《控制系统仿真》课程教学大纲

《控制系统仿真》课程教学大纲一、课程基本信息课程中文名称控制系统仿真课程英文名称SimulationofControlSystem课程编号16352206课程模块£思想政治理论课£通识教育课£专业基础课R专业课课程性质£必修£限选R专业任选£任选总学时32讲授学时22实验（专题辅导）学时10总学分2开课单位电信学院开课系（室）自动化系授课对象大三本科生适用专业自动化专业先修课程自动控制原理、MATLAB、传感器与检测技术二、课程简介和教学目标1．课程简介控制系统仿真是自动化专业学生的一门专业任选课，本课程主要介绍控制系统的仿真方法及MATLAB语言的应用。包括仿真技术的定义、分类和应用；MATLAB与Simulink基础；控制系统的数学描述及建模；连续系统的离散化方法；通过实例描述控制系统的时频分析法及根轨迹法；控制系统的校正；讨论用MATLAB实现控制系统的状态空间设计法。通过本课程的学习，培养学生具有一定的抽象思维和概况能力，提高学生综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力，从而为学习后继课程奠定基础。教学目标教学目标1：使学生掌握系统仿真的基本思想、具体步骤和方法；掌握仿真的基本原理、方法，并能应用MATLAB进行控制系统仿真，使学生具有对控制系统进行仿真和分析的能力，了解当今计算机仿真的发展现状和未来趋势。教学目标2：培养学生积极参与课堂教学活动，提高团队合作能力；培养学生独立完成课后作业，课后主动学习、思考和分析问题的能力，以及自我管理和规划学业的能力。教学目标3：培养学生将实际问题转化为控制模型的思维能力，通过对控制模型的仿真分析为相关的后续课程及专业课程奠定必要的理论分析基础。认识控制系统仿真应用的科技发展现况与趋势，培养持续学习的习惯与能力，前瞻视野的能力。教学目标4：情感、态度与价值观发展目标，改变课程仅注重知识传授的倾向，强调形成积极主动的学习态度，使获得基础知识与基础技能的过程同时成为学会学习和形成价值观的过程，在教学中注重学生人际交往发展的合作学习，课堂教学以激发学生的学习兴趣来开展，注重学生坚强的意志力培养，求真、求实、求善的科学精神，逐步发展完善健全人格，树立正确的人生观和价值观。教学目标5（课程思政）：通过控制领域杰出科学家的列举，插入科学起源与发展，培养学生的逻辑思维。介绍相关的中外控制领域科学家，包括他们的职业精神、职业素养、严谨求实的工作态度、坚韧不拔的意志品质、勇于探索的创新精神、缜密有序的学习习惯，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的使命担当。3．教学目标与毕业要求指标点的支撑关系教学目标支撑毕业要求对应指标点教学目标11.工程知识掌握本专业所需的数学、自然科学、工程基础和专业知识，能够用于解决自动化领域的一般工程和复杂工程问题。教学目标29．个人和团队具有良好的独立工作能力、团队合作能力和组织管理协作能力，能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。10．沟通能够就复杂的自动化控制工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。12．终身学习具有跟踪和发展自动化及相关领域新理论、新知识和新技术的能力，具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。教学目标32.问题分析具备在自动化领域提出问题、分析问题和解决问题的工程实践能力，能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、分析自动化相关领域的工程问题，以获得有效结论。3.设计/开发解决方案树立全面的系统观念，具备较强的自动化及相关系统的设计、开发和应用的基本能力，能够设计针对自动化相关领域控制工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）、流程或算法，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。教学目标48.2理解诚实公正、诚信守则的工程职业道德和规范，并能在工程实践中自觉遵守；理解工程师对公众的安全、健康和福祉，以及环境保护的社会责任，能够在工程实践中自觉履行责任。教学目标58.1有正确的价值观，理解个人与社会的关系，了解中国国情。三、理论教学表1理论教学安排序号章节（学时）学习内容（含重点、难点）教学方法、手段支撑教学目标其他1概论（1学时）1.仿真技术概述：仿真的定义和分类，仿真过程。2．数字仿真软件（）

3．仿真技术的应用与发展：仿真技术的应用，仿真技术的发展趋势。）（）（1）教学方法：课堂教学＋课后作业。（2）教学手段：启发式教学。1,2,4,52MATLAB与Simulink基础（2学时）1．MATLAB简介。

2.基本语句结构。（）3．基本矩阵运算。4．绘图。5．数据处理。（）6．MATLAB编程。（）7．Simulink基础启发式教学和采用自主学习任务点发放，课堂学生讲解，老师点评，全体学生进行讨论交流，提高学习效果、课堂互动频率与水平。1,2,4,53控制系统的数学描述及建模（3学时）1．连续系统的数学模型。2．控制系统的模型转换。3．控制系统建模实例。（1）教学方法：课堂教学＋课后作业+实验。（2）教学手段：启发式教学。1,2,3,4,54连续系统的离散化方法（3学时）1．常微分方程的数值解法。2．数值算法的稳定性及选择原则。3．数值算法中的“病态”问题。4．连续系统状态方程的离散化。（1）教学方法：课堂教学＋课后作业+实验。（2）教学手段：启发式教学。1,2,3,4,55控制系统的时频分析法（5学时）1．控制系统时域分析。（）2．控制系统频域分析。（）3．根轨迹法。（）（1）教学方法：课堂教学＋课后作业+实验。（2）教学手段：启发式教学。1,2,3,4,56控制系统的校正（5学时）1．校正基础知识。2．频率特性设计法。（）3．根轨迹设计法。（）4．PID校正。（）5．控制系统的复合校正：按扰动补偿的复合校正、按输入补偿的复合校正。（1）教学方法：课堂教学＋课后作业+实验。（2）教学手段：启发式教学。1,2,3,4,57控制系统的状态空间设计法（3学时）1．极点配置。2．观测器设计及实例分析。3．基于观测器的状态反馈控制器设计及实例分析。4．线性二次型最优控制器设计及实例分析。（1）教学方法：课堂教学＋课后作业+实验。（2）教学手段：启发式教学。1,2,3,4,5四、实验教学表2实验教学安排序号实验项目名称（学时）实验内容实验类型支撑教学目标其他1Simulink认知实验（2学时）熟悉Simulink中常用模块、建模、子系统及其封装技术、模型运行及分析、S-函数操作型1，2，52连续系统的离散化实验（2学时）熟悉欧拉法、龙格-库塔法解微分方程验证型1,2,3，53控制系统的时域分析实验（2学时）时域分析常用MATLAB函数操作型1,2,4,54控制系统的频域分析实验（2学时）常用MATLAB函数、根轨迹法绘制和分析操作型1,2,4,5,5控制系统的设计与校正实验（2学时）基于传递函数的设计设计型1,2,3,4,5五、考核与成绩评定方法表3课程考核及评价细则成绩组成考核/评价环节分值考核/评价细则支撑教学目标平时成绩出勤率10根据学生平时上课的出勤率，视其对课程学习的态度及积极程度，按15%计入课程总成绩1、2、3，5课堂练习及讨论10根据学生平时上课的课堂表现及互动情况，按10%计入课程总成绩1、2、3、4，5实验环节30根据学生完成实验及实验报告情况，按30%计入课程总成绩1、2、3，5考试成绩考试的卷面成绩50根据学生卷面