測控技術(shù)與儀器專業(yè)系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)大綱

PAGEPAGE6《系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)課程編號10課程性質(zhì)實(shí)踐課程課程類別實(shí)踐課程開課單位機(jī)電工程學(xué)院測控教研室授課學(xué)期第一學(xué)期學(xué)分/學(xué)時(shí)1/1周課內(nèi)學(xué)時(shí)1周理論授課0.3周上機(jī)學(xué)時(shí)0.7周課內(nèi)實(shí)踐0實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)0課外學(xué)時(shí)0適用專業(yè)測控技術(shù)與儀器是否雙語否先修課程系統(tǒng)仿真、控制工程基礎(chǔ)后續(xù)課程二、課程簡介《系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)》是測控技術(shù)與儀器專業(yè)的必修集中實(shí)踐環(huán)節(jié)。主要應(yīng)用控制系統(tǒng)工具箱和基于框圖的仿真集成環(huán)境，訓(xùn)練學(xué)生進(jìn)行控制系統(tǒng)PID控制器設(shè)計(jì)的實(shí)踐能力，是該專業(yè)重要的工程訓(xùn)練環(huán)節(jié)之一，是在系統(tǒng)仿真課程基礎(chǔ)上的綜合性實(shí)訓(xùn)。三、課程目標(biāo)及對畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐（一）課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到以下目標(biāo)：課程目標(biāo)1.知識目標(biāo)：通過本實(shí)踐課程，學(xué)生能正確理解PID控制器原理，并依靠仿真軟件建立包含PID控制模塊控制系統(tǒng)的仿真模型并進(jìn)行調(diào)試。課程目標(biāo)2.能力目標(biāo)：具備使用計(jì)算機(jī)，進(jìn)行PID控制器設(shè)計(jì)的實(shí)踐能力。能應(yīng)用合適的工具，完成控制系統(tǒng)響應(yīng)分析及結(jié)果的數(shù)據(jù)可視化，提出合理的控制方案。課程目標(biāo)3.素質(zhì)目標(biāo)：通過課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生追求真理的理想和獻(xiàn)身工程實(shí)踐的科學(xué)精神，樹立學(xué)生辯證唯物主義世界觀。通過了解現(xiàn)代科技史和科技英才的成才經(jīng)歷等，正確理解實(shí)踐在科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的重要作用，激發(fā)學(xué)生求知熱情、探索和創(chuàng)新精神，使學(xué)生善于思考，勇于實(shí)踐。（二）課程目標(biāo)對畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求課程目標(biāo)1指標(biāo)點(diǎn)3-3：能夠設(shè)計(jì)滿足特定需求的測控模塊、系統(tǒng)或儀器，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識3-設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案課程目標(biāo)2指標(biāo)點(diǎn)3-3：能夠設(shè)計(jì)滿足特定需求的測控模塊、系統(tǒng)或儀器，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識指標(biāo)點(diǎn)5-2：能夠開發(fā)或應(yīng)用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，對測控系統(tǒng)工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進(jìn)行模擬與預(yù)測，并能夠理解其局限性3-設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案使用現(xiàn)代工具課程目標(biāo)3指標(biāo)點(diǎn)5-2：能夠開發(fā)或應(yīng)用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，對測控系統(tǒng)工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進(jìn)行模擬與預(yù)測，并能夠理解其局限性指標(biāo)點(diǎn)9-2：能夠在團(tuán)隊(duì)中擔(dān)任負(fù)責(zé)人，具有組織和協(xié)調(diào)團(tuán)隊(duì)開展工作的能力，并有效實(shí)現(xiàn)目標(biāo)5-使用現(xiàn)代工具9-個(gè)人和團(tuán)隊(duì)四、課程基本教學(xué)內(nèi)容及對課程目標(biāo)的支撐（一）課程基本教學(xué)內(nèi)容第一單元PID控制原理（學(xué)時(shí)數(shù)：1天）1.課程主要內(nèi)容掌握PID控制器結(jié)構(gòu)；認(rèn)識PID控制器的作用，具體包括純比例控制、比例微分控制、積分控制、比例積分控制、比例積分微分控制。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)掌握PID控制器結(jié)構(gòu)；認(rèn)識PID控制器的作用，具體包括純比例控制、比例微分控制、積分控制、比例積分控制、比例積分微分控制。3.實(shí)施方式理論+實(shí)驗(yàn)4.學(xué)習(xí)要求掌握PID控制器結(jié)構(gòu)；認(rèn)識PID控制器的作用，具體包括純比例控制、比例微分控制、積分控制、比例積分控制、比例積分微分控制。5.實(shí)驗(yàn)要求（1）實(shí)驗(yàn)屬性：綜合性實(shí)驗(yàn)（2）開出要求：必做（3）分組要求：1人1組（4）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：①知識準(zhǔn)備：提前復(fù)習(xí)控制工程基礎(chǔ)課程、系統(tǒng)仿真課程的知識，尤其是關(guān)于PID控制與Simulink仿真模型的搭建②軟件準(zhǔn)備：自己提前安裝好MALTAB軟件，并嘗試在Simulink平臺上搭建簡易仿真模型（5）其他要求：注重理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合、課內(nèi)學(xué)習(xí)和課外實(shí)踐相結(jié)合，結(jié)合前沿技術(shù)講解PID控制原理、Simulink平臺上PID控制元件的架構(gòu)和使用方法。6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果學(xué)生在進(jìn)行本環(huán)節(jié)的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容之后，能夠較為直觀地感受到Simulink仿真工具的便捷性，而且能夠掌握simulink平臺下PID模塊的使用方法。7.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.第二單元基于框圖的建立與仿真（學(xué)時(shí)數(shù)：3天）1.課程主要內(nèi)容認(rèn)識基于框圖的仿真集成環(huán)境及控制系統(tǒng)常用功能模塊，掌握控制系統(tǒng)的搭建方法，掌握控制系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)仿真的方法。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)認(rèn)識基于框圖的仿真集成環(huán)境及控制系統(tǒng)常用功能模塊，掌握控制系統(tǒng)的搭建方法，掌握控制系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)仿真的方法。3.實(shí)施方式理論+實(shí)驗(yàn)4.學(xué)習(xí)要求認(rèn)識基于框圖的仿真集成環(huán)境及控制系統(tǒng)常用功能模塊，掌握控制系統(tǒng)的搭建方法，掌握控制系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)仿真的方法。5.實(shí)驗(yàn)要求（1）實(shí)驗(yàn)屬性：綜合性實(shí)驗(yàn)（2）開出要求：必做（3）分組要求：1人1組（4）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：①知識準(zhǔn)備：提前復(fù)習(xí)控制工程基礎(chǔ)課程、系統(tǒng)仿真課程的知識，尤其是關(guān)于PID控制與Simulink仿真模型的搭建②軟件準(zhǔn)備：自己提前安裝好MALTAB軟件，并嘗試在Simulink平臺上搭建簡易仿真模型其他要求：注重理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合、課內(nèi)學(xué)習(xí)和課外實(shí)踐相結(jié)合，講解并指導(dǎo)Simulink平臺下，控制系統(tǒng)（包含PID模塊）模型的建立與參數(shù)的調(diào)節(jié)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化，觀察參數(shù)調(diào)節(jié)對于控制效果的影響。6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果學(xué)生在進(jìn)行本環(huán)節(jié)的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容之后，能夠較為直觀地感受到Simulink仿真工具的便捷性，而且能夠熟練掌握simulink平臺下控制系統(tǒng)（包含PID模塊）模型的建立方法、參數(shù)調(diào)節(jié)方法。7.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.課程目標(biāo)2.第三單元PID控制器的整定（學(xué)時(shí)數(shù)：1天）1.課程主要內(nèi)容掌握基于響應(yīng)曲線法的PID整定，掌握基于Ziegler-Nichols方法的PID整定。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)掌握基于響應(yīng)曲線法的PID整定，掌握基于Ziegler-Nichols方法的PID整定。3.實(shí)施方式理論+實(shí)驗(yàn)4.學(xué)習(xí)要求掌握基于響應(yīng)曲線法的PID整定，掌握基于Ziegler-Nichols方法的PID整定。5.實(shí)驗(yàn)要求（1）實(shí)驗(yàn)屬性：綜合性實(shí)驗(yàn)（2）開出要求：必做（3）分組要求：1人1組（4）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：①知識準(zhǔn)備：提前復(fù)習(xí)控制工程基礎(chǔ)課程、系統(tǒng)仿真課程的知識，尤其是關(guān)于PID控制與Simulink仿真模型的搭建②軟件準(zhǔn)備：自己提前安裝好MALTAB軟件，并嘗試在Simulink平臺上搭建簡易仿真模型其他要求：注重理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合、課內(nèi)學(xué)習(xí)和課外實(shí)踐相結(jié)合，講解并指導(dǎo)Simulink平臺下，PID參數(shù)的調(diào)節(jié)，進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化，觀察參數(shù)調(diào)節(jié)對于控制效果的影響。并對學(xué)生的學(xué)校效果進(jìn)行現(xiàn)場測驗(yàn)，讓學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)根據(jù)控制效果完成對PID參數(shù)的調(diào)節(jié)。6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果學(xué)生在進(jìn)行本環(huán)節(jié)的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容之后，能夠較為直觀地感受到Simulink仿真工具的便捷性，而且能夠熟練掌握simulink平臺下控制系統(tǒng)（包含PID模塊）模型的建立方法、參數(shù)調(diào)節(jié)方法。7.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)2.課程目標(biāo)3.（二）課程基本教學(xué)內(nèi)容對課程目標(biāo)的支撐課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)學(xué)時(shí)安排第一單元PID控制原理課堂講授、上機(jī)操作課程目標(biāo)11天第二單元基于框圖的建模與仿真課堂講授、上機(jī)操作課程目標(biāo)1、23天第三單元PID控制器的整定課堂講授、上機(jī)操作、測驗(yàn)課程目標(biāo)2、31天合計(jì)5天五、課程考核及對課程目標(biāo)的支撐（一）課程考核課程成績構(gòu)成（百分制）課程成績構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標(biāo)分值考核/評價(jià)細(xì)則平時(shí)成績50%課堂表現(xiàn)（百分制）20課堂根據(jù)出勤率、課堂表現(xiàn)、回答問題表現(xiàn)、小組討論表現(xiàn)給出學(xué)習(xí)表現(xiàn)分值。最終總成績按比例折算為20分。測驗(yàn)（百分制）80課堂根據(jù)需要安排一次測驗(yàn)，每次答題時(shí)間控制在5分鐘之內(nèi)，根據(jù)答題時(shí)間、正確程度給分。最終總成績按比例折算為80分。實(shí)踐成績50%實(shí)驗(yàn)（百分制）60實(shí)踐環(huán)節(jié)總共涉及兩個(gè)項(xiàng)目，根據(jù)控制系統(tǒng)的最終結(jié)果給分。最終總成績按比例折算為60分。說明書撰寫40實(shí)踐環(huán)節(jié)的說明書撰寫，根據(jù)內(nèi)容、格式、排版給分。最終總成績按比例折算為40分。（二）課程考核對課程目標(biāo)的支撐教學(xué)內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標(biāo)第一單元PID控制原理…1-1PID控制原理1-2帶有PID模塊的控制系統(tǒng)測驗(yàn)、實(shí)踐環(huán)節(jié)課程目標(biāo)1第二單元基于框圖的建模與仿真…2-1控制系統(tǒng)框圖形式的表達(dá)2-2Simulink下數(shù)學(xué)模型建立與仿真測驗(yàn)、實(shí)踐環(huán)節(jié)課程目標(biāo)1、2第三單元PID控制器的整定…3-1PID模型的建立3-2PID參數(shù)的調(diào)整測驗(yàn)、實(shí)踐環(huán)節(jié)課程目標(biāo)2、3六、使用教材、相關(guān)推薦書目及課程資源（一）使用教材劉金琨.主編：《先進(jìn)PID控制MATLAB仿真》，電子工業(yè)出版社，2016年版；（二）相關(guān)推薦書目1.OgataK主編：《控制理論MATLAB教程》，電子工業(yè)出版社，2013