教學大綱（系統仿真課程）

PAGEPAGE6《系統仿真》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱系統仿真課程編號66課程性質專業(yè)選修課課程類別專業(yè)課開課單位機電工程學院測控教研室授課學期第七學期學分/學時2/32課內學時32理論授課16上機學時16課內實踐0實驗學時0課外學時適用專業(yè)測控技術與儀器專業(yè)是否雙語否先修課程高等數學、線性代數、控制工程基礎后續(xù)課程二、課程簡介《系統仿真》是測控技術與儀器專業(yè)的專業(yè)選修課，是一門以控制理論為基礎、以計算機仿真軟件為工具的一門專業(yè)課，是研究系統模型及其求解，數據可視化及仿真程序設計的應用性學科，其基本理論和方法滲透在工程技術的各個領域，是工程設計和實驗研究的基礎。培養(yǎng)學生掌握利用系統仿真工具分析、處理工程問題的方法，使學生具備針對復雜工程問題的分析能力、利用仿真軟件進行建模的能力。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標通過本課程的學習，使學生達到以下目標：課程目標1.知識目標：能夠將數學、自然科學、工程基礎和測控技術與儀器專業(yè)知識用于解決測控與技術領域的復雜工程問題。課程目標2.能力目標：能夠應用數學、自然科學和儀器儀表科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析測控技術與儀器專業(yè)相關的復雜工程問題，以獲得有效結論。能夠基于科學原理并采用科學方法對測控技術與儀器領域的復雜工程問題進行研究，包括設計與調試、分析與數據處理、并通過信息綜合得到合理有效的結論。課程目標3.素質目標：能夠針對測控技術與儀器領域的復雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具，包括對測控技術與儀器領域的復雜工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標1指標點3-1：學習工程設計和產品開發(fā)全周期、全流程的基本設計方法和技術，了解影響設計目標和技術方案的各種因素3-設計/開發(fā)解決方案課程目標2指標點3-1：學習工程設計和產品開發(fā)全周期、全流程的基本設計方法和技術，了解影響設計目標和技術方案的各種因素指標點5-1：能夠合理選擇與使用解決復雜測控系統工程問題所需的多種儀器設備、信息資源、現代工程工具和信息技術工具3-設計/開發(fā)解決方案5-使用現代工具課程目標3指標點3-1：學習工程設計和產品開發(fā)全周期、全流程的基本設計方法和技術，了解影響設計目標和技術方案的各種因素指標點5-1：能夠合理選擇與使用解決復雜測控系統工程問題所需的多種儀器設備、信息資源、現代工程工具和信息技術工具3-研究5-使用現代工具四、課程基本教學內容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內容第一單元MATLAB程序設計基礎（學時數：6學時）1.課程主要內容理解基本數據結構；掌握矩陣的基本運算、程序流程控制結構，如循環(huán)、分支、開關、試探結構。了解MATLAB的程序編寫技巧、掌握函數的編寫與調試。2.重點和難點重點：掌握使用simulink平臺簡化運算過程的方法；難點：掌握并區(qū)分MATLAB軟件中腳本、函數的相同點和不同點，并需要根據要求設計盡可能簡化、快捷的函數。3.教學方法1.通過多媒體課件和傳統教學相結合，使教學過程邏輯更為清晰，方便學生掌握知識架構；2.通過前沿技術分析，闡述課程學習的實際應用領域，讓學生進一步意識到此課程學習的必要性、重要性；3.通過學生自主操作和教師現場輔導，讓學生切實深入問題，體驗面對問題之后，具體的分析、處理以及解決方法，培養(yǎng)學生自主解決問題的能力。4.學生學習預期成果學生在學習本單元課程之后，應該了解并熟練應用MATLAB軟件的基礎操作，并且能夠依賴軟件平臺進行一些簡單的運算，以及能夠按要求編寫簡單程序以實現既定功能。5.支撐課程目標課程目標1.第二單元模型求解及數據可視化（學時數：6學時）1.課程主要內容掌握MATLAB環(huán)境下二維圖形的繪制，實現仿真結果的數據可視化。掌握依靠simulink平臺進行數學模型的建立與仿真，包含掌握線性代數問題及求解方法；理解常微分方程的數值解法，微分方程組的變換技巧；掌握非線性方程與最優(yōu)化問題求解；了解數據插值與擬合方法等。2.重點和難點重點：如何將傳統數學、物理模型轉換至MATLAB環(huán)境的simulink平臺上，依靠MATLAB工具解決數學、物理問題難點：如何使用MATLAB環(huán)境中的繪圖工具，繪制二維圖像，并在圖像中體現圖線的相關細節(jié)3.教學方法1.通過多媒體課件和傳統教學相結合，使教學過程邏輯更為清晰，方便學生掌握知識架構；2.通過將現代仿真工具與傳統知識相結合，讓學生能夠使用更為現代化的工具更加方便、快捷地解決傳統知識領域的問題；3.通過學生自主操作和教師現場輔導，讓學生切實深入問題，體驗面對問題之后，具體的分析、處理以及解決方法，培養(yǎng)學生自主解決問題的能力。4.學生學習預期成果學生在學習本單元課程之后，需要掌握MATLAB環(huán)境下二維圖形的繪制，實現仿真結果的數據可視化。掌握依靠simulink平臺進行數學模型的建立與仿真，包含掌握線性代數問題及求解方法；理解常微分方程的數值解法，微分方程組的變換技巧；掌握非線性方程與最優(yōu)化問題求解；了解數據插值與擬合方法等。5.支撐課程目標課程目標1.課程目標2.第三單元控制系統建模與仿真（學時數：18學時）1.課程主要內容掌握控制系統的模型，線性系統仿真分析方法，包括線性系統頻域分析、時域分析，了解基于框圖的系統仿真方法。掌握包含PID控制器的控制系統的建立以及調試方式。2.重點和難點重點：如何在simulink平臺上建立起與控制系統對應的仿真模型，了解控制系統的框圖表達形式；在simulink平臺上建立控制模型之后，如何應用simulink工具對控制系統進行瞬態(tài)響應分析、根軌跡分析。難點：如何應用simulink平臺建立帶有PID控制模塊的控制系統，并針對PID參數進行調試，分析PID控制參數對于控制效果的影響。3.教學方法1.通過多媒體課件和傳統教學相結合，使教學過程邏輯更為清晰，方便學生掌握知識架構；2.通過將現代仿真工具與傳統知識相結合，讓學生能夠使用更為現代化的工具更加方便、快捷地解決傳統知識領域的問題；3.通過學生自主操作和教師現場輔導，讓學生切實深入問題，體驗面對問題之后，具體的分析、處理以及解決方法，培養(yǎng)學生自主解決問題的能力。4.學生學習預期成果學生在學習本單元課程之后，需要掌握控制系統的模型，線性系統仿真分析方法，包括線性系統頻域分析、時域分析，了解基于框圖的系統仿真方法。掌握包含PID控制器的控制系統的建立以及調試方式。5.支撐課程目標課程目標2.課程目標3.（二）課程基本教學內容對課程目標的支撐課程教學內容教學方法支撐的課程目標學時安排課內課外學時比例第一單元MATLAB程序設計基礎講授法、實時演練課程目標161:1第二單元模型求解及數據可視化講授法、案例教學、實時演練課程目標1、281:1第三單元控制系統建模與仿真講授法、案例教學、實時演練課程目標2、3181:1合計321:1五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構成（百分制）課程成績構成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則平時成績60%作業(yè)（百分制）80本門課程共9次作業(yè)，主要考核MATLAB矩陣下的運算、MATLAB函數編寫與技巧、Simulink建立與仿真、動態(tài)系統MATLAB分析的初步研究、瞬態(tài)響應分析-階躍響應、瞬態(tài)響應分析-沖激響應及任意輸入相應、根軌跡分析、PID控制內容。作業(yè)在三天之內完成并提交視為作業(yè)已交，作業(yè)內容按步驟給分。目標分值=0.8*作業(yè)平均成績測驗（百分制）10本門課程在第二單元結束之后設置期中小測驗，測驗內容包含前兩個單元的內容，具體包含MATLAB程序設計基礎、模型求解及數據可視化。測驗時間為一個課時，測驗內容按步驟給分。目標分值=0.1*作業(yè)平均成績課堂表現（百分制）10本門課程課堂表現分為出勤、具體表現兩大類：出勤方面，每節(jié)課安排點名記錄出勤次數；具體表現方面，任職課代表或課上積極回答問題予以加分。此項分值不超過10分。目標分值=0.1*作業(yè)平均成績期末考試40%知識40考核內容：試題內容包含MATLAB程序設計基礎、模型求解及數據可視化、控制系統建模與仿真三個單元的內容考試題型：題型均為編寫程序以實現相應功能，其中程序設計基礎內容占比25%，模型求解及數據可視化內容占比25%，控制系統建模與仿真內容占比50%.評價細則：在閱卷的過程中，每道題按照步驟給分。能力30綜合應用20創(chuàng)新10（二）課程考核對課程目標的支撐教學內容考核內容考核方式支撐的課程目標第一單元MATLAB程序設計基礎1-1MATLAB語言的數據結構1-2MATLAB下的矩陣運算1-3MATLAB函數編寫作業(yè)、實踐、期末考試課程目標1第二單元模型求解及數據可視化2-1MATLAB繪制曲線圖形2-2Simulink下數學模型建立與仿真作業(yè)、實踐、期末考試課程目標1、2第三單元控制系統建模與仿真3-1動態(tài)系統MATLAB分析的初步研究3-2框圖形式系統的MATLAB表達3-3系統瞬態(tài)響應分析3-4根軌跡分析3-5PID控制器作業(yè)、實踐、期末考試課程目標2、3六、使用教材、相關推薦書目及課程資源（一）使用教材StormyAttaway主編：《MATL