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《系统设计与仿真》课程教学大纲

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《系统设计与仿真》课程教学大纲

 

课程名称:系统设计与仿真

英文名称:Automatic Control System Design And Simulation

课程类型:专业平台课

总学时及学分:40学时、2.5学分

适应对象:自动化专业

主要先修课程:自动控制原理、电路分析基础、模拟电子技术、数字电子技术

执行日期:2017年9月

 

一、 课程的性质与任务

性质:《系统设计与仿真》是自动化专业设置的一门专业基础课。

任务:该课程任务是使学生掌握包括计算机仿真技术的基本概念、MATLAB语言概述与基本运算、绘图功能、控制系统的数学模型及其转换、连续系统的数字仿真、SIMULINK仿真集成环境、控制系统的计算机辅助分析和设计等,为专业课的学习和进一步深造打下必要的理论与实践基础,掌握必要的基本技能。

二、 课程的教学目标

知识目标:本课程主要以仿真软件MATLAB语言为基础,掌握控制系统仿真和辅助设计的基本技能。

能力目标:通过本课程教学使学生理解掌握计算机仿真的基本概念和方法,能够针对实际问题设计具体仿真方案。熟练掌握MATLAB软件的使用,能够对具体问题编写仿真软件。掌握控制系统常用仿真方法,能够熟练使用SIMULINK进行仿真。

素质目标:培养学生的自主学习能力;培养学生查阅期刊、杂志、网上资源解决实际问题的能力。

三、 教学内容及其基本要求

模块1 系统和控制系统

1、系统、模型、仿真的概念;

2、系统建模与仿真的发展历史与发展趋势及其应用。

教学基本要求:

1、了解系统与仿真的概念;

2、了解系统建模的应用。

教学重点:

控制系统仿真相关概念:系统、模型、仿真等。

教学难点:

系统与模型的概念。

模块2 MATLAB语言基础

1、使用MATLAB的窗口环境;

2、MATLAB矩阵运算及多项式处理;

3绘图简介;

4、MATLAB程序设计入门。

教学基本要求:

1、掌握MATLAB语言的特点、窗口命令、变量和数据显示格式、常见的数学运算符及基本数学函数、MATLAB空间、文件管理、学会使用帮助;

2、掌握矩阵输入、矩阵运算、矩阵操作、多项式处理;

3、掌握plot, figure, axis, text, gtext, title, xlabel, ylabel, zlabel, hold, legend, subplot, grid, semilogx命令的基本运用,了解bax, hist, stairs, stem, pie等应用绘图及三维绘图命令;

4、掌握MATLAB程序设计的基本原则、程序的编辑、程序种类、局部变量与全局变量的声明、常用编程命令、关系与逻辑运算符、程序流程控制(for/while)。

教学重点:

1、MATLAB软件中矩阵的运算、多项式处理;

2、MATLAB绘图的基本操作,Plot、figure、title, xlabel, ylabel, zlabel, hold, legend, subplot, grid命令的应用;

3、MATLAB程序设计的基本原则。

教学难点:

1、矩阵的乘法、多项式运算;

2、Plot、figure、title, xlabel, ylabel, zlabel, hold函数的组合应用。

模块3 控制系统的数学模型

1、控制系统的微分方程数学模型;

2、传递函数描述;

3、状态空间描述;

4、模型的转换与连接。

教学基本要求:

1、掌握线性定常连续系统微分方程求解指令ode23()、ode45()的使用;

2、了解连续系统的传递函数模型、零极点增益模型、部分展开式的相关指令;

3、了解状态空间表达式[A,B,C,D]

4、掌握数学模型转换指令residue;ss2tf;ss2zp等,系统模型连接及相应的指令,控制系统的模型属性及相应指令。

教学重点:

1、连续系统的传递函数模型、零极点增益模型的相关指令;

2、系统模型连接及相应的指令,控制系统的模型属性及相应指令。

教学难点:

连续系统的传递函数模型、零极点增益模型、部分展开式的相关指令。

模块4 控制系统的分析方法

1、稳定性分析;

2、控制系统的时域分析;

3、控制系统的频域分析;

4、根轨迹法。

教学基本要求:

1、了解零极点图绘制指令pzmap()的使用;

2、掌握单位阶跃响应step()、单位脉冲响应impulse()、时域分析函数help control;

3、掌握伯德图函数bode,奈奎斯特图函数nyquist,频率响应函数freqs;

4、掌握绘制根轨迹曲线函数:rlocus;rlocfind。

教学重点:

1、单位阶跃响应step()、单位脉冲响应impulse()、时域分析函数help control;

2、掌握伯德图函数bode,奈奎斯特图函数nyquist,掌握绘制根轨迹曲线函数:rlocus;rlocfind。

教学难点:

伯德图函数bode,奈奎斯特图函数nyquist,掌握绘制根轨迹曲线函数:rlocus;rlocfind。

模块5 Simulink仿真工具

1、Simulink概述;

2、Simulink模型举例及仿真方法;

3S-函数的编写。

教学基本要求:

1、掌握Simulink模型的仿真方法;

2、掌握S-函数的编写方法。

教学重点:

掌握Simulink模型的仿真方法。

教学难点:

Simulink模型的仿真方法。

模块6 控制系统的校正

1PID控制器的设计及参数整定

2三种控制系统校正方法

教学基本要求:

1、了解PID控制器的设计方法及参数整定方法

2、了解三种控制系统的校正方法。

教学重点:

PID控制器的设计方法及参数整定方法。

教学难点:

PID控制器的设计方法

四、各教学环节学时分配   

《系统设计与仿真》课程教学大纲

五、 教学建议

教师应对课程进行深入的理解,突出教学内容重点,应结合多种教学手段,应注意与学生的互动。

六、 考核评价方法及要求

学生最终成绩评定由考试成绩和平时成绩这两部分组成,其中平时成绩占30%,期末成绩占70%

七、 推荐教材与主要教学参考资源

[1] 张袅那.控制系统仿真[M].北京:机械工业出版社,2016.

[2] 王正林.MATLAB/Simulink与控制系统仿真[M].北京:电子工业出版社,2010.

[3] 薛定宇.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用[M].北京:清华大学出版社,2015.

 

 

 

制定者:许衍彬   2017年8月                           

审核者:张江亚   2017年8月

批准者:张景     2017年8月



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