控制系统仿真课程教学大纲

1、PAGE PAGE - 7 -本科生课程大纲课程名称控制系统仿真Control System Simulation课程代码082303101203课程属性专业知识课时/学分36/2课程性质必修实践学时8责任教师 课外学时0课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修课程介绍1.课程描述： 控制系统是一门研究自动控制系统共同规律及其应用的科学技术。控制系统仿真课程的任务是使学生获得控制系统仿真技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，加深学生对自动控制理论的理解，拓宽学生对系统仿真及其应用软件的知识面，为深入学习后续课程及从事控

2、制系统设计、分析的实际工作打下基础。该课程以MATLAB语言为主要工具，系统地讲授了控制系统分析与设计的基本原理和方法。课程要求讲课和实验相结合，使学生在掌握理论知识的同时提高应用软件的学习、使用能力和动手实践能力。课程主要内容包括：控制系统仿真概述；MATLAB基础知识；交互式仿真工具Simulink的基本功能；控制系统数学模型；控制系统稳定性分析；控制系统的根轨迹分析及仿真方法；控制系统的频域分析及仿真方法；综合实验等内容。2.设计思路： 控制系统仿真课程是控制理论、计算数学和计算机相关知识的交叉学科，它是分析和设计各类复杂系统的强有力的工具。学生在学习了自动控制原理、现代控制理论等专业课

3、程的基础上，需要设计开设一门综合性、实践性较强的课程列入教学体系中。其目的是为了使学生在深入学习控制理论的基础上，掌握一种能够方便的对系统进行分析与设计的工具，以便使控制系统的研究减少繁杂的验算，提高解决专业问题的能力、提高设计效率和质量。作为自动化专业的主要核心课程之一，依照该规范，以控制系统CAD-基于MATLAB语言课本章节顺序为基础，本课程的内容编排顺序为：（1）控制系统仿真概述；（2）MATLAB基础知识；（3）交互式仿真工具Simulink的基本功能；（4）控制系统数学模型；（5）控制系统稳定性分析；（6）控制系统的根轨迹分析及仿真方法；（7）控制系统的频域分析及仿真方法；（8）综

4、合实验等内容等。3. 课程与其他课程的关系：修读本课程的学生应具备理工科的数理基础，对控制系统有初步的了解和认识。先修课程：自动控制原理，信号与系统二、课程目标通过本课程的学习，学生将对以下知识点有进一步的了解和认识：（1）学生将了解控制系统仿真的发展状况及应用前景。熟悉系统、模型的基本概念、理论方法及建立系统仿真的过程。熟悉仿真的基本概念和理论方法。了解仿真技术及其相关软件、相关实用技术。复习自动控制理论与程序设计的基本概念、分析及设计方法。了解控制系统解决方案、工具及常用算法。（2）学生将了解MATLAB的技术特色、运行环境及掌握基本操作方法。掌握MATLAB操作的常用命令、函数及调用方法

5、。掌握MATLAB的矩阵、数组及符号的运算方法。掌握MATLAB的M文件、外部数据的读取、输出等操作方法。掌握基本的程序设计方法，通过实例了解MATLAB的程序设计技巧和常用程序设计模式。掌握MATLAB的二维、三维绘图、动画制作及图像处理方法。熟悉主要控制系统工具箱函数的使用方法。通过实例了解使用MATLAB进行设计和数据分析的方法。了解交互式仿真工具Simulink的基本功能和使用方法。（3）学生将了解建模技术的概念、发展方向及应用前景。掌握控制系统的模型及建模的基本方法。熟悉Simulink的仿真环境，熟悉模块的建立、连接，仿真参数的设定、修改和子系统的创建及封装方法，熟悉系统以结构图形

6、形式描述的连续系统的数字仿真方法和步骤（4）学生将理解控制系统特性分析的概念。熟悉控制系统稳定性分析的概念和基本方法。熟悉控制系统时域分析的概念和基本方法。掌握利用MATLAB进行时域分析的方法。熟悉基于MATLAB仿真的控制系统阶跃响应、脉冲响应分析的概念和基本方法，掌握工具箱函数的使用方法。（5）学生将理解并掌握利用MATLAB进行控制系统根轨迹分析的基本概念和方法，掌握MATLAB根轨迹分析工具箱函数和使用方法。MATLAB在根轨迹分析中的综合应用rltool。（6）学生将了解基于MATLAB的频域分析概述；控制系统的频域分析仿真方法；掌握利用MATLAB工具箱函数绘制奈奎斯特曲线和BO

7、DE图进行频域分析的方法和其它工具箱函数。（7）通过综合实验部分学习，学生将掌握以下内容：1) 掌握利用MATLAB进行时域分析的方法。熟悉利用MATLAB对控制系统阶跃响应、脉冲响应分析的概念和基本方法。练习使用综合分析工具LTI Viewer；2）掌握利用MATLAB进行根轨迹分析的方法和工具箱函数使用方法。练习使用综合分析工具rltool；3）熟悉利用MATLAB进行线性系统的稳定性分析，熟悉频域特性的分析方法，掌握控制系统常用设计方法，利用MATLAB进行控制系统的分析与设计。三、学习要求1、基本学习要求：课前，复习自动控制原理、信号与系统中的相关基础知识。复习C语言编程等程序设计知识

8、，每节课前预习教材内容。授课过程中，按照教师给定的例题进行练习，完成每章节后的练习题。在指定的答疑时间段与教师或助教积极互动。课后，独立完成作业。独立完成综合性课程设计项目，提交实验报告。2、进一步学习指导：深入学习仿真程序的编写方法，掌握仿真、图形绘制、结果分析、参数修正、等内容，实现自动控制原理中相关内容的理论验证。深入学习课本和教师提供PPT课件的例题、图形绘制方法和分析方法，理解稳定性分析、时域分析、根轨迹分析、频域分析等基本仿真方法，具备简单控制系统从建模、程序编写、仿真工具、响应曲线绘制、参数调试等能力，可以解决仿真过程中的问题。四、教学进度序号专题或主题计划课时主要内容概述课堂练

9、习第一章控制系统仿真概述2介绍控制系统仿真基本内容；介绍系统、模型与仿真的关系和在系统仿真过程中的作用；仿真技术与软件；控制理论与控制系统CAD参考教材内容完成课后练习题。第二章MATLAB基础4MATLAB概述；MATLAB的基础知识；MATLAB的数学运算；MATLAB的M文件和函数；MATLAB的程序设计及实例；MATLAB的绘图及图像处理；MATLAB的控制系统工具箱函数；MATLAB设计实例与数据分析；交互式仿真工具Simulink熟悉MATLAB的环境语法，掌握MATLAB的矩阵及数组运算。掌握MATLAB的数学运算函数，掌握编写MATLAB M文件的方法，熟悉外部数据操作的常用命

10、令及方法。掌握MATLAB的程序设计方法，熟悉MATLAB的图像处理函数，熟悉主要控制系统工具箱函数的使用方法第三章控制系统数学模型6建模技术概述；控制系统数学模型的MATLAB描述；控制系统数学模型的转换和连接熟悉Simulink的仿真环境，熟悉模块的建立、连接，仿真参数的设定、修改和子系统的创建及封装方法，熟悉系统以结构图形形式描述的连续系统的数字仿真方法和步骤第四章控制系统稳定性分析6控制系统特性分析概述；基于MATLAB仿真的控制系统稳定性分析；控制系统的时域分析原理及仿真方法； MATLAB进行时域分析的方法；阶跃响应分析及仿真方法、脉冲响应分析及仿真方法掌握利用MATLAB进行时域

11、分析的方法。熟悉利用MATLAB对控制系统阶跃响应、脉冲响应分析的概念和基本方法。练习使用综合分析工具LTI Viewer第五章控制系统的根轨迹分析及仿真方法4根轨迹分析概述；控制系统的根轨迹分析及仿真方法；基于MATLAB的根轨迹分析方法掌握利用MATLAB进行根轨迹分析的方法和工具箱函数使用方法。练习使用综合分析工具rltool第六章控制系统的频域分析及仿真方法4基于MATLAB的频域分析概述；控制系统的频域分析仿真方法；掌握利用MATLAB工具箱函数绘制奈奎斯特曲线和BODE图进行频域分析的方法和其它工具箱函数熟悉利用MATLAB进行线性系统的稳定性分析，熟悉频域特性的分析方法，掌握控制

12、系统常用设计方法，利用MATLAB进行控制系统的分析与设计五、参考教材与主要参考书选用教材控制系统CAD基于MATLAB语言，张晋格，机械工业出版社，2010.7(第二版) 主要参考书(1)自动控制原理，胡寿松，科学出版社，2001 (最新版)(2)自动控制理论，夏德琎，机械工业出版社，2004（第二版）(3)控制工程基础，孙志毅，机械工业出版社，2004（第一版）(4)精通MATLAB，王正林，电子工业出版社，2006（第一版）(5)基于MATLAB的控制系统仿真，翟亮，清华大学出版社，2006（第一版）六、成绩评定（一）考核方式 A ：A.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其

13、他（二）成绩综合评分体系： 成绩综合评分体系比例%1.出勤、课下作业、课堂讨论及平常表现10%2.实验报告20%3.期末考试成绩70%总计100%（三）评分标准：1.实验报告的评分标准实验报告的评分标准得分严格按照实验报告要求并及时完成，基本概念清晰，解决问题的方案正确、合理，能提出不同的解决问题方案。90-100分很好的按照实验报告要求并及时完成，基本概念清晰，解决问题的方案正确、合理。80-90分基本按照实验报告要求并及时完成，基本概念基本清晰，解决问题的方案基本正确、基本合理。70-80分不能按照实验报告要求，未及时完成，基本概念不清晰，解决问题的方案基本不正确、基本不合理。40-60分

14、不能按照实验报告要求，未及时完成，基本概念不清晰，不能制定正确和合理解决问题的方案。0-30分2.课堂练习、平常表现评分标准课堂讨论、平常表现评分标准得分资料的查阅、知识熟练运用，独立完成课堂练习、内容正确，能使用与教师给出例题不同的方法解决练习问题，能够阐明自己的观点和想法，通过查阅资料解决问题。90-100分资料的查阅、知识熟练运用，独立完成课堂练习、内容正确，能参考例题完成课堂练习、能够阐明自己的观点和想法，通过查阅资料解决问题。80-90分基本做到资料的查阅、知识的运用，能参考例题完成课堂练习、能阐明自己的观点和想法，能与其他其他同学合作、交流，共同解决问题。70-80分做到一些资料的查阅和知识的运用，能够完成部分课堂练习