教學大綱（系統(tǒng)仿真課程）

PAGEPAGE6《系統(tǒng)仿真》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱系統(tǒng)仿真課程編號66課程性質(zhì)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(nèi)學時32理論授課16上機學時16課內(nèi)實踐0實驗學時0課外學時適用專業(yè)測控技術(shù)與儀器專業(yè)是否雙語否先修課程高等數(shù)學、線性代數(shù)、控制工程基礎(chǔ)后續(xù)課程二、課程簡介《系統(tǒng)仿真》是測控技術(shù)與儀器專業(yè)的專業(yè)選修課，是一門以控制理論為基礎(chǔ)、以計算機仿真軟件為工具的一門專業(yè)課，是研究系統(tǒng)模型及其求解，數(shù)據(jù)可視化及仿真程序設(shè)計的應(yīng)用性學科，其基本理論和方法滲透在工程技術(shù)的各個領(lǐng)域，是工程設(shè)計和實驗研究的基礎(chǔ)。培養(yǎng)學生掌握利用系統(tǒng)仿真工具分析、處理工程問題的方法，使學生具備針對復(fù)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?qū)?shù)學、自然科學、工程基礎(chǔ)和測控技術(shù)與儀器專業(yè)知識用于解決測控與技術(shù)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。課程目標2.能力目標：能夠應(yīng)用數(shù)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(shù)與儀器專業(yè)相關(guān)的復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。能夠基于科學原理并采用科學方法對測控技術(shù)與儀器領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題進行研究，包括設(shè)計與調(diào)試、分析與數(shù)據(jù)處理、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。課程目標3.素質(zhì)目標：能夠針對測控技術(shù)與儀器領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對測控技術(shù)與儀器領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題的預(yù)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(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)全周期、全流程的基本設(shè)計方法和技術(shù)，了解影響設(shè)計目標和技術(shù)方案的各種因素3-設(shè)計/開發(fā)解決方案課程目標2指標點3-1：學習工程設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)全周期、全流程的基本設(shè)計方法和技術(shù)，了解影響設(shè)計目標和技術(shù)方案的各種因素指標點5-1：能夠合理選擇與使用解決復(fù)雜測控系統(tǒng)工程問題所需的多種儀器設(shè)備、信息資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具3-設(shè)計/開發(fā)解決方案5-使用現(xiàn)代工具課程目標3指標點3-1：學習工程設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)全周期、全流程的基本設(shè)計方法和技術(shù)，了解影響設(shè)計目標和技術(shù)方案的各種因素指標點5-1：能夠合理選擇與使用解決復(fù)雜測控系統(tǒng)工程問題所需的多種儀器設(shè)備、信息資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具3-研究5-使用現(xiàn)代工具四、課程基本教學內(nèi)容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內(nèi)容第一單元MATLAB程序設(shè)計基礎(chǔ)（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容理解基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；掌握矩陣的基本運算、程序流程控制結(jié)構(gòu)，如循環(huán)、分支、開關(guān)、試探結(jié)構(gòu)。了解MATLAB的程序編寫技巧、掌握函數(shù)的編寫與調(diào)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(shù)的相同點和不同點，并需要根據(jù)要求設(shè)計盡可能簡化、快捷的函數(shù)。3.教學方法1.通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結(jié)合，使教學過程邏輯更為清晰，方便學生掌握知識架構(gòu)；2.通過前沿技術(shù)分析，闡述課程學習的實際應(yīng)用領(lǐng)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(xiàn)場輔導(dǎo)，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(yù)期成果學生在學習本單元課程之后，應(yīng)該了解并熟練應(yīng)用MATLAB軟件的基礎(chǔ)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(xiàn)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(shù)據(jù)可視化（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容掌握MATLAB環(huán)境下二維圖形的繪制，實現(xiàn)仿真結(jié)果的數(shù)據(jù)可視化。掌握依靠simulink平臺進行數(shù)學模型的建立與仿真，包含掌握線性代數(shù)問題及求解方法；理解常微分方程的數(shù)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(shù)據(jù)插值與擬合方法等。2.重點和難點重點：如何將傳統(tǒng)數(shù)學、物理模型轉(zhuǎn)換至MATLAB環(huán)境的simulink平臺上，依靠MATLAB工具解決數(shù)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(xiàn)圖線的相關(guān)細節(jié)3.教學方法1.通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結(jié)合，使教學過程邏輯更為清晰，方便學生掌握知識架構(gòu)；2.通過將現(xiàn)代仿真工具與傳統(tǒng)知識相結(jié)合，讓學生能夠使用更為現(xiàn)代化的工具更加方便、快捷地解決傳統(tǒng)知識領(lǐng)域的問題；3.通過學生自主操作和教師現(xiàn)場輔導(dǎo)，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(yù)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(xiàn)仿真結(jié)果的數(shù)據(jù)可視化。掌握依靠simulink平臺進行數(shù)學模型的建立與仿真，包含掌握線性代數(shù)問題及求解方法；理解常微分方程的數(shù)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(shù)據(jù)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(tǒng)建模與仿真（學時數(shù)：18學時）1.課程主要內(nèi)容掌握控制系統(tǒng)的模型，線性系統(tǒng)仿真分析方法，包括線性系統(tǒng)頻域分析、時域分析，了解基于框圖的系統(tǒng)仿真方法。掌握包含PID控制器的控制系統(tǒng)的建立以及調(diào)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(tǒng)對應(yīng)的仿真模型，了解控制系統(tǒng)的框圖表達形式；在simulink平臺上建立控制模型之后，如何應(yīng)用simulink工具對控制系統(tǒng)進行瞬態(tài)響應(yīng)分析、根軌跡分析。難點：如何應(yīng)用simulink平臺建立帶有PID控制模塊的控制系統(tǒng)，并針對PID參數(shù)進行調(diào)試，分析PID控制參數(shù)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(tǒng)教學相結(jié)合，使教學過程邏輯更為清晰，方便學生掌握知識架構(gòu)；2.通過將現(xiàn)代仿真工具與傳統(tǒng)知識相結(jié)合，讓學生能夠使用更為現(xiàn)代化的工具更加方便、快捷地解決傳統(tǒng)知識領(lǐng)域的問題；3.通過學生自主操作和教師現(xiàn)場輔導(dǎo)，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(yù)期成果學生在學習本單元課程之后，需要掌握控制系統(tǒng)的模型，線性系統(tǒng)仿真分析方法，包括線性系統(tǒng)頻域分析、時域分析，了解基于框圖的系統(tǒng)仿真方法。掌握包含PID控制器的控制系統(tǒng)的建立以及調(diào)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(nèi)容對課程目標的支撐課程教學內(nèi)容教學方法支撐的課程目標學時安排課內(nèi)課外學時比例第一單元MATLAB程序設(shè)計基礎(chǔ)講授法、實時演練課程目標161:1第二單元模型求解及數(shù)據(jù)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(tǒng)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(gòu)成（百分制）課程成績構(gòu)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(shù)編寫與技巧、Simulink建立與仿真、動態(tài)系統(tǒng)MATLAB分析的初步研究、瞬態(tài)響應(yīng)分析-階躍響應(yīng)、瞬態(tài)響應(yīng)分析-沖激響應(yīng)及任意輸入相應(yīng)、根軌跡分析、PID控制內(nèi)容。作業(yè)在三天之內(nèi)完成并提交視為作業(yè)已交，作業(yè)內(nèi)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(jié)束之后設(shè)置期中小測驗，測驗內(nèi)容包含前兩個單元的內(nèi)容，具體包含MATLAB程序設(shè)計基礎(chǔ)、模型求解及數(shù)據(jù)可視化。測驗時間為一個課時，測驗內(nèi)容按步驟給分。目標分值=0.1*作業(yè)平均成績課堂表現(xiàn)（百分制）10本門課程課堂表現(xiàn)分為出勤、具體表現(xiàn)兩大類：出勤方面，每節(jié)課安排點名記錄出勤次數(shù)；具體表現(xiàn)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(nèi)容：試題內(nèi)容包含MATLAB程序設(shè)計基礎(chǔ)、模型求解及數(shù)據(jù)可視化、控制系統(tǒng)建模與仿真三個單元的內(nèi)容考試題型：題型均為編寫程序以實現(xiàn)相應(yīng)功能，其中程序設(shè)計基礎(chǔ)內(nèi)容占比25%，模型求解及數(shù)據(jù)可視化內(nèi)容占比25%，控制系統(tǒng)建模與仿真內(nèi)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(yīng)用20創(chuàng)新10（二）課程考核對課程目標的支撐教學內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標第一單元MATLAB程序設(shè)計基礎(chǔ)1-1MATLAB語言的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1-2MATLAB下的矩陣運算1-3MATLAB函數(shù)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(shù)據(jù)可視化2-1MATLAB繪制曲線圖形2-2Simulink下數(shù)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(tǒng)建模與仿真3-1動態(tài)系統(tǒng)MATLAB分析的初步研究3-2框圖形式系統(tǒng)的MATLAB表達3-3系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)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(guān)推薦書目及課程資源（一）使用教材StormyAttaway主編：《MATL