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MATLAB在《航天器控制》多媒体教学的彻底应用 Complete Application of Multimedia Teaching with MATLAB in Spacecraft Control Long Yaosong ；Wen Xin； Nan Ying ；Wang Hao (① College of Aeronautics ，Northwestern Polytechnical University ， Xian 710072 ， China ； ② College of Astro nautics , Nanji ng Un iversity of Aeronautics and Astronautics ， Nanjing 210016 ， China) : Spacecraft Control is an important course in aerospace colleges. It is the basic course of undergraduates and graduates. It plays an important role in specialized courses. With the need of engineering knowledge, and the reduction of specialized courses hours, the model is very complex. So, how to improve the learning efficiency in such a short time becomes an urgent problem when teachers give lessons. 0 引言 目前，《航天器控制》课程一直采用“教师一黑板一学生” 或“教师一 PPT课间一学生”的课堂教学方式， 尤其当教师在黑 板上讲授航天器动力学控制系统的分析时， 往往需要使用几种颜 色的线条将他们区分， 而且曲线的准确度基本没有保证， 仅仅是 一种定性分析结果， 造成系统分析缺乏可视化的直观表现， 系统 响应的动态性难以体现，使得学生难以理解和接受。此外，由于 黑板式教学模式的缺点， 学生也很难理解复杂的航天器姿态运动 性能，更不能直观地得到系统特性的可视化测试结果， 造成学生 不能深刻地理解所得结论。 另一方面，航天器姿态控制的实践性教学环节也是该课程教 学的重要环节，但在航天器控制实验中由于现有硬件设备昂贵， 如购买一个仿真转台需要 50 万元左右，我国目前有很多重点工 科院校都兴办航天专业， 这些新办的航天专业没有完善的试验条 件，谈不上具备航天器物理仿真实验室， 所以不能为学生提供了 优良的实验条件， 很难达到良好的效果， 更不利于巩固课堂中的 理论知识。 综上所述， 《航天器控制》课程迫切需要进行教学方法和实 验方法的改革。 如何帮助学生理解与掌握课程中的基本概念、 基 本原理、基本分析方法以及培养学生综合运用所学知识解决实际 问题的能力，是本课程教学所要解决的关键问题。 在我国高校里，MATLA已经成为自动控制与各类高级课程 的基本数学工具， 成为各高校大学生、 研究生必须掌握的基础知 识与基本技能，将 MATLAB数字仿真用于《航天器控制》的教学 将为高校提供了一种很好的解决办法。 1MATLAB在《航天器控制》教学中的彻底应用 航天器系统建模数学模型是航天器控制系统分析研究 的基础。应用MATLAB甫助分析控制系统，首先也要建模，其建 模主要是以函数形式表示和 Simulink 模型。函数形式如：用 tf() 印函数来建立控制系统的传递函数模型，用 zpk0 函数来建立零 极点增益模型，用 tf2zp0 和 zp2tf0 函数来实现传递函数模型和 零极点增益模型的相互转换，用 cloop0 函数来建立单位反馈或 者用函数feedback。来构成其它反馈。Simulink是MATLA产品 中的图形化系统建模与仿真工具， 通过这个工具，用户可以采用 方框图建立系统的模型，比传统的仿真软件包用微分方程或差分 方程建模具有更直观、方便、灵活的优点。 例 1对于卫星系统，一般反馈控制系统的组成如图 1。 通过系统测试以及设定参数，得出如下系统闭环传递函数。 G( s)=■ Matlab 程序如下： num=[1,5] ； [z,p,k]=tf2zp(num,den) 运行结果为： z=0 -5.0000 p=-2.0000 -1.0000 -1.0000 k=1 结果表达式为：G （s） =■ 同理，可用 zp2tf0 函数来实现零极点增益模型向传递函数 模型的转换。 若已知系统零点（ -5，0） ，极点（ -2，0）、（ -1，0）、 （-1，