《MATLAB系统分析与仿真》课程教学大纲

1、MATLAB系统分析与仿真课程教学大纲课程名称：MATLAB系统分析与仿真课程代码：ELEA2036英文名称：MATLAB Systems Analysis and Simulation课程性质：专业选修课程学分/学时：2学分/36学时(18+18)开课学期：第6学期适用专业：电气工程及其自动化先修课程：线性代数、C语言程序设计、计算机原理及应用、自动控制原理后续课程：机器人技术一、课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学生需掌握知识与能力及其应达到的水平）课程性质：MATLAB系统分析与仿真是电气工程及其自动化专业的一门专业选修课程。本课程针对电气工程及其自动化专业的特

2、点，以MATLAB语言主要特征和基本内容为主，同时结合MATLAB面向对象的编程技术和Simulink的建模和仿真技术，并且以实际应用为导向，培养学生运用MATLAB技术解决电气领域实际工程问题的能力。教学目标： MATLAB系统分析与仿真是广泛应用在工程设计中的一门专业技术。本课程的主要内容包括：MATLAB语言基础、矩阵运算及数据处理、MATLAB程序设计基础、控制系统的建模与仿真。通过相关功能模块的理论讲授和实验训练，使学生掌握MATLAB语言的主要特点和基本内容，培养学生设计程序和解决实际问题的能力，并能对具体的复杂工程问题进行建模和仿真。本课程的具体教学目标如下：熟练掌握Matlab

3、语言的主要特征和基本内容。包括数组的结构、建立和运算，绘图功能和图形处理，数值计算和仿真，培养学生能够熟练使用Matlab解决具体数学问题的能力。熟练掌握Matlab的M文件及面向对象的编程要求、思路和具体方法，培养学生针对实际的控制需求，编写和调试功能代码的能力，使学生具备程序分析、设计与维护能力。熟练掌握Matlab在自动控制系统中模型的建立与仿真的方法。熟练掌握Simulink的动态仿真模型建立和应用的思路和具体方法。培养学生利用Matlab对实际的复杂工程问题进行模拟、预测和仿真的能力。教学目标与毕业要求的对应关系：毕业要求指标点课程目标对应关系说明毕业要求3：设计/开发解决方案3-2

4、 能针对需求独立进行算法和程序设计，并能验证算法和程序的正确性教学目标1要求掌握Matlab数组的结构、建立和运算，绘图功能和图形处理，数值计算和仿真，培养学生熟练使用软件解决具体数学问题的能力。教学目标2要求掌握M文件及面向对象的编程方法，培养学生针对实际的控制需求，编写和调试代码的能力，使学生具备程序分析、设计与维护能力。毕业要求5：使用现代工具5-1能恰当使用计算机软件及仿真工具，完成电气和自动化工程项目的模拟和仿真教学目标3要求掌握Simulink的动态仿真模型建立和应用的具体方法。培养学生利用Simulink对实际的复杂工程问题进行模拟、预测和仿真的能力。二、课程教学内容及学时分配（

5、含课程教学、自学、作业、讨论等内容和要求，指明重点内容和难点内容。重点内容：；难点内容：）绪论（2学时）（支撑教学目标1）MATLAB系统分析与仿真的基本概念了解控制系统计算机仿真和辅助设计的必要性、可能性计算机仿真与辅助设计的基本思路、基本方法和发展现状目标及要求：掌握MATLAB系统分析与仿真的基本概念。掌握MATLAB系统分析与仿真的基本思路。掌握MATLAB系统分析与仿真的基本方法。讨论内容：讨论MATLAB的优点。作业内容：了解多种计算机仿真技术并进行对比。MATLAB语言基础（4学时）（支撑教学目标1）MATLAB语言特点MATLAB命令窗口MATLAB变量和数据显示格式MATLA

6、B常见的数学运算符及基本的数学函数MATLAB工作空间MATLAB文件管理目标及要求：掌握MATLAB语言的主要特点。掌握MATLAB命令窗口，掌握语句的输入、语句的显示与否、多行命令、方向键的使用、分页命令等。掌握MATLAB变量和数据显示格式，掌握变量的命名方法、数据显示格式的控制命令、一些特殊的变量。掌握常见的数学运算符及基本的数学函数。掌握MATLAB工作空间，掌握who, whos, clear, save, load, quit, exit等命令的使用，了解workspace浏览器。掌握常用文件管理命令what, delete, dir, type, cd, which，掌握MAT

7、LAB工作路径的设置。讨论内容：MATLAB语言的主要特点作业内容：熟悉MATLAB软件的使用自学拓展：MATLAB在数值运算中的使用MATLAB矩阵运算及绘图功能（4学时）（支撑教学目标1）矩阵的输入矩阵的运算矩阵操作多项式处理绘图功能目标及要求：掌握矩阵的输入方法，掌握在命令窗口中用键盘输入，掌握用语句生成矩阵，掌握一些常用特殊矩阵生成。掌握矩阵的转置、四则运算、逆矩阵与行列式运算等运算方法。掌握矩阵的基本操作方法。掌握多项式的建立与表示方法，能熟练运用降幂系数的行向量来表示，用roots求解多项式等于零的根等。掌握plot, figure, axis, text, gtext, titl

8、e, xlabel, ylabel, zlabel, hold, legend, subplot, grid, semilogx命令的基本运用，了解bax, hist, stairs, stem, pie等绘图命令。讨论内容：讨论图形绘制的方法和技巧作业内容：矩阵的输入和运算以及绘制二维、三维图像自学拓展：绘制图形的技巧MATLAB程序设计（4学时）（支撑教学目标2）MATLAB程序设计的基本原则MATLAB程序的编辑方法M文件程序设计流程控制目标及要求：掌握MATLAB程序设计的基本原则。掌握常用编程命令pause，echo，keyboard，input，disp等程序的编辑方法。掌握M文件

9、程序设计流程控制方法。讨论内容：讨论MATLAB程序设计的特点作业内容：M文件程序设计的方法自学拓展：利用M文件进行数值计算控制系统的建模与分析方法（4学时）（支撑教学目标2、3）系统的分类控制系统的微分方程数学模型传递函数描述稳定性分析控制系统的时域分析控制系统的频域分析目标及要求：掌握线性系统和非线性系统的特点。掌握描述控制系统的数学模型的基本方法。掌握传递函数的特点。掌握稳定性判据，最小相位系统判别等稳定性分析的方法。掌握系统时域和频域分析的方法和技巧。讨论内容：讨论如何准确的描述控制系统作业内容：系统稳定性分析方法自学拓展：时域和频域深度分析的方法实验一：单摆系统的建模与仿真（4学时）

10、（支撑教学目标2、3）单摆系统的数学模型的建立MATLAB数值计算方法目标及要求：熟练掌握利用微分方程建立数学模型的方法。熟练掌握利用MATLAB进行系统数值计算的方法。熟练掌握利用M文件进行系统的程序设计。自学拓展：数值计算的方法和技巧实验二：RLC电路的建模与仿真（4学时）（支撑教学目标2、3） RLC系统的数学模型的建立MATLAB数值计算方法Simulink平台的搭建和仿真目标及要求： 熟练掌握利用微分方程建立数学模型的方法。熟练掌握利用MATLAB进行系统数值计算的方法。熟练掌握利用M文件进行系统的程序设计。熟练掌握利用Simulink平台搭建和系统仿真的方法。自学拓展：Simuli

11、nk使用方法和技巧实验三：物体弹跳动态过程的建模与仿真（4学时）（支撑教学目标2、3）8.1物体弹跳动态过程的数学模型的建立MATLAB数值计算方法Simulink平台的搭建和仿真目标及要求：熟练掌握利用微分方程建立数学模型的方法。熟练掌握利用MATLAB进行系统数值计算的方法。熟练掌握利用M文件进行系统的程序设计。熟练掌握利用Simulink平台搭建和系统仿真的方法。自学拓展：动态过程分析的方法实验四：信号调制与解调（6学时）（支撑教学目标2、3）信号调制与解调的基本概念信号调制与解调的基本方法系统的数学模型的建立MATLAB进行信号调制与解调的方法目标及要求：熟练掌握信号调制与解调的基本概

12、念、基本方法熟练掌握利用MATLAB进行信号调制与解调的方法。熟练掌握利用M文件进行程序设计。自学拓展：信号调制与解调的方法和技巧三、教学方法在教学方式上，结合具体教学内容，综合运用课堂讲授、课堂讨论、课堂练习、发现学习法和自学指导法，通过引入问题和启发式教学，使学生更加明确教学内容的知识体系，引导学生主动学习，激发内在学习动机，提高课堂的积极性。在目前的实验教学条件基础上，及时采用实验练习法，强化所学知识的理解和运用，培养学生解决实际问题的能力。在实验教学过程中，引导学生发现问题，思考解决方案，为后续教学内容作铺垫。结合具体教学内容，本课程所采用的教学方法说明如下：1、Matlab语言的主要

13、特征和基本内容，包括数组的结构、建立和运算，绘图功能和图形处理，数值计算和仿真。这部分教学内容的较为理实一体化，所以首先由教师进行理论讲解和实验演示，学生在理解的基础上跟着老师的说明进行操作，每一个功能讲解完成后给学生留出一定的时间让学生进行熟悉。2、Matlab的程序设计、M文件及面向对象的编程要求、思路和具体方法教学内容。这部分涉及具体的方法和技巧的讲解，教学时比较容易设计明确的功能目标。在教学中采用讲授法、演示法和实验练习法相结合。先集中给学生讲解程序的设计思路和方法，让学生逐步掌握设计的方法。然后再举例进行简单程序的设计，使学生一步步学会编程，最后再一步步深入的讲解复杂程序。3、Mat

14、lab在自动控制系统中模型的建立与仿真的方法，Simulink的动态仿真模型建立和应用的思路和具体方法。这部分教学内容所涉及的实践环节较多，所以首先由教师进行简单实例的演示，学生跟着一步步学习，然后给学生布置较难的实例进行自主设计，老师进行点评，在这一过程中，学生理论和实践能力都得到很快的提高。在教学方法的实际执行过程中，以上教学方法需要根据教学过程中的实际效果、学生对知识点的掌握和应用情况不断改进。教学效果不好、学生对知识点理解程度不高时，应适当调整教学方法，适当增加演示法或实验训练法，或在讲授后续教学内容时，引导学生前后联系，结合前置难点内容进行讨论，强化知识掌握。在学生对知识掌握情况较好，系统性较好、实验训练效果较好的情况下，适当提高教学内容或实验内容的难度，或增加发现学习法和自学指导法，设置具体应用问题，引导学生探索解决方案。四、考核及成绩评定方式考核方式：平时作业、实验报告、上机调试成绩评定方式：平时10%、实验报告50%、上机调试40%五