读取的,实验名称及模型的文件名都保存在配置文件里.
软件实验平台的整个操作可以分解为：点击“进入实验”按钮,最小化窗口,打开Matlab引擎,选择列表框里的模型文件,执行相应子对话框,后恢复主窗口.点击“新建模型”按钮,弹出SimulinkLibraryBrowser对话框,操作者自行设计实验进行仿真研究.每个实验模型被不同的子对话框控制,根据实验需要自行设置相关参数.
下面以机电一体化专业的一门专业课程《电机及拖动》中的直流电动机的启动过程为例来说明应用MATLAB进行仿真的过程.
电动机的启动是指电动机接通电源后,由静止状态加速到稳定运行状态的过程.对直流电动机的启动一般有如下要求：要有足够大的启动转矩；启动电流要限制在一定的范围内；启动设备要简单、可靠.为了限制启动电流,他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻启动或降压启动,无论采用哪种启动方法都应保证电动机的磁通足够大,启动电流比较小.而仿真系统启动电流过大不会对设备有影响,但设定参数时一定要意识到.
直流电动机的启动仿真模型如图1所示.直流电源经理想开关加到电枢回路两端,电动机的励磁绕组也直接连接到直流电源,此为直流电机他励形式.电动机运转状态的信号检测端（m）经选路电器Selector选出转速w、电枢电流Ia与电磁转矩Te等送入示波器.电磁转矩Te作为负载加到电机的转矩信号输入端（TL）.仿真模型采用定时信号发生器Timer以控制理想开关的启动时间.
仿真模型中使用的模块分别为：直流电源DC240V、直流电动机DCMachine、理想开关IdealSwitch、定时信号发生器Timer、电压测量Us、选路器Selector、增益模块Gain、示波器Scope,属于电力系统模块集中的信号源模块组（ElectricalSources）、信号与系统模块组（SignalRounting）、输出池模块组（Sinks）等等.
模型仿真及仿真结果如下：
首先选择主菜单【Simulation】下的【ConfigurationParameters】子菜单,设置模型图参数为Ode23tb,设置仿真时间设为2s,其他设置取默认值；再选择主菜单【Simulation】下的【Start】,图中模型开始仿真,仿真波形如图2所示.
目前,多媒体技术广泛的应用于中、高等院校的教学中,该文提出应用Matlab的混合编程以及外部程序的编程接口技术,与VC混合编程,建立“开放式中文软件实验平台”,希望能起到抛砖引玉的作用.还应进一步研究通过Matlab引擎技术,同时深入课堂调研高职院校机电一体化专业电机与电气控制技术,电力电子技术学专业课程教学中所需要仿真的实验项目,建立仿真模型库和实验平台界面.