自動控制系統(tǒng)計算機仿真教案30學(xué)時

《自動控制系統(tǒng)仿真》教案教案2015-2016學(xué)年第2學(xué)期課程名稱：自動控制系統(tǒng)仿真課程編號：074100264：自動141、142任課教師：梁芬中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院

課程簡介本課程通過講授控制系統(tǒng)仿真的基本原理、方法和特點，以及仿真軟件MATLAB（含Simulink）的典型仿真程序，使學(xué)生了解控制系統(tǒng)仿真技術(shù)的基本原理，掌握將控制系統(tǒng)理論、計算方法與計算機技術(shù)相結(jié)合的知識和技能，具備運用控制系統(tǒng)仿真技術(shù)對控制系統(tǒng)進行分析、輔助設(shè)計與仿真的能力。本課程授課對象主要為自動化專業(yè)的本科生，學(xué)生通過學(xué)習(xí)為日后從事相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)工作、科學(xué)研究以及開拓新技術(shù)領(lǐng)域，打下堅實的基礎(chǔ)。

教案（首頁）授課時間2015—2016第2學(xué)期教案編寫時間2015.12課程名稱自動控制系統(tǒng)仿真課程代碼074100264總學(xué)時30講課：26學(xué)時實驗：4學(xué)時實習(xí)：0周學(xué)分2課程性質(zhì)必修課（）選修課（√）理論課（）實驗課（）任課教師梁芬職稱講師授課對象自動化專業(yè)教材和主要參考資料教材：張曉江.自動控制系統(tǒng)計算機仿真[M].機械工業(yè)出版社2014參考書：[1]黃向華.控制系統(tǒng)仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008.教學(xué)目的和教學(xué)要求1.培養(yǎng)學(xué)生掌握仿真軟件Matlab（含Simulink）的控制系統(tǒng)仿真方法；2.培養(yǎng)學(xué)生掌握控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計與仿真的流程和方法。3.培養(yǎng)學(xué)生面對控制系統(tǒng)對象時，能夠綜合運用所學(xué)知識提出問題、分析問題、以及運用仿真知識解決問題的能力；4.培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和實踐能力，以及具有一定的創(chuàng)新能力。教學(xué)重點和教學(xué)難點重點：Matlab（含Simulink）在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用難點:控制系統(tǒng)模型的建立教學(xué)進程教案（分教案）第1次課2學(xué)時章節(jié)Ch1自動控制系統(tǒng)仿真概述教學(xué)目的和教學(xué)要求1、掌握系統(tǒng)仿真的基本概念2、了解仿真技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用教學(xué)重點難點教學(xué)重點：1、系統(tǒng)仿真的基本概念；2、仿真技術(shù)的應(yīng)用、現(xiàn)狀與發(fā)展教學(xué)難點：仿真技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用教學(xué)進程（含章節(jié)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時分配、教學(xué)方法、輔助手段）一、講授內(nèi)容及時間分配：1、自動控制系統(tǒng)簡介20分鐘2、自動控制系統(tǒng)仿真的基本概念20分鐘3、仿真技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用40分鐘4、總結(jié)回顧知識點10分鐘二、教學(xué)方法：多媒體結(jié)合板書授課作業(yè)主要參考資料[1]黃向華.控制系統(tǒng)仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008.[2]李國勇,謝克明,楊麗娟.計算機仿真技術(shù)與CAD:基于MATLAB的控制系統(tǒng)(第二版)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.課后自我總結(jié)分析備注教案（分教案）第2次課2學(xué)時章節(jié)Ch2控制系統(tǒng)計算機數(shù)字仿真基礎(chǔ)教學(xué)目的和教學(xué)要求1、掌握控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其描述2、掌握控制系統(tǒng)的建模方法教學(xué)重點難點教學(xué)重點：控制系統(tǒng)的建模教學(xué)難點：控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及建模教學(xué)進程（含章節(jié)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時分配、教學(xué)方法、輔助手段）一、講授內(nèi)容及時間分配：1、連續(xù)系統(tǒng)數(shù)值積分方法20分鐘2、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)30分鐘3、控制系統(tǒng)建模40分鐘二、教學(xué)方法：機房上機操作作業(yè)主要參考資料[1]黃向華.控制系統(tǒng)仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008.[2]李國勇,謝克明,楊麗娟.計算機仿真技術(shù)與CAD:基于MATLAB的控制系統(tǒng)(第二版)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.課后自我總結(jié)分析備注教案（分教案）第3次課2學(xué)時章節(jié)Ch3Matlab語言的基礎(chǔ)知識3.1MATLAB的安裝及啟動3.2MATLAB的系統(tǒng)界面3.3MATLAB基礎(chǔ)知識教學(xué)目的和教學(xué)要求掌握MATLAB的基本變量、常量等類型的定義與運算教學(xué)重點難點教學(xué)重點：MATLAB語言應(yīng)用教學(xué)難點：MATLAB變量、常量和語句教學(xué)進程（含章節(jié)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時分配、教學(xué)方法、輔助手段）一、講授內(nèi)容及時間分配：1、MATLAB的安裝和啟動15分鐘2、MATLAB界面介紹15分鐘3、MATLAB基礎(chǔ)知識練習(xí)（1）矩陣的生成20分鐘（2）變量、常量和語句20分鐘（3）矩陣的運算20分鐘二、教學(xué)方法：機房上機操作作業(yè)課堂例子仿真主要參考資料[1]黃向華.控制系統(tǒng)仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008.[2]李國勇,謝克明,楊麗娟.計算機仿真技術(shù)與CAD:基于MATLAB的控制系統(tǒng)(第二版)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.課后自我總結(jié)分析備注教案（分教案）第4次課2學(xué)時章節(jié)3.4矩陣的運算--3.6m文件教學(xué)目的和教學(xué)要求1、掌握MATLAB矩陣的運算方法2、掌握MATLAB中m文件的編寫教學(xué)重點難點教學(xué)重點：m文件的編寫教學(xué)難點：函數(shù)文件教學(xué)進程（含章節(jié)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時分配、教學(xué)方法、輔助手段）一、講授內(nèi)容及時間分配：1、矩陣的數(shù)學(xué)運算20分鐘2、矩陣的數(shù)組運算15分鐘3、矩陣的數(shù)據(jù)變換15分鐘4、m文件編寫與調(diào)試40分鐘二、教學(xué)方法：機房上機操作作業(yè)課堂例子仿真主要參考資料[1]黃向華.控制系統(tǒng)仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008.[2]李國勇,謝克明,楊麗娟.計算機仿真技術(shù)與CAD:基于MATLAB的控制系統(tǒng)(第二版)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.課后自我總結(jié)分析備注教案（分教案）第5次課2學(xué)時章節(jié)3.7matlab的繪圖功能3.8matlab的應(yīng)用教學(xué)目的和教學(xué)要求1、掌握matlab的基本繪圖功能2、掌握matlab的數(shù)據(jù)分析方法教學(xué)重點難點教學(xué)重點：matlab的繪圖教學(xué)難點：曲線擬合與插值教學(xué)進程（含章節(jié)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時分配、教學(xué)方法、輔助手段）一、講授內(nèi)容及時間分配：1、二維圖形的繪制20分鐘2、三維圖形的繪制15分鐘3、圖形的輸出15分鐘4、多項式處理20分鐘5、曲線擬合與插值20分鐘二、教學(xué)方法：機房上機操作作業(yè)課堂例子仿真主要參考資料[1]黃向華.控制系統(tǒng)仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008.[2]李國勇,謝克明,楊麗娟.計算機仿真技術(shù)與CAD:基于MATLAB的控制系統(tǒng)(第二版)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.課后自我總結(jié)分析備注教案（分教案）第6次課2學(xué)時章節(jié)Ch4控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及其轉(zhuǎn)換教學(xué)目的和教學(xué)要求1、掌握控制系統(tǒng)幾種常用的數(shù)學(xué)模型2、掌握控制系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)換和實現(xiàn)教學(xué)重點難點教學(xué)重點：控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立教學(xué)難點：控制系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)換教學(xué)進程（含章節(jié)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時分配、教學(xué)方法、輔助手段）一、講授內(nèi)容及時間分配：1、控制系統(tǒng)類型20分鐘2、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分類20分鐘3、系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)換20分鐘4、控制系統(tǒng)模型的連接10分鐘5、系統(tǒng)模型的實現(xiàn)20分鐘二、教學(xué)方法：機房上機操作作業(yè)課堂例子仿真主要參考資料[1]黃向華.控制系統(tǒng)仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008.[2]李國勇,謝克明,楊麗娟.計算機仿真技術(shù)與CAD:基于MATLAB的控制系統(tǒng)(第二版)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.課后自我總結(jié)分析備注教案（分教案）第7次課2學(xué)時章節(jié)Ch5Simulink在系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用5.1Simulink建模的基礎(chǔ)知識教學(xué)目的和教學(xué)要求掌握Simulink常用的工具箱和模塊集教學(xué)重點難點教學(xué)重點：Simulink常用的工具箱和模塊集教學(xué)難點：Simulink常用的工具箱和模塊集的應(yīng)用教學(xué)進程（含章節(jié)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時分配、教學(xué)方法、輔助手段）一、講授內(nèi)容及時間分配：1、Simulink常用的工具箱介紹20分鐘2、Simulink常用的工具箱應(yīng)用30分鐘3、Simulink常用的模塊集介紹20分鐘4、Simulink常用的模塊集應(yīng)用20分鐘二、教學(xué)方法：機房上機操作作業(yè)課堂例子仿真主要參考資料[1]黃向華.控制系統(tǒng)仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008.[2]李國勇,謝克明,楊麗娟.計算機仿真技術(shù)與CAD:基于MATLAB的控制系統(tǒng)(第二版)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.課后自我總結(jié)分析備注教案（分教案）第8次課2學(xué)時章節(jié)5.2simulink建模與仿真教學(xué)目的和教學(xué)要求掌握Simulink建模方法教學(xué)重點難點教學(xué)重點：Simulink在控制系統(tǒng)中的建模分析方法教學(xué)難點：仿真算法與控制參數(shù)的選擇教學(xué)進程（含章節(jié)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時分配、教學(xué)方法、輔助手段）一、講授內(nèi)容及時間分配：1、Simulink建模方法簡介20分鐘2、仿真算法與控制參數(shù)的選擇20分鐘3、Simulink在控制系統(tǒng)仿真研究中的應(yīng)用舉例50分鐘二、教學(xué)方法：機房上機操作作業(yè)課堂例子仿真主要參考資料[1]黃向華.控制系統(tǒng)仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008.[2]李國勇,謝克明,楊麗娟.計算機仿真技術(shù)與CAD:基于MATLAB的控制系統(tǒng)(第二版)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.課后自我總結(jié)分析備注教案（分教案）第9次課2學(xué)時章節(jié)5.3子系統(tǒng)與模塊封裝技術(shù)5.4S函數(shù)及其應(yīng)用教學(xué)目的和教學(xué)要求掌握Simulink的模塊封裝技術(shù)及編寫S函數(shù)的方法教學(xué)重點難點教學(xué)重點：模塊封裝技術(shù)教學(xué)難點：模塊庫的構(gòu)造教學(xué)進程（含章節(jié)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時分配、教學(xué)方法、輔助手段）一、講授內(nèi)容及時間分配：1、子系統(tǒng)概念及構(gòu)成方法20分鐘2、模塊封裝方法20分鐘3、模塊庫的構(gòu)造20分鐘4、S函數(shù)及其應(yīng)用30分鐘二、教學(xué)方法：機房上機操作作業(yè)課堂例子仿真主要參考資料[1]黃向華.控制系統(tǒng)仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008.[2]李國勇,謝克明,楊麗娟.計算機仿真技術(shù)與CAD:基于MATLAB的控制系統(tǒng)(第二版)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.課后自我總結(jié)分析備注教案（分教案）第10次課2學(xué)時章節(jié)Ch6自動控制系統(tǒng)計算機輔助6.1自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析6.2控制系統(tǒng)的時域分析教學(xué)目的和教學(xué)要求1、掌握控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法2、掌握控制系統(tǒng)時域分析方法在MATLAB中的實現(xiàn)教學(xué)重點難點教學(xué)重點：利用matlab進行控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和時域分析教學(xué)難點：時域分析教學(xué)進程（含章節(jié)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時分配、教學(xué)方法、輔助手段）一、講授內(nèi)容及時間分配：1、利用傳遞函數(shù)的極點判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性20分鐘2、利用李雅普諾夫判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性20分鐘3、控制系統(tǒng)時域分析的常用方法20分鐘4、時域分析應(yīng)用舉例30分鐘二、教學(xué)方法：機房上機操作作業(yè)課堂例子仿真主要參考資料[1]黃向華.控制系統(tǒng)仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008.[2]李國勇,謝克明,楊麗娟.計算機仿真技術(shù)與CAD:基于MATLAB的控制系統(tǒng)(第二版)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.課后自我總結(jié)分析備注教案（分教案）第11次課2學(xué)時章節(jié)6.3控制系統(tǒng)頻域分析6.4根軌跡分析方法教學(xué)目的和教學(xué)要求1、掌握控制系統(tǒng)頻域分析方法2、掌握控制系統(tǒng)根軌跡分析方法教學(xué)重點難點教學(xué)重點：利用matlab進行控制系統(tǒng)頻域和根軌跡分析教學(xué)難點：根軌跡的繪制教學(xué)進程（含章節(jié)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時分配、教學(xué)方法、輔助手段）一、講授內(nèi)容及時間分配：1、控制系統(tǒng)頻域分析方法10分鐘2、控制系統(tǒng)頻域分析應(yīng)用舉例30分鐘3、根軌跡分析法的幅值條件和相值條件20分鐘4、根軌跡的繪制30分鐘二、教學(xué)方法：機房上機操作作業(yè)課堂例子仿真主要參考資料[1]黃向華.控制系統(tǒng)仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008.[2]李國勇,謝克明,楊麗娟.計算機仿真技術(shù)與CAD:基于MATLAB的控制系統(tǒng)(第二版)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.課后自我總結(jié)分析備注教案（分教案）第12次課2學(xué)時章節(jié)Ch7自動控制系統(tǒng)計算機輔助分析7.1概述7.2超前校正、滯后校正教學(xué)目的和教學(xué)要求1、掌握超前校正器的伯德圖設(shè)計2、掌握滯后校正器的伯德圖設(shè)計教學(xué)重點難點教學(xué)重點：超前、滯后校正器的伯德圖設(shè)計教學(xué)難點：參數(shù)的設(shè)置教學(xué)進程（含章節(jié)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時分配、教學(xué)方法、輔助手段）一、講授內(nèi)容及時間分配：1、概述10分鐘2、超前校正器伯德圖的設(shè)計30分鐘3、滯后校正器伯德圖的設(shè)計30分鐘4、滯后-超前校正器伯德圖的設(shè)計20分鐘二、教學(xué)方法：機房上機操作作業(yè)課堂例子仿真主要參考資料[1]黃向華.控制系統(tǒng)仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008.[2]李國勇,謝克明,楊麗娟.計算機仿真技術(shù)與CAD:基于MATLAB的控制系統(tǒng)(第二版)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.課后自我總結(jié)分析備注教案（分教案）第13次課2學(xué)時章節(jié)7.3PID控制器設(shè)計7.4基于狀態(tài)空間模型的控制器設(shè)計教學(xué)目的和教學(xué)要求掌握PID控制器的設(shè)計教學(xué)重點難點教學(xué)重點：PID控制器的設(shè)計教學(xué)難點：PID參數(shù)的設(shè)置教學(xué)進程（含章節(jié)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時分配、教學(xué)方法、輔助手段）一、講授內(nèi)容及時間分配：1、PID控制器的傳遞函數(shù)20分鐘2、PID控制器參數(shù)對控制器性能的影響30分鐘3、使用經(jīng)驗整定公式對PID控制器進行參數(shù)設(shè)計30分鐘4、基于狀態(tài)空間模型的控制器的設(shè)計10分鐘二、教學(xué)方法：機房上機操作作業(yè)課堂例子仿真主要參考資料[1]黃向華.控制系統(tǒng)仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008.[2]李國勇,謝克明,楊麗娟.計算機仿真