2022《控制系统辅助仿真设计》教学大纲-自动化-吕晓东.docxVIP

《控制系统辅助仿真设计》课程教学大纲

一、课程信息

课程名称：控制系统辅助仿真设计

SimulationandCADofControlSystems

课程代码课程类别：专业基础类课程/选修课

适用专业：自动化专业

课程学时：36学时

课程学分：2学分

修读学期：第4学期

先修课程：工程数学、自动控制原理

课内实验（实践）：3个实验项目共8学时

二、课程目标

（一）具体目标

通过本课程的学习，使学生达到以下目标：

1.掌握控制系统建模与仿真的基本知识，了解国内外控制系统建模与仿真发展过程和前沿技术，增强学生的应用意识和爱国意识。【支撑毕业要求1】

2．掌握控制理论的基础知识和基本概念，掌握控制系统性能分析和系统设计的基本方法，具备一般控制系统的初步的完整的分析和设计能力。【支撑毕业要求1、2、3】

3.掌握Matlab语言的主要特征和基本内容，培养学生能够熟练使用Matlab解决具体数学问题的能力；掌握Matlab在自动控制系统中模型的建立与仿真的方法，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。【支撑毕业要求2、4、5】

（二）课程目标与毕业要求的对应关系

表1课程目标与毕业要求的对应关系

课程目标

支撑的毕业要求

支撑的毕业要求指标点

课程目标1

1.工程知识

1.1具备数学与自然科学的基础知识，并能够应用于分析和表述自动化工程问题的表述。

课程目标2

1.工程知识

2.问题分析

3.设计/开发解决方案

1.2具备工程知识和专业基础知识，在解决自动化领域工程问题的过程中，能够将相关知识和数学模型方法应用于具体对象的数学建模、推导求解和仿真分析。

2.2能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别和判断自动化领域复杂工程问题的关键环节。

3.1能够针对自动化领域复杂工程问题进行需求分析，设计解决方案和满足特定需求的单元与系统。

课程目标3

2.问题分析

4.研究

5.使用现代工具

2.3具有将复杂自动化工程领域问题进行抽象、简化、有效分解及综合的能力，能够建立控制系统模型。

4.3能够根据实验方案构建实验系统，对实验结果进行分析和解释，通过信息综合得到合理有效的结论。

5.2能恰当使用计算机软、硬件技术、算法仿真工具，完成自动化控制项目的模拟与仿真分析。

三、课程内容

（一）课程内容与课程目标的关系

表2课程内容与课程目标的关系

课程内容

教学方法

支撑的课程目标

学时安排

第一章控制系统仿真概述

讲授、讨论

课程目标1

2

第二章MATLAB应用基础

讲授、讨论、上机操作

课程目标3

2

第三章控制系统数学模型

讲授、讨论、上机操作

课程目标2、3

4

第四章控制系统的分析

讲授、讨论、上机操作

课程目标2、3

8

第五章基于Simulink的控制系统建模与仿真

讲授、讨论、上机操作

课程目标2、3

4

第六章控制系统校正

讲授、讨论、上机操作

课程目标2、3

8

实验一线性系统分析

小组实验

课程目标2、3

2

实验二PID控制系统设计

小组实验

课程目标2、3

3

实验三单级倒立摆控制系统设计

小组实验

课程目标2、3

3

合计

36学时

（二）具体内容

第一章控制系统仿真概述

【学习目标】

1.了解控制系统仿真的基本概念。

2.掌握控制系统仿真的基本过程。

3.了解计算机仿真技术的发展趋势。

4.了解MATLAB软件发展历程和功能特点。

5.熟练掌握MATLAB环境设置。

6.熟悉MATLAB中控制相关的工具箱。

7.课程思政目标：介绍国内外控制系统建模与仿真发展过程和前沿技术，增强学生的应用意识和爱国意识。

【学习内容】

第一章

控制系统仿真概述

?理论/□实践

学时

2

1.一级知识点

控制系统仿真的基本概念；控制系统仿真的基本过程；计算机仿真技术的发展趋势。

2.二级知识点

MATLAB软件发展历程和功能特点；MATLAB环境设置；MATLAB中控制相关的工具箱。

【学习重点】

控制系统仿真的基本过程

MATLAB中控制相关的工具箱

【学习难点】

MATLAB中控制相关的工具箱

第二章MATLAB应用基础

【学习目标】

1.了解MATLAB基本数值类型。

2.掌握矩阵的创建和访问；掌握矩阵的基本运算；掌握关系运算和逻辑运算。

3.理解符号变量；掌握符号多项式函数；掌握符号微积分函数；掌握积分变换函数。

4.掌握线性方程组、非线性方程组、微分方程组求解。

5.掌握基本的二维、三维绘图函数。

6.掌握顺序、选择、循环程序结构。

7.掌握脚本文件和函数文件的设计。

8.理解图形句柄的概念；掌握使用GUIDE设计图形用户界面。

9.课