自动控制系统计算机仿真教案30学时

《自动控制系统仿真》教案教案2015-2016学年第2学期课程名称：自动控制系统仿真课程编号：074100264：自动141、142任课教师：梁芬中原工学院信息商务学院

课程简介本课程通过讲授控制系统仿真的基本原理、方法和特点，以及仿真软件MATLAB（含Simulink）的典型仿真程序，使学生了解控制系统仿真技术的基本原理，掌握将控制系统理论、计算方法与计算机技术相结合的知识和技能，具备运用控制系统仿真技术对控制系统进行分析、辅助设计与仿真的能力。本课程授课对象主要为自动化专业的本科生，学生通过学习为日后从事相关领域的工程技术工作、科学研究以及开拓新技术领域，打下坚实的基础。

教案（首页）授课时间2015—2016第2学期教案编写时间2015.12课程名称自动控制系统仿真课程代码074100264总学时30讲课：26学时实验：4学时实习：0周学分2课程性质必修课（）选修课（√）理论课（）实验课（）任课教师梁芬职称讲师授课对象自动化专业教材和主要参考资料教材：张晓江.自动控制系统计算机仿真[M].机械工业出版社2014参考书：[1]黄向华.控制系统仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.教学目的和教学要求1.培养学生掌握仿真软件Matlab（含Simulink）的控制系统仿真方法；2.培养学生掌握控制系统的分析、设计与仿真的流程和方法。3.培养学生面对控制系统对象时，能够综合运用所学知识提出问题、分析问题、以及运用仿真知识解决问题的能力；4.培养学生的动手能力和实践能力，以及具有一定的创新能力。教学重点和教学难点重点：Matlab（含Simulink）在控制系统中的应用难点:控制系统模型的建立教学进程教案（分教案）第1次课2学时章节Ch1自动控制系统仿真概述教学目的和教学要求1、掌握系统仿真的基本概念2、了解仿真技术在控制系统中的应用教学重点难点教学重点：1、系统仿真的基本概念；2、仿真技术的应用、现状与发展教学难点：仿真技术在控制系统中的应用教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）一、讲授内容及时间分配：1、自动控制系统简介20分钟2、自动控制系统仿真的基本概念20分钟3、仿真技术在控制系统中的应用40分钟4、总结回顾知识点10分钟二、教学方法：多媒体结合板书授课作业主要参考资料[1]黄向华.控制系统仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.[2]李国勇,谢克明,杨丽娟.计算机仿真技术与CAD:基于MATLAB的控制系统(第二版)[M].北京：电子工业出版社,2008.课后自我总结分析备注教案（分教案）第2次课2学时章节Ch2控制系统计算机数字仿真基础教学目的和教学要求1、掌握控制系统的结构及其描述2、掌握控制系统的建模方法教学重点难点教学重点：控制系统的建模教学难点：控制系统的结构及建模教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）一、讲授内容及时间分配：1、连续系统数值积分方法20分钟2、控制系统结构30分钟3、控制系统建模40分钟二、教学方法：机房上机操作作业主要参考资料[1]黄向华.控制系统仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.[2]李国勇,谢克明,杨丽娟.计算机仿真技术与CAD:基于MATLAB的控制系统(第二版)[M].北京：电子工业出版社,2008.课后自我总结分析备注教案（分教案）第3次课2学时章节Ch3Matlab语言的基础知识3.1MATLAB的安装及启动3.2MATLAB的系统界面3.3MATLAB基础知识教学目的和教学要求掌握MATLAB的基本变量、常量等类型的定义与运算教学重点难点教学重点：MATLAB语言应用教学难点：MATLAB变量、常量和语句教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）一、讲授内容及时间分配：1、MATLAB的安装和启动15分钟2、MATLAB界面介绍15分钟3、MATLAB基础知识练习（1）矩阵的生成20分钟（2）变量、常量和语句20分钟（3）矩阵的运算20分钟二、教学方法：机房上机操作作业课堂例子仿真主要参考资料[1]黄向华.控制系统仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.[2]李国勇,谢克明,杨丽娟.计算机仿真技术与CAD:基于MATLAB的控制系统(第二版)[M].北京：电子工业出版社,2008.课后自我总结分析备注教案（分教案）第4次课2学时章节3.4矩阵的运算--3.6m文件教学目的和教学要求1、掌握MATLAB矩阵的运算方法2、掌握MATLAB中m文件的编写教学重点难点教学重点：m文件的编写教学难点：函数文件教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）一、讲授内容及时间分配：1、矩阵的数学运算20分钟2、矩阵的数组运算15分钟3、矩阵的数据变换15分钟4、m文件编写与调试40分钟二、教学方法：机房上机操作作业课堂例子仿真主要参考资料[1]黄向华.控制系统仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.[2]李国勇,谢克明,杨丽娟.计算机仿真技术与CAD:基于MATLAB的控制系统(第二版)[M].北京：电子工业出版社,2008.课后自我总结分析备注教案（分教案）第5次课2学时章节3.7matlab的绘图功能3.8matlab的应用教学目的和教学要求1、掌握matlab的基本绘图功能2、掌握matlab的数据分析方法教学重点难点教学重点：matlab的绘图教学难点：曲线拟合与插值教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）一、讲授内容及时间分配：1、二维图形的绘制20分钟2、三维图形的绘制15分钟3、图形的输出15分钟4、多项式处理20分钟5、曲线拟合与插值20分钟二、教学方法：机房上机操作作业课堂例子仿真主要参考资料[1]黄向华.控制系统仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.[2]李国勇,谢克明,杨丽娟.计算机仿真技术与CAD:基于MATLAB的控制系统(第二版)[M].北京：电子工业出版社,2008.课后自我总结分析备注教案（分教案）第6次课2学时章节Ch4控制系统数学模型及其转换教学目的和教学要求1、掌握控制系统几种常用的数学模型2、掌握控制系统模型的转换和实现教学重点难点教学重点：控制系统的数学模型的建立教学难点：控制系统模型的转换教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）一、讲授内容及时间分配：1、控制系统类型20分钟2、控制系统的数学模型分类20分钟3、系统数学模型的转换20分钟4、控制系统模型的连接10分钟5、系统模型的实现20分钟二、教学方法：机房上机操作作业课堂例子仿真主要参考资料[1]黄向华.控制系统仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.[2]李国勇,谢克明,杨丽娟.计算机仿真技术与CAD:基于MATLAB的控制系统(第二版)[M].北京：电子工业出版社,2008.课后自我总结分析备注教案（分教案）第7次课2学时章节Ch5Simulink在系统仿真中的应用5.1Simulink建模的基础知识教学目的和教学要求掌握Simulink常用的工具箱和模块集教学重点难点教学重点：Simulink常用的工具箱和模块集教学难点：Simulink常用的工具箱和模块集的应用教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）一、讲授内容及时间分配：1、Simulink常用的工具箱介绍20分钟2、Simulink常用的工具箱应用30分钟3、Simulink常用的模块集介绍20分钟4、Simulink常用的模块集应用20分钟二、教学方法：机房上机操作作业课堂例子仿真主要参考资料[1]黄向华.控制系统仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.[2]李国勇,谢克明,杨丽娟.计算机仿真技术与CAD:基于MATLAB的控制系统(第二版)[M].北京：电子工业出版社,2008.课后自我总结分析备注教案（分教案）第8次课2学时章节5.2simulink建模与仿真教学目的和教学要求掌握Simulink建模方法教学重点难点教学重点：Simulink在控制系统中的建模分析方法教学难点：仿真算法与控制参数的选择教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）一、讲授内容及时间分配：1、Simulink建模方法简介20分钟2、仿真算法与控制参数的选择20分钟3、Simulink在控制系统仿真研究中的应用举例50分钟二、教学方法：机房上机操作作业课堂例子仿真主要参考资料[1]黄向华.控制系统仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.[2]李国勇,谢克明,杨丽娟.计算机仿真技术与CAD:基于MATLAB的控制系统(第二版)[M].北京：电子工业出版社,2008.课后自我总结分析备注教案（分教案）第9次课2学时章节5.3子系统与模块封装技术5.4S函数及其应用教学目的和教学要求掌握Simulink的模块封装技术及编写S函数的方法教学重点难点教学重点：模块封装技术教学难点：模块库的构造教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）一、讲授内容及时间分配：1、子系统概念及构成方法20分钟2、模块封装方法20分钟3、模块库的构造20分钟4、S函数及其应用30分钟二、教学方法：机房上机操作作业课堂例子仿真主要参考资料[1]黄向华.控制系统仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.[2]李国勇,谢克明,杨丽娟.计算机仿真技术与CAD:基于MATLAB的控制系统(第二版)[M].北京：电子工业出版社,2008.课后自我总结分析备注教案（分教案）第10次课2学时章节Ch6自动控制系统计算机辅助6.1自动控制系统的稳定性分析6.2控制系统的时域分析教学目的和教学要求1、掌握控制系统稳定性分析方法2、掌握控制系统时域分析方法在MATLAB中的实现教学重点难点教学重点：利用matlab进行控制系统稳定性和时域分析教学难点：时域分析教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）一、讲授内容及时间分配：1、利用传递函数的极点判别系统的稳定性20分钟2、利用李雅普诺夫判断系统的稳定性20分钟3、控制系统时域分析的常用方法20分钟4、时域分析应用举例30分钟二、教学方法：机房上机操作作业课堂例子仿真主要参考资料[1]黄向华.控制系统仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.[2]李国勇,谢克明,杨丽娟.计算机仿真技术与CAD:基于MATLAB的控制系统(第二版)[M].北京：电子工业出版社,2008.课后自我总结分析备注教案（分教案）第11次课2学时章节6.3控制系统频域分析6.4根轨迹分析方法教学目的和教学要求1、掌握控制系统频域分析方法2、掌握控制系统根轨迹分析方法教学重点难点教学重点：利用matlab进行控制系统频域和根轨迹分析教学难点：根轨迹的绘制教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）一、讲授内容及时间分配：1、控制系统频域分析方法10分钟2、控制系统频域分析应用举例30分钟3、根轨迹分析法的幅值条件和相值条件20分钟4、根轨迹的绘制30分钟二、教学方法：机房上机操作作业课堂例子仿真主要参考资料[1]黄向华.控制系统仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.[2]李国勇,谢克明,杨丽娟.计算机仿真技术与CAD:基于MATLAB的控制系统(第二版)[M].北京：电子工业出版社,2008.课后自我总结分析备注教案（分教案）第12次课2学时章节Ch7自动控制系统计算机辅助分析7.1概述7.2超前校正、滞后校正教学目的和教学要求1、掌握超前校正器的伯德图设计2、掌握滞后校正器的伯德图设计教学重点难点教学重点：超前、滞后校正器的伯德图设计教学难点：参数的设置教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）一、讲授内容及时间分配：1、概述10分钟2、超前校正器伯德图的设计30分钟3、滞后校正器伯德图的设计30分钟4、滞后-超前校正器伯德图的设计20分钟二、教学方法：机房上机操作作业课堂例子仿真主要参考资料[1]黄向华.控制系统仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.[2]李国勇,谢克明,杨丽娟.计算机仿真技术与CAD:基于MATLAB的控制系统(第二版)[M].北京：电子工业出版社,2008.课后自我总结分析备注教案（分教案）第13次课2学时章节7.3PID控制器设计7.4基于状态空间模型的控制器设计教学目的和教学要求掌握PID控制器的设计教学重点难点教学重点：PID控制器的设计教学难点：PID参数的设置教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）一、讲授内容及时间分配：1、PID控制器的传递函数20分钟2、PID控制器参数对控制器性能的影响30分钟3、使用经验整定公式对PID控制器进行参数设计30分钟4、基于状态空间模型的控制器的设计10分钟二、教学方法：机房上机操作作业课堂例子仿真主要参考资料[1]黄向华.控制系统仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.[2]李国勇,谢克明,杨丽娟.计算机仿真