《复杂系统建模与仿真Matlab》课程教学大纲.docx

《复杂系统建模与仿真Matlab》教学大纲

课程编号英文名称：ModelingandSimulationofComplexSystems(Matlab)

学分：2.0

学时：总学时40学时，其中理论24学时，实践16学时

先修课程：电路原理、复变函数与积分变换、线性代数（理工）

课程类别：专业拓展课程

授课对象：机器人工程专业学生

教学单位：机械与电气工程学院

修读学期：第6学期

一、课程描述和目标

本课程是机器人工程专业的一门重要的专业基础课和工具性课程。课程面向智能仪器仪表信号处理、多轴机器人控制系统等复杂系统，掌握系统建模与仿真相关专业知识，具备复杂系统建模、性能分析、控制器设计、信号提取等方面的仿真和优化能力。

本课程拟达到的课程目标:

课程目标1：系统地掌握系统建模与仿真相关专业知识，了解Matlab建模与仿真原理及应用，理解其在系统建模与仿真的适用范围，并能完成相关单元模块的仿真设计；

课程目标2：能够根据复杂工程建模、分析和仿真的具体要求，进行团队合作，选择合适的工具箱和优化算法，进行性能分析、参数计算和系统设计；

课程目标3：能够辩证吸收团队其他队成员的意见和建议，能够根据智能仪器仪表信号处理、多轴机器人控制系统等工程问题，开发相应的仿真平台，进行性能分析、参数优化和系统设计，明确仿真系统的适用范围和局限性。

二、课程目标对毕业要求的支撑关系

毕业要求观测点

课程目标

权重

3.2能够针对特定需求，完成感知、控制、驱动、执行等单元模块的设计；

课程目标1

H

9.1理解多学科背景下团队合作的重要性，能够与其他成员有效沟通，合作共事；

课程目标2

M

9.3能够辩证吸收团队其他队成员的意见和建议，组织、协调和指挥团队开展工作。

课程目标3

H

三、教学内容、基本要求与学时分配

（一）理论教学

序号

教学内容

基本要求及重、难点

（含德育要求）

学时

教学

方式

对应课程目标

1

绪论：结合案例和仿真演示等形式，介绍系统仿真技术的现状和发展趋势，讨论课程的学习方法、教学计划和考核要求

基本要求：掌握系统建模与仿真的基本概念及其应用，了解常用的仿真建模软件

重点难点：Matlab编程语言灵活应用

德育要求：合作共赢

2

集中

讲授

、

文献

阅读

课程目标1

2

Matlab程序设计基础：讲解和实践Matlab环境下的数据结构、矩阵运算、多项式计算、函数调用与编写等

基本要求：了解MATLAB语言的基本使用环境及MATLAB语言的数据结构，掌握矩阵、多项式的运算及MATLAB函数编写与技巧。

重点难点：函数调用

德育要求：职业规范

4

集中

讲授

、

课后

作业

课程目标1

3

MATLAB/Simulink基础：Simulink的工作环境和建模方法

基本要求：熟悉Simulink的工作环境，熟练掌握MATLAB编程和Simulink建模仿真的基本方法，了解Simulink建模仿真的基本过程

重点难点：复杂系统的Simulink模型搭建

德育要求：实事求是

2

集中

讲授

课程目标1

4

动态系统仿真建模与分析设计：静态系统MATLAB编程仿真、动态系统数学模型及其求解、动态性能分析

基本要求：掌握静态系统MATLAB编程仿真的基本方法，了解动态系统常用的数学模型，了解动态方程求解的基本原理和方法，熟练掌握动态系统建模及性能分析的基本方法，了解模型对象的概念及其应用

重点难点：动态方程的求解与性能分析

德育要求：实事求是

4

集中

讲授

课程目标1

课程目标2

5

Simulink控制系统分析与设计：线性系统模型构建、性能分析及PID控制器设计

基本要求：了解控制系统常用的数学模型及其建模仿真方法，掌握Simulink控制工具箱中的常用模块及其在控制系统建模与仿真中的基本使用方法，了解MATLAB控制器设计工具的基本使用方法

重点难点：PID设计与参数整定

德育要求：实践出真知

4

集中

讲授

、

团队

讨论

课程目标2

课程目标3

6

数字滤波器的辅助分析与设计：数字滤波器的基本概念、数学模型及常用的设计指标及其设计方法

基本要求：利用MATLAB提供的各种滤波器辅助分析设计工具进行数字和模拟滤波器设计的基本方法

重点难点：数字滤波器设计优化

德育要求：与时俱进

4

集中

讲授

+

团队

讨论

课程目标2

课程目标3

7

机器人系统建模与仿真：多轴机器人数学模型、性能分析与控制器设计

基本要求：能根据数学模型对多轴机械臂进行运动轨迹分析和控制

重点难点：模型构建、控制器设计、仿真与优化

德育要求：与时俱进

4

集中

讲授

+

团队

讨论

课程目标2

课程目标3

合计

24

（二）实验教学

序号

实验项目

实验内容与要求

学时

类型

对应课程目标

1

Matlab语言基础

熟悉Matl