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。

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.

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。

基于MATLAB的曲柄摇杆机构优化设计方法分析及应用

以机构优化设计方法为研究对象,介绍了机械优化设计问题数学模型的建立方法、优化设计方法的选择和优化设计问题的编程与计算方法,并举例验证利用MATLAB优化工具箱对曲柄摇杆机构进行优化设计过程的合理性和可行性,可为平面运动机构的优化设计提供方法借鉴。

Matlab环境下拖拽式焊接机器人的运动学仿真实验

将某ER系列拖拽式焊接机器人作为仿真实验对象,利用MDH(modified Denavit-Hartenberg)方法确定其DH参数,创建对应的关节坐标系与DH模型。基于Matlab软件中Tool-box10.4版本展开运动学分析求解。利用齐次变换矩阵顺次相乘完成运动学正解的推导,使用牛顿-拉夫逊迭代法(Newton-Raphson method)求解逆运动学方程的封闭解,验证了机器人运动学建模的合理性。在Matlab中完成了轨迹规划,在关节空间下对运动轨迹分别采用了三次、五次插值规划方法。完成了机械臂全局与限定条件下的工作空间分析,整体仿真结果充分证明了拖拽式焊接机器人运动性能的合理与稳定。该方案为进一步实验与研发工作奠定了理论基础,对同系列或构型机械臂有实际应用意义。

一种抗屏摄攻击的DCT域深度水印方法

数字水印技术在多媒体保护方面发挥着巨大的作用,实际应用需求的变更推动了数字水印技术的发展。目前,基于深度学习的水印技术在鲁棒性上有了较大的提升,但水印的嵌入基本在空域进行,载体图像的失真仍然比较明显。此外,现有方法在面对摄屏攻击时效果不佳。为解决上述问题,提出了一种抗屏摄攻击的DCT域深度水印方法。该模型由DCT层、编码器、解码器和屏摄模拟层组成。DCT层将图像的Y分量转换为DCT域,然后编码器通过端到端训练修改DCT系数,将秘密消息嵌入到图像中。这种频域嵌入方法使得水印信息能够分布到图像的整个空间,从而减少了失真效应。此外,还提出了一个噪声层,用于模拟屏摄过程中特殊的摩尔纹和反光效果。训练过程分为两个阶段:在第一阶段,编码器和解码器进行端到端的训练;而在第二阶段,屏摄模拟层和传统的失真攻击被用来增强水印图像,然后使用失真水印图像来进一步优化解码器。大量的实验结果表明,该模型具有较高的透明度和鲁棒性,并且在屏摄鲁棒性方面优于其他方法。

MATLAB程序设计课程思政融合教学建设案例探究

在“三全育人”的鲜明导向下,全国高校以立德树人作为根本任务,正如火如荼地开展各学科各专业课程思政教学建设。MATLAB程序设计课程是各大理工科专业的本科生和研究生数学基础课程。该文以此课程为例,通过在教学内容中挖掘出具体的思政教学案例,旨在实现思想政治理论教育与专业课教育同频共振、相互促进,最后给出课程思政的教学效果考核依据。

基于MATLAB编程的碎屑岩粒度计算对比:以江西省会昌盆地上白垩统周田组为例

计算机强大的图像分析和统计功能在碎屑岩粒度测量过程中能够有效解决计算结果精度不足以及工作负荷大等问题。通过MATLAB编程语言对会昌盆地上白垩统周田组样品进行灰度化、二值化、自适应中值滤波、彩色标注等图像处理方式,准确测量出其粒度参数。结果显示:①MATLAB直接计算法与图解法所求得平均粒径分别为4.008φ和3.103φ(φ为粒级);标准偏差分别为0.8φ和0.803φ;偏度分别为-0.195φ和-0.041φ;峰度分别为0.911φ和0.916φ。两种计算方式中标准偏差和峰度误差较小,可以互相替代,而标准偏差和偏度误差程度较大,不可互相替代;②MATLAB直接计算方法与镜下岩矿鉴定均显示周田组整体磨圆度较差,碎屑颗粒呈棱角状-次棱角状,通过沉积环境判别公式反映周田组形成于河流相沉积环境中;③通过MATLAB编程语言,能够精准识别碎屑岩中颗粒轮廓及统计各项参数,对沉积物粒度研究提供了极大的便利,避免了人为主观因素干扰,提高了工作效率。