面向“新工科”建设的项目导向MATLAB教改实践

由于简单、直观等优点,MATLAB已是本科阶段大多数工科学生需要掌握的技能之一。在此基础上,为顺应“新工科”建设,课程组在MATLAB教学过程中,采用基于项目导向的编程训练,通过给学生指定或让学生自拟研究题目的方式,引导学生查阅相关资料,了解所选研究题目的背景与研究动态;再利用掌握的MATLAB编程技能、工具箱和专业知识,完成研究题目。实现将课程教学与专业知识深度结合的教学目的,既培养学生针对问题的计算思维和编程能力,又促进学生对专业知识的深入理解和掌握,为学生今后开展相关研究奠定工程实践基础。

MATLAB在“张量分析”课程教学中的应用

张量分析是一种重要的数学工具,它在相对论、电磁场论和连续介质力学等诸多学科都有着广泛的应用。掌握这种数学工具,已成为从事相关科学研究的必备基础。然而,张量分析中非欧几里得空间局部切标架的存在,增加了张量计算和分析的复杂性。学生在学习“张量分析”课程时面临着抽象概念和复杂公式的理解上的困难。本文提出利用MATLAB工具在绘图、脚本编程和符号推导等方面的强大功能,从旋度分析、坐标变换和定理辅助证明这三个方面,并结合MATLAB脚本代码,展示MATLAB工具辅助于该课程教学的重要作用。教师借助该工具开展课程教学,将帮助学生有效提高对张量分析知识的理解。学生掌握了该课程的基础知识后,便能进一步使用MATLAB的张量工具箱或Pytorch深度学习库进行张量运算操作。

基于AMESim的柴油机SCR系统NO_(X)转化率仿真与验证

为研究车用柴油机SCR系统催化转化效率的影响因素,利用AMESim软件建立SCR系统仿真模型,结合台架试验,分析了排气温度、NO_(2)/NO_(X)值以及排气流量对系统NO_(X)转化率的影响。将不同温度下SCR系统仿真输出的NO_(X)转化率数据进行了实验验证,结果表明模型预测误差小于5%。仿真结果显示:SCR系统的NO_(X)转化率会随排气温度升高而明显增大,370~450℃为系统性能的最佳温度区间,NO_(X)转化率最大值均在88%以上。NO_(X)转化率随着NO_(2)/NO_(X)值的提高而增加,且当NO_(2)/NO_(X)值为55%~60%时达到峰值。当排气温度处于400~450℃之间时,NO_(X)转化率受排气流量影响较小,转化率稳定在90%左右。确定了SCR系统在发动机不同工况条件下的工作性能,为后续的尿素喷射控制研究提供指导依据。

基于Matlab的超磁致伸缩骨传导振子设计平台研发

针对声学领域中利用稀土超磁致伸缩材料(GMM)设计的微型骨传导振子结构设计计算复杂的问题,提出设计一款稀土超磁致伸缩骨传导振子的结构设计平台。在稀土超磁致伸缩换能器设计理论的基础上,利用Matlab强大的数据处理能力和GUI图形用户界面功能搭建了骨传导振子的设计平台。该平台可以对骨传导振子内部的GMM棒、激励线圈、预压力机构等部件进行设计计算,还可对骨传导振子的性能指标进行检验。该平台操作简单,可根据设计要求进行改变参数,有效地提高了设计效率。

基于MATLAB_App Designer电力电子虚拟仿真实验系统设计

根据MATLAB_App Designer提供的界面布局功能,运用MATLAB_Simulink搭建电力电子仿真模型,设计了一套人机交互式电力电子技术仿真实验系统。该系统包含典型的电力电子仿真模型和实例,可以帮助学生和工程技术人员学习电力电子电路的工作原理,分析和研究参数设置对电路电压、电流等波形的影响,有利于提高学习者对电力电子技术的研究和设计能力。

强化工程案例教学,促进研究能力培养——以“MATLAB与化工数值计算”课程为例

为了更好地培养学生基于科学思维和工程实践的研究能力,以大量真实化工案例剖析为驱动,将工程案例教学法有机融入“MATLAB与化工数值计算”各个教学环节,通过工程案例教学架构设计、工程案例教学群组开发、工程案例教学方案实施以及工程案例教学考核评价等多种教学方式来不断强化学生利用先进技术方法和工具解决化学化工过程复杂工程问题的专业综合能力,有效助力我国能源化工行业“工业4.0”的升级与改造。

基于Simcenter AMEsim与Matlab联合仿真的电液控制伺服系统模拟实验设计

针对传统液压油缸控制伺服系统模型的复杂可变性、系统参数不确定性和时变性等,设计一种基于Simcenter Amesim-Matlab联合仿真的电液位置伺服系统仿真模拟实验。以常规液压缸为实验设计对象,利用Matlab与Simcenter AMESim软件对电液伺服系统的模型辨识方法进行设计;基于相关传递函数,进行滑膜变结构控制器设计;将其应用到特定的变载荷条件下的恒速电液位置伺服系统实验仿真。仿真结果表明,该方法具有良好的实用性与有效性。该模拟实验仿真的开展可加深学生对电液位置伺服系统理论知识的理解,提升学生的综合运用能力。

基于MATLAB矢量化物质点法的车身防撞梁碰撞分析

基于MATLAB矢量化的物质点法(material point method,MPM)框架,分析车身前防撞梁的碰撞冲击问题。MPM在每一迭代步将物理参数在物质点和背景网格间相互映射,使用MATLAB矢量化框架可以使用户在快速入门的同时保证求解效率,其应力更新采用车身结构材料的弹塑性本构模型。前防撞梁碰撞冲击数值算例结果表明,MPM可以保证求解精度,同时矢量化技术可以大幅提高求解效率。

基于AMESim与MATLAB/Simulink的注油机电液比例流量控制系统设计

为满足注油机对流量控制的高精度要求,首先完成了注油机液压系统的设计,又以注油机电液比例流量控制系统为研究对象,分别利用AMESim与MATLAB/Simulink建立了液压系统模型与控制器模型,并通过联合仿真分析了系统在PID控制与模糊自适应PID控制下的控制效果。仿真结果表明:与PID控制相比,注油机电液比例流量控制系统在模糊自适应PID控制下其动态特性与控制精度得到明显提升。最后搭建了注油机电液比例流量控制系统测试平台,通过实验测试验证了仿真的准确性,表明了注油机电液比例流量控制系统的有效性。

MATLAB语言及其应用课程思政建设

MATLAB是应用最为广泛的科学与工程计算软件,它集科学计算、数据分析、编程、可视化绘图和动态系统建模仿真功能于一体,是本科生解决公共基础课和专业课问题的“计算神器”。在本科生“MATLAB语言及其应用”课程中,通过科教融合方式开展课程教学,不断增强课堂教学的实效性;同时引入思政元素,开展课程思政教学,在帮助学生们掌握科学计算语言的同时,培养其创新思维,塑造其科学文化素养,取得了良好教学效果。本课程采用的科教融合与课程思政相结合的教学模式有助于我国拔尖创新人才的培养。

基于MATLAB GUI的交流电路频率特性仿真教学平台设计

为了使学生更加直观地理解交流电路中的频率特性,构建了一种基于MATLAB GUI的交流电路频率特性仿真教学平台。该仿真平台包括RC滤波电路和RLC谐振电路两个模块,其中RC滤波电路能够实现低通滤波、高通滤波和带通滤波电路频率特性的仿真研究,RLC谐振电路能够实现串联谐振和并联谐振电路频率特性的仿真研究。借助该仿真平台,只需手动输入电路元件参数,就能获得各交流电路的幅频和相频特性曲线,最后将源程序封装成.exe文件。该仿真平台操作简单,便于任课教师和学生使用,能够显著地提高课堂教学质量。

以工程教育专业认证为导向的MATLAB课程教学改革与实践

针对机械设计制造及其自动化专业发展实际,将工程教育专业认证标准与“MATLAB应用基础”课程教学改革相结合。在认证背景与课改目标导引下,构建了翔实可行的教学改革研究方案。以实践试点教学为基础,从课程目标达成度、个体目标达成情况及定性评价3个方面进行成效分析,获得了良好的教学效果和目标达成度,并有针对性地提出了持续改进措施,有助于增强学生对于课程的学习体验与收获。为机械类专业MATLAB相关课程的教学改革与认证研究提供了参考思路。

基于Matlab的运动控制系统实验平台设计

针对运动控制系统课程在传统教学中,学生在课程理论知识学习和利用Matlab/Simulink仿真阶段,缺少实际控制单元设计与开发实际工程训练的问题,设计了一个基于Matlab的运动控制系统实验平台,在实验平台使用基于模型设计的方法可实现从仿真测试到实物测试一体化;通过介绍实验平台中的PC端环境配置流程以及实验平台中驱动器的构成给出了实验平台的总体设计方案;说明了实验平台应用基于模型设计的方法实现代码自动生成的流程,并对基于模型设计的开发流程进行了详细的阐述;通过案例永磁同步电机转速、电流双闭环控制系统在实验平台经过模型在环仿真、软件在环仿真、处理器在环仿真,最后到实验平台进行实物测试的流程与实验结果来达到验证实验平台的优点及其可行性和有效性的目的。

基于MATLAB的射频微波电路阻抗匹配教学软件设计

阻抗匹配是射频微波电路设计的重要内容,然而阻抗匹配方案众多且计算繁杂,原有教学大多以中心频率匹配的数学公式推导为主,学生难以理解不同匹配方案在较宽频带内的整体性能表现。为此,基于MATLAB App Designer开发了一款阻抗匹配设计和分析软件,可实现包含集总参数电感电容和分布参数微带线在内的多种宽带、窄带匹配方案,通过输入技术指标要求便可直接得到对应的电路结构、元件值以及S参数曲线。该软件操作简单、实时性强,可快速比较多种匹配方案的性能,加强学生对阻抗匹配的深层次理解,极大地辅助了教学和科研。

基于Matlab的项目式驱动法在《运动控制系统》课程教学改革中的研究

针对“运动控制系统”课程内容多、理论性强、实验调试复杂且效率低、教学效果不理想等突出问题,本文提出了基于Matlab的项目式驱动法。将《运动控制系统》课程教学内容以具体项目进行软件仿真,细化到对应项目中,采用图形直观的方式,很好的体现了项目与基本控制模块之间的联系。同时对课堂理论教学、实验教学及教学方法与手段、考核方式进行了改革。本文研究内容对于培养学生的学习兴趣、思维能力和工程能力都有很大的提升,对其它专业课程教学改革有一定的借鉴意义。

用分光计测三棱镜折射率光路图的MATLAB动画演示

建立了三棱镜光路图的数学模型,应用MATLAB绘制光路图,检验了模型的正确性.随着三棱镜的旋转,直观地演示了分光计中光路图和偏向角的变化过程,指出了最小偏向角.

OPC技术下MATLAB与组态王的水箱研究

当使用上位机软件来处理双容水箱等工业问题时,功能往往难以达到工业自动化的标准。然而,MATLAB优秀的工程计算特性使得它成为理想的选择。使用OPC技术来处理这个问题,并且经过实验,能够实现组态王和MATLAB之间的实时数据交换。

基于AMESim和MATLAB的液压调速回路仿真实验教学研究

在液压与气动技术实验教学中,为了让学生更加深入地了解液压调速回路的组成部分、工作原理以及回路系统的优缺点等,在探究性小班教学中引入了AMESim仿真软件和MATLAB软件。学生基于AMESim软件对3种节流调速回路进行搭建、调试、运行及分析,包括回路调速特性、供油压力变化、回路承受负值负载能力等,同时将回路速度-负载特性AMESim仿真结果与MATLAB理论仿真结果进行对比。通过调速回路的直观模型和仿真结果的可视化研究,引导学生对不同的液压与气动回路进行搭建和分析,帮助学生加深对不同回路功能特点的理解和认识,使得教学形式更加多样化。在实验教学中引入AMESim仿真软件,可以提高学生理论联系实际的能力,激发学生对液压传动知识的学习兴趣,培养其专业能力和实践应用能力。

基于MATLAB的两级NW型风电齿轮箱传动系统参数多目标优化

针对由两级NW型行星轮系串联构成的一种新型兆瓦级风电齿轮箱传动系统,建立体积最小和效率最高的多目标优化数学模型。设定两级行星轮数量,并形成5种方案。借助MATLAB工具成功求解并对比5种方案结果,得出结论:当两级行星轮数量为3时,该方案达到最优状态,符合常见的行星轮数量要求。

基于Matlab软件的傅里叶级数及其应用的教学实践探索

学生学习傅里叶级数及其应用时感觉晦涩难懂,计算烦琐,对该知识点掌握效果不佳。文章从傅里叶级数在高等数学课程中的学习,以及傅里叶级数在后继课程电路、信号与系统、电力电子技术中应用的学习均借助了Matlab软件。利用该软件直观地观察傅里叶级数,使学生更好地理解傅里叶级数的核心思想。并借助该软件完成傅里叶级数的数学计算,减轻学生计算负担,从而将更多的精力用于采用傅里叶级数解决实际工程问题。实践证明,该教学模式提高了学生对傅里叶级数及其应用的掌握。