系统建模与仿真讲义课件

系统建模与仿真讲义系统建模与仿真讲义系统建模与仿真讲义系统辨识SystemIdentification哈尔滨工业大学控制与仿真中心教学与考核方式●教学方式目的:掌握系统辨○总学时24○授课学时16识的基本原理方法,O上机学时8提高解决问题能力和编程能力。●考核方式O期末考试60分开卷○实验40分(3个实验,10+15+15分)目前，信息技术越来越多地应用在课堂教学中，多媒体教学已经逐渐取代过去的教学方式，但是在应用信息技术教学的同时，并没有从根本上改变学生的学习方法，学习效率没有提高，不少学生和教师只是把多媒体当成一个屏幕或者一个工具，没有从根本上认识到应用信息技术教学的优势。所以，越来越多的人在思考应用信息技术教学的优势和价值以及怎样弥补信息技术教学的不足，如何才能更有效地把信息技术教学应用到中学课堂中，来达到一个理想的效果。初中是小学到高中的过渡阶段，也是性格形成的关键时期，课堂随着时代的不断发展，也在不断改革，致力于培养学生的创新能力和自主处理问题的能力。同时，教学的硬件设施不断完善，创新的课堂教学方式可以帮助学生提升学习兴趣，提高学习的有效性。应用信息技术教学可以改变教学思路，对教师自身的发展也有极大的好处。同时也能帮助学生积累更多的知识，培养学生的处事能力。一、提高学生学习有效性是信息技术教育的使命1.引导学生应用信息技术探究问题在学习与生活中，学生会遇到各种各样的问题，应用所学知识正确处理遇到的问题，创新思路，真正应用信息技术。教师可以利用信息技术引导学生探究问题，并且设计问题和学生分享，引导学生利用信息技术解决问题，在这个过程中，将所学知识转化为学生的内在能力，培养学生学习知识的主动性与创造性。2.注重应用信息技术实现交流和互动任何事物都不能孤立发展，信息技术也一样。教师要注重信息技术与现实的交流，不能只让学生应用信息技术而忽略与现实生活的联系。现代教育模式提倡学生间相互交流，互相分享学习心得，互相分享网络学习资源，学生间相互交流协作并且利用信息技术到现实中也是对学生学习能力的培养。信息技术与现实的交流也可以扩大到地域、文化背景、信仰等方面。3.注重应用信息技术实现知识的迁移和应用学生是学习的主体，每天都在不断学习新的知识，教师要引导学生运用所学知识，做到学以致用，加深学生对新知识的理解和掌握。应用信息技术可以实现知识的共享与迁移，学生可以利用信息技术不断学习新知识，丰富学识，更好地弥补不足，从而实现知识的迁移和应用。二、应用信息技术提高教学的有效性1.运用信息技术创设富有创造性的问题情境信息技术的应用可以创造富有创造性的情境，情境的创设可以从问题概要、问题本身以及问题的可操控空间三个方面考虑。就问题概要来说，可以从问题产生的背景方面考虑，即在怎样的状况下出现的这个问题，可以从哪个方面考虑，学生在不断探索的过程中，会发现解决问题的根本方法，也可以为学生的实践、信息的获取提供知识。从问题本身方面考虑，问题是学生发问的原动力，只有存在问题，才会引导学生不断思考解决问题的方法，问题的存在也可以调动学生的积极性，吸引学生探究问题的本质和解决方法。问题的可操控空间指问题之间的相互联系、问题处理方式的多元化，学生可以对问题进行大胆设想。2.应用信息技术搭建学生思维的阶梯（1）应用信息技术拓展学生心智。学生在处理问题时思维会有局限，将遇到的问题交给计算机可以获得更多的相关知识，深化对问题的了解，尤其是数学运算方面的问题，可以极大地提高运算效率和准确性，也可以提高学生对信息媒体的应用技术。（2）应用信息技术减轻学生的学习负荷。应试教育模式下，学生学习以死记硬背为主，这是对学生思维的禁锢。计算机可以充当巨大的知识储存库，学生可以随时利用计算机查询相关知识，从而减轻学习负担。（3）应用信息技术拓展学生的认知空间。每个学生的兴趣和学习方式不同，对知识的积累和掌握程度也不同，应用信息技术可以拓宽个人的认知和学习空间。三、提高学生信息技术专业水平和技能信息技术的应用日渐广泛，提高学生的信息技术专业水平和技能，让更多的学生将信息技术高质量地应用到学习和生活中。总之，信息技术的应用不仅为教学带来方便，对学生的发展乃至时代的发展都产生了深远影响，信息技术已经深入到学习、生活、工作的方方面面，利用信息技术可以提高个人能力，为处理不同问题提供更多的思路和方法。心理学研究发现：兴趣是一种能够持续认识与探求的动力。教学实践证明，兴趣能推动学生持续寻求知识。初三学生刚刚接触化学这门学科，正处求知欲旺盛阶段。因此，从化学学科刚开始阶段就注意激发与培养学生对化学学习的兴趣对今后教学能起到良好的引导作用。这样，学生就会把兴趣转化成乐趣，从而饶有兴趣地学习化学这门学科。一、挖掘教材有趣内容，激发学生学习兴趣新教材有一个特点，就是编者编排时很多内容通过有趣的事例与图形加以说明。初三学生刚接触化学知识，领到新教材时从头到尾浏览。因此，我们应该利用学生的好奇心认识化学世界的神奇。充分挖掘教材中有趣的化学知识，进一步激发学生的学习兴趣，探究化学知识的未知领域。例如：利用课本中苯分子与硅原子图片，了解物质内部结构，进一步增加对分子、原子的感性认识。在学习“分解”这个概念时，就把氧化汞分子分解与水分子分解的示意图挂在黑板上，让学生了解分子与原子的分解；学习“化学反应”时，利用多媒体动画演示氯化钠的形成过程。这样的过程直观、形象，生动地揭示化学反应的内涵，使学生饶有兴趣地学习。其实，课本中很多内容通过图示法会更加直观、形象，从而激发学生的学习兴趣，并且使认识坡度变小。如用玻璃刀划玻璃，学生的印象是玻璃十分坚硬，而玻璃刀划玻璃却轻松自如。这样的直观演示激发了学生的好奇，迫不及待地想探究其中的奥秘。二、重视开展实验教学，加深学生对知识的理解实验是化学教学中不可缺少的环节，是引导学生认识化学反应现象、掌握反应规律的窗口。化学实验本能激发学生学习兴趣，因为化学实验有很多有趣的现象。因此，教师要重视开展化学实验，认真做好每一个演示实验。在实验过程中集中学生的注意力，对实验中的现象进行深入的分析，从而加深对所学知识的理解。例如：在进行氧气和氮气的性质鉴别时，通过开展实验加深学生对知识的理解。实验中用一个带火星的木条分别插入氧气瓶与氮气瓶中，通过观察带火星的木条，让学生总结鉴别的方法。这样，学生通过观察有趣的实验现象，从而加深了理解。原来，木条在氧气瓶中燃烧更旺，而在氮气瓶中逐渐熄灭。因此，在初中化学教学中要努力创造实验条件。在条件容许的情况下，尽量让学生动手开展实验。这样，学生不仅有兴趣开展实验，而且加深对所学知识的理解。除此之外，我们还可以根据教学内容的需要让学生自行设计实验。这样，让实验过程更加直观有趣地展现在学生面前，从而加深学生对实验现象与规律的理解，让抽象的化学知识变得生动有趣。三、开展生活化教学，认识化学知识的实用性化学是一门与实际生活有着紧密联系的学科，新课程改革强调了化学教学生活化的重要性，提倡学生把学习化学的视野拓宽到社会中，学会从化学角度思考问题，以化学的眼光观察世界，将用化学知识解决实际问题作为学好化学的主要动力之一。生活中的化学知识有很多，要靠学生自己发现，从而认识到化学知识的实用性，更加有利于生活化教学的开展。教师不妨多让学生讲一讲自己生活中经常遇到的现象，引导他们寻找其中存在的化学原理，相互协作展开探究，从而让他们了解到化学知识在生活中的意义。例如：在学习“爱护水资源”这一内容时，教师首先介绍世界上水资源的总含量，以及淡水和咸水的分布情况，然后引导学生思考这些问题：是不是所有水资源都能被人类利用呢？可以直接饮用的水资源有多少？水对人类有哪些重要性呢？造成水污染有哪些原因？怎样才能防治水污染呢？在生活中，我们可以采取哪些行动节约用水？这些问题都是十分贴近生活的。四、引导合作探究，感受探究知识的乐趣探究学习是化学教学的重要组成部分，教师要让学生明白，学习知识的过程并没有那么艰辛与苦涩，学会与他人合作与分享，就能获得成功之路上的喜悦。教师要引导学生做好探究式学习，在教学过程中鼓励学生探寻多种方法解决问题，从多个角度对探讨对象进行分析，多和同伴进行交流，不满足于眼前成果和表面答案，而要进一步探寻深远的意义。探究的过程充满了挑战，但更加充满了乐趣，这种乐趣需要学生沉得住气，一鼓作气坚持到探究全部结束才能完整地体会到。例如：学习“金属”这一内容时，教师谈到了生锈这一常见现象，教师不妨让学生谈一谈生活中经常见到的金属生锈情况，有的学生说铁制品常年放置在空气中就会生锈，有的学生说金属放置在阴暗潮湿的地方也会容易生锈，还有的学生说，如果涂上了漆就很难生锈了。为了验证学生的这些观点，教师引导学生进行相关实验。这就是一个探究的过程。总而言之，学习兴趣是一种情感上的自然倾向，是人有动力认识一项未知事物的重要前提，是关系到认识事物过程中是否获得了乐趣的决定性因素。这种因素的决定性会随着时间的增长而产生变化，初中生由于年龄尚小，这种决定性的作用就体现得更明显。所以，提高学生的学习兴趣非常重要。系统辨识SystemIdentification哈尔滨工业大学控制与仿真中心教学与考核方式●教学方式目的:掌握系统辨○总学时24○授课学时16识的基本原理方法,O上机学时8提高解决问题能力和编程能力。●考核方式O期末考试60分开卷○实验40分(3个实验,10+15+15分)主要内容安排第一章绪论第二章系统辨识常用输入信号第三章系统数学描述及经典辨识法第四章最小二乘法辨识第五章极大似然法辨识第六章系统结构辨识●实验1白噪声和M序列的产生●实验2相关分析法辨识脉冲响应●实验3递推最小二乘法的实现第一章绪论概述系统辨识是控制论的一个分支,系统辨识、状态估计、控制理论构成了现代控制论的三大支柱。经典控制理论中蕴含着系统辨识:用试验法确定系统传递函数。20世纪60年代,系统辨识发展成现代控制论的一个活跃分支目前,系统辨识被推广至其他广泛领域,如气象学、生物学、生态学和社会经济学等。系统辨识的目的:●佔计参数●预测系统辨识的应用范围越仿真来越广,已成为各门学科数●控制学建模的现代工程方法。特别是对于复杂系统仿真、分散控制、自适应控制等,系统辨识更是不可缺少的技术手段。f(,u,8研究上述系统时,可分为三类问题:(1)系统的分析问题(2)系统的控制问题(3)系统的辨识问题112模型为了研究、分析、设计和实现一个系统,需要进行试验。试验的方法基本上可分为两大类:一种是直接在真实系统上进行,另一种是先构造模型,通过对模型的试验来代替或部分代替对真实系统的试验。传统上大多采用第」种方法,随着科学技术的发展,尽管第一种方法在某些情况下仍然是必不可少的,但第二种方法日益成为人们更为常用的方法,主要原因在于:谢