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《控制系统仿真技术》教学大纲
一、课程基本信息控制系统仿真技术课程名称Technology ofComputer Simulationfor ControlSystem课程编码CTL110821020开课院部控制科学与工程学院课程团队控制系统仿真技术教学团队学分
2.0课内学时34讲授28实验6上机0实践0课外学时32适用专业自动化授课语言中文先修课程高等数学(2-1).高等数学(2-2)、电路分析、模拟电子技术、自动控制原理、现代控制理论控制系统仿真技术是以多学科理论为基础,以计算机及其相应的软件为工具,通过虚拟实验的方法来分析和解决问题的一门综合性课程,主要向学生介绍有关控制系统仿真的基本概念和原理,控制系统典型仿真程序和常用的仿真软件通过本课程的学习,学生应掌握控制系统数字仿真的基本概念和方法,针对实际问题能正确地选择仿真方法、建立仿真模型、编制仿真程序,对控制系统进行仿真研究;初步具有控制系统设计能力,掌握MATLAB语言的基本使用方法及在控制系统仿真上的应用(对应毕业要求
1.3,
2.3,
4.3,
5.4)Technology ofcomputer simulationfor control system isa comprehensivecourse basedon multi-disciplinary theory,which课程简介analyzes andsolves problemsby meansof virtualexperiment andcomputer andits correspondingsoftware.This coursemainly(限选)introduces thebasic conceptsand principlesof control system simulation,typical simulationprograms andcommonly usedsimulation software.Through thestudy ofthis course,students shouldmaster thebasic conceptsand methodsof digitalsimulation of controlsystem,correctly selectsimulation methods,establish simulationmodels,prepare simulationprograms,and conductsimulation researchon controlsystem modelsin viewof practicalproblems.The studentsshould preliminarilyhave theability ofcontrolsystemdesign,master thebasic operationsof MATLABand applicationsin simulationofcontrolsystems.Corresponding tograduation requirements:
1.3,
2.3,
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5.4负责人大纲执笔人审核人
二、课程目标毕业要求指标点序号代号课程目标0BE任务自选目标1掌握仿真的基本原理和作用,掌握控制系统各种数学模型的表示和转换方法,掌握各种数学模1Ml是
2.3型适用的仿真方法,掌握各种仿真方法的特点,掌握仿真技术发展的现状和趋势目标2掌握微分方程数值积分仿真方法,掌握线性状态空间模型数值离散化仿真方法,掌握传递函数2M2是
1.3模型频域离散化方法,掌握采样控制系统仿真方法目标3学习掌握MATLAB语言,掌握各种典型数学模型的仿真算法程序原理;掌握Simul ink建模仿真3M3是
5.4方法,能使用Simulink工具建立系统模型进行仿真4M4目标4掌握处理数据的方法,根据仿真数据能够分析实验结果的正确性,获得有效结论是
4.3
三、课程内容支撑课程课内课外序号章节号标题课程内容/重难点教学方式课外环节目标学时学时本章重点控制系统仿真的分类、数字仿真的基本概念本章难点控1第1章概述Ml/////制系统仿真示控制系统仿真中的控制系统的仿真方法及仿真实验的分类;系统仿真中的基本概念;系
21.1Ml2讲授2阅读基本概念统、模型与数字仿真的关系仿真的流程与步骤;介绍数字仿真软件与仿真技术的最新进展与在工
31.2仿真的流程与应用程中的应用,开拓学生的学术视野,激发学生的学习兴趣Ml1讲授1阅读本章重点MATLAB的主要组成、重要部件及MATLAB集成环MATLAB与4第2章境;控制工具箱M3////Simulink基础本章难点MATLAB编程语言的掌MATLAB主要组成、重要部件及MATLAB集成环境;MATLAB的通用命令;MATLAB基础知识、基本操作;数据结构;矩阵基础、矩阵操作
52.1MATLAB简介M32讲授2编程和基本矩阵;绘图;数据处理(线性代数的求解、常微分方程数值解);流程控制结构;MATLAB程序编写与调试Simulink建模基础知识;Simulink仿真方法;非线性系统分析与仿
62.2Simulink简介M31讲授/讨论1编程真控制系统数学模型本章重点系统内部模型和外部模型之间的转换本章难点初值不7第3章////及其转换为零的系统模型转
483.1线性连续系统常用模型转化-实现问题;线性连续系统模型、线性离散时间系统Ml2讲授1作业数学模型数学模型;初始状态的转化帮助学生深刻理解数学模型的重要性,引导学生探索问题的本质MATLAB转换数学方框图描述系统的化简、系统模型的相互转换;采用MATLAB转换数
93.2M32讲授/讨论2作业/编程模型学模型面向结构图的模型控制系统的结构(串、并、反馈)及其拓扑描述(典型环节、连接
103.3Ml2讲授1作业变换矩阵);面向结构图的模型变换面向状态方程的仿编制四阶龙格-库塔数值积分法仿真程序,掌握仿真程序结构、特点撰写实验报11实验1M42实验2真和使用方法,掌握MATLAB编程方法告本章重点数值积分法、时域离散相似法、频域离散相似法本章难12第4章控制系统数字仿真M2,M4////点龙格-库塔欧拉法、二阶龙格-库塔法和四阶龙格-库塔法;高阶微分方程的数
134.1数值积分法M24讲授/讨论4作业/自学字仿真时域离散相似法基本原理、状态转移矩阵的计算、增广矩阵法;面
144.2时域离散数字仿真M24讲授/讨论4作业向结构图的离散相似法仿真;非线性系统的数字仿真讲授/讨论/
154.3频域离散相似法替换法、根匹配法、可调整积分法M244作业/自学翻转课堂掌握时域离散相似法原理,针对控制系统结构图编写离散相似法仿时域离散相似法仿撰写实验报16实验2真程序,掌握含非线性环节控制系统的仿真方法,掌握SIMULINK建M42实验2真告立控制系统进行仿真的方法采样控制系统的数本章重点采样控制系统的数学模型、数字化PID控制算法本章难17第5章M2,M4////字仿真点纯延迟环书的仿真模采样控制系统的结构;采样控制系统的数学模型;连续系统离散相
185.1采样控制系统M21讲授/讨论1作业似法与采样控制系统之间的区别;采样周期与仿真步长采样控制系统数字
195.2不同采样周期下控制器差分模型转换;数字化PID控制算法M22讲授2作业/自学控制器纯延迟环书的仿真
205.3纯延迟坏书的仿真方法M21讲授1作业模型采样控制系统的仿编制PID控制程序,进行采样系统的仿真掌握采样系统的仿真方撰写实验报21实验3M42实验2真法告
四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比
1.完成每章布置的作业1平时表现15%
2.参加课堂活动,随堂提问、随堂测试、课堂讨论等
1.本课程6个学时实验,共三次实验2实验
2.成绩采用白分制,根据实验完成情况评分15%
3.考核学生利用Matlab仿真软件实现控制系统的仿真编程,并根据仿真数据分析实验结果的正确性L针对工业生产与社会经济中的实际系统,利用控制系统仿真技术进行建模与仿真,给出建模方案与详细程序3大作业20%
2.根据仿真数据分析实验结果的正确性,撰写报告
1.闭卷考试,成绩采用百分制,卷面成绩总分10分4期末考试
2.主要考核学生对系统仿真基本知识的掌握能力,学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力50%
3.题型主要有简答题、分析题、计算题等
五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1Ml期末考试60%依据试卷评分标准A-准确掌握仿真的基本原理和各种仿真方法的特点,掌握仿真的各种数学模型,并且可以熟练的进行不同数学模型之间的相互转换B-了解仿真的基本原理,较好的掌握仿真的各种数学模型,并且可以较为准确的进行数学模型2Ml平时表现20%之间的转换C-大致了解仿真的基本原理,系统的各种数学模型转换步骤基本正确D-不能掌握仿真的基本原理,不能完成仿真模型的相互转换A-控制系统模型建立准确,能够反映系统的主要特征B-控制系统模型建立较为准确,能够较为准确的反映系统3Ml大作业20%的主要特征C-控制系统模型建立基本准确,能够基本反映系统的主要特征D-控制系统模型建立不准确,不能反映系统的主要特征4M2期末考试50%依据试卷评分标准A-掌握常用数值积分法,准确利用数值积分法求解微分方程;掌握时域和频率离散相似法,能够熟练的利用时域5M2平时表现20%离散相似法将微分方程转换为差分方程,熟练运用频率离散相似法将传递函数转换为脉冲传递函数;熟练掌握采样控制系统在不同采样周期下的模型转换B-数值积分法求解微分方程步骤规范、结果较为准确,离散相似法求差分方程过程较为规范、结果较为准确c-数值积分法求解微分方程步骤基本合理,懂得离散相似法的原理,步骤基本规范【)-不能采用数值积分法实现微分方程求解,不能正确运用离散相似法心熟练掌握控制系统仿真法,能够运用合适的算法准确实现系统的仿真B-较为熟练掌握控制系统仿真方法,能够6M2大作业30%运用合适的算法较为准确地实现系统的仿真C-基本掌握控制系统仿真方法,能够运用算法基本实现系统的仿真D-未掌握控制系统仿真方法,不能运用算法实现系统的仿真7M3期末考试50%依据试卷评分标准A-能够熟练的运用MATLAB语言实现仿真算法;能够熟练运用Simulink仿真软件来进行控制系统的仿真B-掌握运用MATLAB语后实现仿真的主要算法;掌握Simulink仿真软件的主要模块C-了解MATLAB/Simulink仿真软件8M3平时表现20%的基本使用方法和基本算法D-不能运用MATLAB/Simulink仿真软件进行仿真A-熟练掌握Vatlab编程语言,编程思路清晰,程序运行正确B-较为熟练掌握Matlab编程语言,编程思路较为9M3大作业30%清晰,程序较为正确C-基本掌握Matlab编程语言,编程思路基本清晰,程序基本正确D-未掌握Matlab编程语言,编程思路没有条理,程序运行不止确A-能够建立实际系统的准确的数学模型,编写正确的程序实现数学模型的仿真,并对仿真模型进行适当的分析B-能够建立实际系统较准确的数学模型,编写较止确的程序实现仿真,并对仿真模型进行分析C-建立实际系统基10M4实验100%本正确的数学模型并编程实现仿真的主要步骤D-不能建立实际系统的数学模型,不能实现数学模型的仿真评分等级说明[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59];[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[A,B,C]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[六M,、N]教=材[与80参-1考00资,料0-79]序号教学参考资料明细1图书1系统仿真导论,肖田元,系统仿真导论,
2010.(*主教材)2图书1控制系统数字仿真与CAD,张晓华,机械工业出版社,
2010.3图书1控制系统计算机辅助设计一MATLAB语后与应用,薛定宇,清华大学出版社,
2012.4图书|计算机仿真技术与应用,吴旭光、王新民,西北工业大学出版社,
2004.5图书1控制系统MATLAB计算及仿真,黄忠霖,国防工业出版社,
2009.6图书1控制系统计算机仿真与CAD,陈在平,天津大学出版社,
2005.
七、实验项目信息序号项目名称实验室名称门牌号组人数学时实验类别要求实验类型上机计算机控制与仿真实验室1面向状态方程的仿真50201-22基础必做综合性是计算机控制与仿真实验室2时域离散相似法仿真50201-22专业基础必做综合性是计算机控制与仿真实验室3采样系统的仿真50201-22专业基础必做综合性是。