《控制系統(tǒng)仿真》課程教學(xué)大綱

《控制系統(tǒng)仿真》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程中文名稱控制系統(tǒng)仿真課程英文名稱SimulationofControlSystem課程編號(hào)16352206課程模塊￡思想政治理論課￡通識(shí)教育課￡專業(yè)基礎(chǔ)課R專業(yè)課課程性質(zhì)￡必修￡限選R專業(yè)任選￡任選總學(xué)時(shí)32講授學(xué)時(shí)22實(shí)驗(yàn)（專題輔導(dǎo)）學(xué)時(shí)10總學(xué)分2開課單位電信學(xué)院開課系（室）自動(dòng)化系授課對(duì)象大三本科生適用專業(yè)自動(dòng)化專業(yè)先修課程自動(dòng)控制原理、MATLAB、傳感器與檢測(cè)技術(shù)二、課程簡(jiǎn)介和教學(xué)目標(biāo)1．課程簡(jiǎn)介控制系統(tǒng)仿真是自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)任選課，本課程主要介紹控制系統(tǒng)的仿真方法及MATLAB語(yǔ)言的應(yīng)用。包括仿真技術(shù)的定義、分類和應(yīng)用；MATLAB與Simulink基礎(chǔ)；控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及建模；連續(xù)系統(tǒng)的離散化方法；通過實(shí)例描述控制系統(tǒng)的時(shí)頻分析法及根軌跡法；控制系統(tǒng)的校正；討論用MATLAB實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間設(shè)計(jì)法。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生具有一定的抽象思維和概況能力，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的能力，從而為學(xué)習(xí)后繼課程奠定基礎(chǔ)。教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)1：使學(xué)生掌握系統(tǒng)仿真的基本思想、具體步驟和方法；掌握仿真的基本原理、方法，并能應(yīng)用MATLAB進(jìn)行控制系統(tǒng)仿真，使學(xué)生具有對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析的能力，了解當(dāng)今計(jì)算機(jī)仿真的發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢(shì)。教學(xué)目標(biāo)2：培養(yǎng)學(xué)生積極參與課堂教學(xué)活動(dòng)，提高團(tuán)隊(duì)合作能力；培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立完成課后作業(yè)，課后主動(dòng)學(xué)習(xí)、思考和分析問題的能力，以及自我管理和規(guī)劃學(xué)業(yè)的能力。教學(xué)目標(biāo)3：培養(yǎng)學(xué)生將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為控制模型的思維能力，通過對(duì)控制模型的仿真分析為相關(guān)的后續(xù)課程及專業(yè)課程奠定必要的理論分析基礎(chǔ)。認(rèn)識(shí)控制系統(tǒng)仿真應(yīng)用的科技發(fā)展現(xiàn)況與趨勢(shì)，培養(yǎng)持續(xù)學(xué)習(xí)的習(xí)慣與能力，前瞻視野的能力。教學(xué)目標(biāo)4：情感、態(tài)度與價(jià)值觀發(fā)展目標(biāo)，改變課程僅注重知識(shí)傳授的傾向，強(qiáng)調(diào)形成積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)態(tài)度，使獲得基礎(chǔ)知識(shí)與基礎(chǔ)技能的過程同時(shí)成為學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)和形成價(jià)值觀的過程，在教學(xué)中注重學(xué)生人際交往發(fā)展的合作學(xué)習(xí)，課堂教學(xué)以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣來開展，注重學(xué)生堅(jiān)強(qiáng)的意志力培養(yǎng)，求真、求實(shí)、求善的科學(xué)精神，逐步發(fā)展完善健全人格，樹立正確的人生觀和價(jià)值觀。教學(xué)目標(biāo)5（課程思政）：通過控制領(lǐng)域杰出科學(xué)家的列舉，插入科學(xué)起源與發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維。介紹相關(guān)的中外控制領(lǐng)域科學(xué)家，包括他們的職業(yè)精神、職業(yè)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作態(tài)度、堅(jiān)韌不拔的意志品質(zhì)、勇于探索的創(chuàng)新精神、縝密有序的學(xué)習(xí)習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國(guó)工匠精神，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國(guó)的使命擔(dān)當(dāng)。3．教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐關(guān)系教學(xué)目標(biāo)支撐畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)指標(biāo)點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)11.工程知識(shí)掌握本專業(yè)所需的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)，能夠用于解決自動(dòng)化領(lǐng)域的一般工程和復(fù)雜工程問題。教學(xué)目標(biāo)29．個(gè)人和團(tuán)隊(duì)具有良好的獨(dú)立工作能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和組織管理協(xié)作能力，能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)個(gè)體、團(tuán)隊(duì)成員以及負(fù)責(zé)人的角色。10．溝通能夠就復(fù)雜的自動(dòng)化控制工程問題與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流，包括撰寫報(bào)告和設(shè)計(jì)文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令。并具備一定的國(guó)際視野，能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流。12．終身學(xué)習(xí)具有跟蹤和發(fā)展自動(dòng)化及相關(guān)領(lǐng)域新理論、新知識(shí)和新技術(shù)的能力，具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識(shí)，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。教學(xué)目標(biāo)32.問題分析具備在自動(dòng)化領(lǐng)域提出問題、分析問題和解決問題的工程實(shí)踐能力，能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)、分析自動(dòng)化相關(guān)領(lǐng)域的工程問題，以獲得有效結(jié)論。3.設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案樹立全面的系統(tǒng)觀念，具備較強(qiáng)的自動(dòng)化及相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)和應(yīng)用的基本能力，能夠設(shè)計(jì)針對(duì)自動(dòng)化相關(guān)領(lǐng)域控制工程問題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）、流程或算法，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。教學(xué)目標(biāo)48.2理解誠(chéng)實(shí)公正、誠(chéng)信守則的工程職業(yè)道德和規(guī)范，并能在工程實(shí)踐中自覺遵守；理解工程師對(duì)公眾的安全、健康和福祉，以及環(huán)境保護(hù)的社會(huì)責(zé)任，能夠在工程實(shí)踐中自覺履行責(zé)任。教學(xué)目標(biāo)58.1有正確的價(jià)值觀，理解個(gè)人與社會(huì)的關(guān)系，了解中國(guó)國(guó)情。三、理論教學(xué)表1理論教學(xué)安排序號(hào)章節(jié)（學(xué)時(shí)）學(xué)習(xí)內(nèi)容（含重點(diǎn)、難點(diǎn)）教學(xué)方法、手段支撐教學(xué)目標(biāo)其他1概論（1學(xué)時(shí)）1.仿真技術(shù)概述：仿真的定義和分類，仿真過程。2．?dāng)?shù)字仿真軟件（）

3．仿真技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展：仿真技術(shù)的應(yīng)用，仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。）（）（1）教學(xué)方法：課堂教學(xué)＋課后作業(yè)。（2）教學(xué)手段：?jiǎn)l(fā)式教學(xué)。1,2,4,52MATLAB與Simulink基礎(chǔ)（2學(xué)時(shí)）1．MATLAB簡(jiǎn)介。

2.基本語(yǔ)句結(jié)構(gòu)。（）3．基本矩陣運(yùn)算。4．繪圖。5．?dāng)?shù)據(jù)處理。（）6．MATLAB編程。（）7．Simulink基礎(chǔ)啟發(fā)式教學(xué)和采用自主學(xué)習(xí)任務(wù)點(diǎn)發(fā)放，課堂學(xué)生講解，老師點(diǎn)評(píng)，全體學(xué)生進(jìn)行討論交流，提高學(xué)習(xí)效果、課堂互動(dòng)頻率與水平。1,2,4,53控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及建模（3學(xué)時(shí)）1．連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。2．控制系統(tǒng)的模型轉(zhuǎn)換。3．控制系統(tǒng)建模實(shí)例。（1）教學(xué)方法：課堂教學(xué)＋課后作業(yè)+實(shí)驗(yàn)。（2）教學(xué)手段：?jiǎn)l(fā)式教學(xué)。1,2,3,4,54連續(xù)系統(tǒng)的離散化方法（3學(xué)時(shí)）1．常微分方程的數(shù)值解法。2．?dāng)?shù)值算法的穩(wěn)定性及選擇原則。3．?dāng)?shù)值算法中的“病態(tài)”問題。4．連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)方程的離散化。（1）教學(xué)方法：課堂教學(xué)＋課后作業(yè)+實(shí)驗(yàn)。（2）教學(xué)手段：?jiǎn)l(fā)式教學(xué)。1,2,3,4,55控制系統(tǒng)的時(shí)頻分析法（5學(xué)時(shí)）1．控制系統(tǒng)時(shí)域分析。（）2．控制系統(tǒng)頻域分析。（）3．根軌跡法。（）（1）教學(xué)方法：課堂教學(xué)＋課后作業(yè)+實(shí)驗(yàn)。（2）教學(xué)手段：?jiǎn)l(fā)式教學(xué)。1,2,3,4,56控制系統(tǒng)的校正（5學(xué)時(shí)）1．校正基礎(chǔ)知識(shí)。2．頻率特性設(shè)計(jì)法。（）3．根軌跡設(shè)計(jì)法。（）4．PID校正。（）5．控制系統(tǒng)的復(fù)合校正：按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正、按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正。（1）教學(xué)方法：課堂教學(xué)＋課后作業(yè)+實(shí)驗(yàn)。（2）教學(xué)手段：?jiǎn)l(fā)式教學(xué)。1,2,3,4,57控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間設(shè)計(jì)法（3學(xué)時(shí)）1．極點(diǎn)配置。2．觀測(cè)器設(shè)計(jì)及實(shí)例分析。3．基于觀測(cè)器的狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì)及實(shí)例分析。4．線性二次型最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)及實(shí)例分析。（1）教學(xué)方法：課堂教學(xué)＋課后作業(yè)+實(shí)驗(yàn)。（2）教學(xué)手段：?jiǎn)l(fā)式教學(xué)。1,2,3,4,5四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)表2實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱（學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)類型支撐教學(xué)目標(biāo)其他1Simulink認(rèn)知實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）熟悉Simulink中常用模塊、建模、子系統(tǒng)及其封裝技術(shù)、模型運(yùn)行及分析、S-函數(shù)操作型1，2，52連續(xù)系統(tǒng)的離散化實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）熟悉歐拉法、龍格-庫(kù)塔法解微分方程驗(yàn)證型1,2,3，53控制系統(tǒng)的時(shí)域分析實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）時(shí)域分析常用MATLAB函數(shù)操作型1,2,4,54控制系統(tǒng)的頻域分析實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）常用MATLAB函數(shù)、根軌跡法繪制和分析操作型1,2,4,5,5控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）基于傳遞函數(shù)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)型1,2,3,4,5五、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定方法表3課程考核及評(píng)價(jià)細(xì)則成績(jī)組成考核/評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)分值考核/評(píng)價(jià)細(xì)則支撐教學(xué)目標(biāo)平時(shí)成績(jī)出勤率10根據(jù)學(xué)生平時(shí)上課的出勤率，視其對(duì)課程學(xué)習(xí)的態(tài)度及積極程度，按15%計(jì)入課程總成績(jī)1、2、3，5課堂練習(xí)及討論10根據(jù)學(xué)生平時(shí)上課的課堂表現(xiàn)及互動(dòng)情況，按10%計(jì)入課程總成績(jī)1、2、3、4，5實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)30根據(jù)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告情況，按30%計(jì)入課程總成績(jī)1、2、3，5考試成績(jī)考試的卷面成績(jī)50根據(jù)學(xué)生卷面