基于Multisim在自动控制原理实验教学中的应用

[摘 要 ]介绍Multisim软件的特点和仿真功能,并以运算放大器为核心的二阶电路为例,利用Multisim软件对自动控制原理课程实验的辅助教学进行探讨,以拓展Multisim的应用范围.

[关 键 词 ]实验教学 自控原理 Multisim

[中图分类号]G642.4 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2013）03-0234-01

引言

《自动控制原理》是自动化专业、电子信息科学与技术专业及相关的电类专业的一门重要的专业基础课程.它侧重于理论角度,系统地阐述了自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律,介绍了自动控制技术从建模分析到应用设计的各种思想和方法,内容十分丰富.通过自动控制理论的教学,应使学生全面系统地掌握自动控制技术领域的基本概念、基本规律和基本分析与设计方法,以便将来胜任实际工作,具有从事相关工程和技术工作的基本素质,同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力.

近几年来,本课程开始使用现代化教育手段,普遍采用多媒体教学,同时对实验手段进行了改革,在使用传统的模拟实验装置的同时,结合现代计算机仿真软件Multisim,利用计算机实现对控制系统的设计和分析,帮助学生理解自动控制理论.

本文介绍的Multisim是专用于电路仿真与设计的软件,其仿真设计结果更精确、更可靠.现以Multisim10在自动控制原理实验教学中的应用进行探索.

一、Multisim10概述

Multisim10界面直观,操作方便,元器件和仪器的图形与实物外形十分接近,且仪器的操作开关、按键也与实物极为相似.作为Multisim仿真软件的新版本,Multisim10不仅完善了以前版本的基本功能,更增加了许多新的功能,包括：更完备的元器件库；灵活方便的电路图输入工具；虚拟仪器和测试功能等.

二、二阶电路仿真举例

(一)建立二阶电路的仿真模型

启动 Multisim10应用软件,从其元件库中选择所需的电路元件,连接电路,如图1所示.它是一个以运算放大器为核心的二阶电路,利用Multisim示波器来观测控制系统稳态误差电路的输出变化情况.

(二)仿真分析

该二阶系统的传递函数是：

调节电位器R的大小以及开关的开合,可以观察到二级系统的延迟时间、上升时间、峰值时间、调节时间及超调量的变化等性能指标.当R变小时,系数的阻尼系数变大；反之系统的阻尼系数变小.

1.当SPST开关断开时的输出波形如图2所示（等于0,即无阻尼）.

2.R为250K 时的输出波形如图3所示（等于0.2,即欠阻尼）.

3.R为50K 时的输出波形如图4所示（等于1,即临界阻尼）.

4.R为25K 时的输出波形如图5所示（等于2,即过阻尼）.

三、结束语

利用Multisim10作为理论教学辅助工具实现实验教学,不但可以将一些内容较难、图形较多、用语言和文字难以表达或不易理解的抽象、复杂变化过程,通过仿真以波形活曲线的形式生动直观的演示出来,可以激发学生的学习兴趣和积极性,切实提高了学生分析问题和解决问题的能力,使同学们真正做到通过实验加深对理论课的理解,提高教学效果.

【参考文献】

[1]王冠华.Multisim 10电路设计及应用[M].北京：国防工业出版社,2008,1-3.

[2]胡寿松.自动控制原理[M].北京：科学出版社,2008,1.