《控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真》教學(xué)大綱（本科）

《控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真》教學(xué)大綱課程英文名ControlSystemDesign&Simulation課程代碼O1MOO8O學(xué)分2總學(xué)時(shí)32理論學(xué)時(shí)16實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)16課程類別專業(yè)教育課課程性質(zhì)任選先修課程《C語言程序設(shè)計(jì)》《自動控制理論》、《現(xiàn)代控制理論》適用專業(yè)電氣工程及其自動化開課學(xué)院機(jī)電學(xué)院執(zhí)筆人審定人制定時(shí)間2018年5月注：課程類別是指公共基礎(chǔ)課/學(xué)科基礎(chǔ)課/專業(yè)課；課程性質(zhì)是指必修/限選/任選。一、課程地位與課程目標(biāo)（-）課程地位《控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真》是電氣工程及其自動化專業(yè)的選修課，教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生使用MATLAB對控制系統(tǒng)進(jìn)行方便有效的分析設(shè)計(jì)和仿真。MATLAB是國際控制界最為流行的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及教學(xué)工具軟件，通過對MATLAB,尤其是針對應(yīng)用廣泛的控制系統(tǒng)中相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，不僅使學(xué)生鞏固對控制系統(tǒng)理論的基本概念和基本方法的理解，而且使學(xué)生掌握用MATLAB提供的功能強(qiáng)大、編程方便的控制系統(tǒng)工具箱函數(shù)來對控制系統(tǒng)進(jìn)行方便有效的分析設(shè)計(jì)和仿真。（二）課程目標(biāo).對UATLAB數(shù)值計(jì)算及程序設(shè)計(jì)有基本的認(rèn)識，了解SIMULINK動態(tài)仿真集成環(huán)境及其程序設(shè)計(jì)。了解我國在控制仿真領(lǐng)域所具有的優(yōu)勢和劣勢，提高學(xué)生思想政治覺悟，認(rèn)識自我，增強(qiáng)自信。.熟悉控制系統(tǒng)的基本理論（模型變換、時(shí)域分析?、頻域分析?、系統(tǒng)校正、極點(diǎn)配置和觀測器設(shè)計(jì)），掌握常用的控制系統(tǒng)工具箱函數(shù)及MATLAB語言編程實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的模型變換、時(shí)域分析、頻域分析、系統(tǒng)校正、極點(diǎn)配置和觀測器設(shè)計(jì)，以提高個(gè)人的控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)能力。.通過實(shí)驗(yàn)鞏固所學(xué)內(nèi)容，能解決相關(guān)的控制系統(tǒng)問題，能通過互聯(lián)網(wǎng)、文獻(xiàn)資料鞏固和拓展所學(xué)知識。.能做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，能培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的分析問題與解決問題能力。二、課程目標(biāo)達(dá)成的途徑與方法以課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)并重..課堂教學(xué)主要講解控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法、MATLAB數(shù)值計(jì)算、SIMULIMK動態(tài)仿真集成環(huán)境、基本程序設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)工具箱函數(shù)。通過實(shí)例的講解，使同學(xué)們更好地熟悉或掌握控制系統(tǒng)的模型變換、時(shí)域分析、頻域分析、系統(tǒng)校正、極點(diǎn)配置和觀測器設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)能力。課堂教學(xué)盡量引入互動環(huán)節(jié)，使同學(xué)們能更好地融入課堂教學(xué)，提高教學(xué)效果。.實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要通過給定題目由學(xué)生所掌握的MATLAB語言知識進(jìn)行編程、調(diào)試并運(yùn)行，培養(yǎng)學(xué)生熟練運(yùn)用所學(xué)知識，分析與設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的能力。

三、課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系注：1.支撐強(qiáng)度分別填寫H、M或L（其中H表示支撐程度高、M為中等、L為低）。課程目標(biāo)課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐程度（H、M.L）畢業(yè)要求2畢業(yè)要求4畢業(yè)要求5課程目標(biāo)1HLM課程目標(biāo)2MHM課程目標(biāo)3HMM課程目標(biāo)4MHM_2.不涉及工程教育認(rèn)證的公共基礎(chǔ)課程（含必修和選修）不填寫上表。3.各專業(yè)的非公共基礎(chǔ)課程的畢業(yè)要求須根據(jù)課程所在專業(yè)培養(yǎng)方案進(jìn)行描述。四、課程主要內(nèi)容與基本要求基本要求：L1-了解，L2-理解，L3-掌握，L4-熟練掌握知識點(diǎn)主要內(nèi)容基本要求第一章概述①控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法L1②系統(tǒng)、模型與數(shù)字仿真L1③控制系統(tǒng)CAD與數(shù)字仿真L1第二章MATLAB與SIMULINK基礎(chǔ)①M(fèi)ATLAB與SIMULINK簡介、MATLAB的操作與使用L2②矩陣運(yùn)算L2③繪圖、數(shù)據(jù)處理、流程控制等L3?SIMULINK動態(tài)仿真集成環(huán)境介紹L3第三章控制系統(tǒng)的基本理論控制系統(tǒng)的模型變換、時(shí)域分析、頻域分析、系統(tǒng)校正、極點(diǎn)配置和觀測器設(shè)計(jì)（回顧自動控制理論、現(xiàn)代控制理論所學(xué)內(nèi)容）L2第四章控制系統(tǒng)工具箱函數(shù)①控制系統(tǒng)模型建立、轉(zhuǎn)換、簡化等功能函數(shù)（舉例分析）L4②時(shí)域響應(yīng)函數(shù)L4③根軌跡、系統(tǒng)分析工具LTIVIEWL4④頻域響應(yīng)函數(shù)L4第五章控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)①控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)（串聯(lián)校正）L3②極點(diǎn)配置與觀測器設(shè)計(jì)L3五、課程學(xué)時(shí)安排

章節(jié)號教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)分配學(xué)生任務(wù)對應(yīng)課程目標(biāo)作業(yè)要求自學(xué)要求討論第一章控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法獺、則涉存仿真控制系統(tǒng)CAD與數(shù)字仿真2課前自學(xué)了解MATLAB,復(fù)習(xí)自動控制理論1第二章MATLAB與SIMULINK簡介、MATLAB的操作與蝴矩陣運(yùn)算2課前自學(xué)基本的數(shù)據(jù)賦值、運(yùn)算1、22.3繪圖、數(shù)據(jù)處理、流程控制等4完成實(shí)驗(yàn)1課前自學(xué)繪圖、程序控制語句1、22.4SIMULINK動態(tài)仿真集成環(huán)境介紹4完成實(shí)驗(yàn)4課前自學(xué)SIMULINK,PID算法1、2、3、4第三章控制系統(tǒng)的基本理論2兔習(xí)自動控制理論、現(xiàn)代控制理論3第四章4.1控制系統(tǒng)模型建立、轉(zhuǎn)換、簡化等功能函數(shù)（舉例分析）5完成實(shí)驗(yàn)6,完成62,2.12作業(yè)課前復(fù)習(xí)數(shù)學(xué)模型相關(guān)知識3、44.2時(shí)域響應(yīng)分析3完成實(shí)驗(yàn)7課前復(fù)習(xí)時(shí)域性能指標(biāo)及輸入信號3、44.3根軌跡3完成實(shí)驗(yàn)9課前復(fù)習(xí)根軌跡相關(guān)知識3、44.4頻域響應(yīng)分析3完成實(shí)驗(yàn)8課前復(fù)習(xí)頻域相關(guān)知識3、4第五章控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)4完成實(shí)驗(yàn)10、11課前復(fù)習(xí)系統(tǒng)校正相關(guān)知識3、4六、實(shí)踐環(huán)節(jié)及基本要求

序號實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)基本要求學(xué)生任務(wù)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)類別1Mallab使用方法和程序設(shè)計(jì)2掌握Mallab軟件使用的基本方法（數(shù)據(jù)表示、基本運(yùn)算和程序控制語句、繪圖命令及基本繪圖控制）；熟悉Mallab程序設(shè)計(jì)的基本方法；上機(jī)完成數(shù)據(jù)表示、繪圖及程序設(shè)計(jì)，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證必做2MATLAB控制系統(tǒng)工具箱SISO運(yùn)用2熟悉MATLAB的仿真及應(yīng)用環(huán)境；在MATLAB的環(huán)境下研究一階、二階系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律；上機(jī)完成一階、二階系統(tǒng)的仿真，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證選做3典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性2觀察典型環(huán)節(jié)在單位階躍信號作用下的動態(tài)特性,熟悉各種典型環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線；定性了解各參數(shù)變化對典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性的影響。上機(jī)完成各個(gè)典型環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)驗(yàn)證選做4PID控制2了解PID控制器中P,I,D三種基本控制作用對控制系統(tǒng)性能的影響，掌握PID控制器參數(shù)的工程整定方法；上機(jī)完成系統(tǒng)的PID參數(shù)安排，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證選做5模型轉(zhuǎn)換2掌握方塊圖的傳遞函數(shù)求取上機(jī)完成方塊圖的傳遞函數(shù)求取，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證選做6控制系統(tǒng)的模型轉(zhuǎn)換2掌握傳遞函數(shù)、零極點(diǎn)增益、狀態(tài)空間等數(shù)學(xué)模型之間的相互轉(zhuǎn)換上機(jī)完成系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證必做7控制系統(tǒng)的時(shí)域分析2掌握StepsImpulse%InitiakLsim等功能函數(shù)的應(yīng)用上機(jī)完成系統(tǒng)的時(shí)域分析，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證必做8控制系統(tǒng)的頻域分析2掌握用MATLAB繪制Bode圖、Nyquist曲線完成一道頻域分析題，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證必做9控制系統(tǒng)的根軌跡分析2掌握用MATLAB繪制根軌跡圖完成一道根軌跡分析題，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證必做10系統(tǒng)校正2掌握用MATLAB求解校正函數(shù)完成一個(gè)系統(tǒng)的串聯(lián)校正裝置設(shè)計(jì)，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)設(shè)計(jì)必做11控制系統(tǒng)的極點(diǎn)配置2掌握用MATLAB求解極點(diǎn)配置完成一個(gè)系統(tǒng)的極點(diǎn)配置，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證選做12控制系統(tǒng)的狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì)2掌握用MATLAB求解狀態(tài)觀測器完成一個(gè)狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì)，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)選做13狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2掌握用MATLAB求解狀態(tài)觀測器完成一個(gè)狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)選做注：1.實(shí)驗(yàn)性質(zhì)指演示性、驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性、綜合性等；2.實(shí)驗(yàn)類別指必做、選做等。七、考核方式及成績評定考核內(nèi)容考核方式評定標(biāo)準(zhǔn)（依據(jù)）占總成績比例過程考核含到課率、課堂討論發(fā)言、平時(shí)作業(yè)等點(diǎn)名記錄、課堂發(fā)言記錄、作業(yè)完成質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)70%期末考核論文論文質(zhì)量30%考核類別考查成績登記方式五級制八、推薦教材