《机电系统建模与仿真》课程教学大纲

1、大学本科专业培养方案课程教学大纲编 码：ME06104 Code: ME06104课程名称：机电系统建模与仿真 Course Title: Modeling and Simulation of Electromechanical System课程类别：专业选修 Course category: Elective Courses in Specialty学 分：2 Credit(s): 2开课单位：机械与运载工程学院 Offering College/School: College of Mechanical & Vehicle Engineering课程描述：本课程是机械设计制造及其自

2、动化专业机电方向的专业选修课程，以控制工程基础为前导课程，针对机电系统建模与仿真问题，阐述了MATLAB软件及其他常用建模与仿真软件的特点和使用方法，为机电方向课程的学习提供了系统设计与分析的主要方法和有效工具。本课程主要包括系统仿真的概念和类型、MATLAB编程语言以及SIMULINK的基础知识、控制系统的数学模型、应用MATLAB进行系统的时域及频域分析、系统仿真的一般步骤和应用、机电控制系统仿真的步骤和方法等内容。学生需了解对机电系统进行建模和仿真的常用方法和工具，理解计算机仿真的原理和方法，掌握MATLAB的使用方法，能灵活运用MATLAB软件对实际机电系统进行数学建模及仿真分析。通过

3、学习本课程，锻炼和提升学生分析问题和解决问题的能力，为日后从事工程技术工作、科学研究、开拓新技术领域打下坚实的基础。Course description: This course is a professional elective course for students who are major in mechanical design, manufacture & automation and electromechanical direction, and it should follow after the course of “The fundamentals of Con

4、trol Engineering". It aims at solving the problems of mechatronics system modeling and simulation, expounds the characteristics and use the method of MATLAB software as well as other commonly used modeling and simulation software, provides the useful methods and effective tools for system desig

5、n and analysis.This course will cover the knowledge about system simulation, the MATLAB programming language and SIMULINK, mathematical model of control system, control system time domain and frequency domain analysis based on Matlab, the general procedure and application of system simulation, steps

6、 and methods of electromechanical control system simulation. After studying this course, the students will master the principle and methods of computer simulation, can do modeling and simulation to analyze actual electromechanical system with MATLAB software, the students' ability to analyze and

7、 solve problems will be trained and improved.课程内容（一）课程教学目标设置本课程是为了让机械设计制造及其自动化专业对机电一体化研究方向感兴趣的同学。通过本课程的教学，使学生具备以下能力：1. 全面掌握连续系统模型描述和模型的结构变换、数值积分方法等数学知识和应用能力(毕业要求1.1)；2. 熟练掌握MATLAB编程语言以及SIMULINK工具(毕业要求1.3)；3. 掌握机电系统仿真的概念和类型、系统仿真的一般步骤及方法(毕业要求2.1)；4. 了解机电控制系统仿真的步骤，培养学生具有建立机电系统的数学模型、编写仿真程序，并对仿真结果进行分析的能力

8、(毕业要求2.3)；5. 培养学生的逻辑思维能力，解决实际问题的能力，运行所理论和方法为学习其他课程打下基础(毕业要求3.1)。（二）基本教学内容第一章 绪论教学目的：通过本章的学习，掌握系统仿真的基本概念，了解控制系统仿真应用的相关知识。相应毕业要求：1.3教学内容：1.1 系统仿真的基本概念1.2 系统仿真的发展及应用1.3 控制系统的仿真应用的展望学时分配：课堂教学1学时第二章 MATLAB基础教学目的：掌握MATLAB的基础知识及基本使用方法教学重点：Matlab的基本使用方法、计算功能以及图形绘制教学难点：Matlab关于图形处理和计算功能的指令集相应毕业要求：1.3教学内容：2.1

9、 MATLAB简介 2.2 MATLAB的基本使用方法 2.3矩阵及其基本运算 2.4 MATLAB的计算功能2.5 MATLAB图形绘制学时分配：课堂教学3学时第三章 控制系统的数学模型教学目的：掌握控制系统的数学描述及建模以及模型的转换和连接教学重点：控制系统的数学描述及建模以及模型的转换和连接教学难点：模型描述和转换的数学原理相应毕业要求：1.1教学内容：3.1控制系统的数学描述及建模 3.2模型转换 3.3数学模型的连接 3.4 LTl对象模型数据的还原学时分配：课堂教学6学时第四章 控制系统时域分析教学目的：掌握应用MATLAB进行系统动态性能分析教学重点：MATLAB在系统动态性能

10、分析中的应用教学难点：系统动态分析和稳定性分析的数学原理和基础知识相应毕业要求：1.1，2.3教学内容：4.1时域分析引言 4.2时域响应分析基础知识 4.3 MATLAB在系统动态性能分析中的应用 4.4控制系统的稳定性分析学时分配：课堂教学4学时，实验课2学时第五章 控制系统的频域分析教学目的：掌握应用MATLAB进行频率响应分析并进行频域法的稳定性分析。教学重点：MATLAB在频率响应分析中的应用教学难点：频率响应和频域分析的物理和数学意义相应毕业要求：1.1，2.3教学内容：5.1频域分析引言 5.2频率特性及其描述 5.3频率响应的绘制 5.4 MATLAB在频率响应分析中的应用 5

11、.5频域法的稳定性分析学时分配：课堂教学4学时，实验课2学时第六章 SIMULINK仿真基础教学目的：掌握SIMULINK的基础知识及基本使用方法教学重点：Simulink模型的创建和仿真参数设置教学难点：Simulink模型仿真参数设置的数学和物理意义相应毕业要求：1.1，1.3教学内容：6.1 Simulink的启动与退出 6.2 Simulink模块库简介 6.3 Simulink模型的创建 6.4 Simulink仿真参数设置 6.5 Simulink仿真举例学时分配：课堂教学2学时第七章 机电控制系统仿真教学目的：通过4个机电控制系统仿真实例，使学生掌握机电控制系统建模仿真的一般步骤

12、及方法教学重点： 4个机电控制系统仿真实例教学难点：对机电系统子模型的数学建模和整体模型系统的性能测试相应毕业要求：2.1，3.3，3.1教学内容：7.1 电液伺服位置控制系统仿真7.2 直流电机转速控制仿真7.3 直流电机位置环控制仿真7.4 永磁同步电动转速控制仿真学时分配：课堂教学4学时，实验课4学时考核方式机电系统建模与仿真考核及成绩评定由四部分组合而成：1. 平时成绩一(考勤、课堂讨论)：占20%。2. 平时成绩二(作业、实验)：占30%。主要考核阶段知识点的掌握程度，提高学生的动手能力和解决问题的能力。上机实验测试分为三次完成，时间节点分别为第8周左右、第10周左右和第13周左右。

13、每次测验的时间为两学时，两个学生为一组在学校机房独立完成，并在上机结束之后提交测试报告。3. 期末考试成绩(闭卷)：占50%。主要考核基本概念、基本分析计算方法的掌握程度。采用闭卷考试形式，在考试周内进行。持续改进方法1. 采用先进的教学手段、方法和教学理念2. 各章节布置一定量的习题3. 课后对疑难问题安排小班讨论和答疑4. 设置相应的实验环节和课程设计等实践教学环节教材及参考书1. MATLAB语言与控制系统仿真，杨莉等编，哈尔滨工程大学出版社2.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用 第2版，薛定宇，陈阳泉著， 清华大学出版社3.MATLAB/Simulink与控制系统仿真 第3版，王正林等编著，电子工业出版社4. MATLAB/Simulink软件帮助文件授课手段（教学方法）本课程着重培养学生的