测控技术与仪器专业系统仿真实训教学大纲

PAGEPAGE6《系统仿真实训》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称系统仿真实训课程编号10课程性质实践课程课程类别实践课程开课单位机电工程学院测控教研室授课学期第一学期学分/学时1/1周课内学时1周理论授课0.3周上机学时0.7周课内实践0实验学时0课外学时0适用专业测控技术与仪器是否双语否先修课程系统仿真、控制工程基础后续课程二、课程简介《系统仿真实训》是测控技术与仪器专业的必修集中实践环节。主要应用控制系统工具箱和基于框图的仿真集成环境，训练学生进行控制系统PID控制器设计的实践能力，是该专业重要的工程训练环节之一，是在系统仿真课程基础上的综合性实训。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标通过本课程的学习，使学生达到以下目标：课程目标1.知识目标：通过本实践课程，学生能正确理解PID控制器原理，并依靠仿真软件建立包含PID控制模块控制系统的仿真模型并进行调试。课程目标2.能力目标：具备使用计算机，进行PID控制器设计的实践能力。能应用合适的工具，完成控制系统响应分析及结果的数据可视化，提出合理的控制方案。课程目标3.素质目标：通过课程教学，培养学生追求真理的理想和献身工程实践的科学精神，树立学生辩证唯物主义世界观。通过了解现代科技史和科技英才的成才经历等，正确理解实践在科学技术发展中的重要作用，激发学生求知热情、探索和创新精神，使学生善于思考，勇于实践。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标1指标点3-3：能够设计满足特定需求的测控模块、系统或仪器，并体现创新意识3-设计/开发解决方案课程目标2指标点3-3：能够设计满足特定需求的测控模块、系统或仪器，并体现创新意识指标点5-2：能够开发或应用满足特定需求的现代工具，对测控系统工程领域复杂工程问题进行模拟与预测，并能够理解其局限性3-设计/开发解决方案使用现代工具课程目标3指标点5-2：能够开发或应用满足特定需求的现代工具，对测控系统工程领域复杂工程问题进行模拟与预测，并能够理解其局限性指标点9-2：能够在团队中担任负责人，具有组织和协调团队开展工作的能力，并有效实现目标5-使用现代工具9-个人和团队四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元PID控制原理（学时数：1天）1.课程主要内容掌握PID控制器结构；认识PID控制器的作用，具体包括纯比例控制、比例微分控制、积分控制、比例积分控制、比例积分微分控制。2.重点和难点掌握PID控制器结构；认识PID控制器的作用，具体包括纯比例控制、比例微分控制、积分控制、比例积分控制、比例积分微分控制。3.实施方式理论+实验4.学习要求掌握PID控制器结构；认识PID控制器的作用，具体包括纯比例控制、比例微分控制、积分控制、比例积分控制、比例积分微分控制。5.实验要求（1）实验属性：综合性实验（2）开出要求：必做（3）分组要求：1人1组（4）实验准备：①知识准备：提前复习控制工程基础课程、系统仿真课程的知识，尤其是关于PID控制与Simulink仿真模型的搭建②软件准备：自己提前安装好MALTAB软件，并尝试在Simulink平台上搭建简易仿真模型（5）其他要求：注重理论教学与实践教学相结合、课内学习和课外实践相结合，结合前沿技术讲解PID控制原理、Simulink平台上PID控制元件的架构和使用方法。6.学生学习预期成果学生在进行本环节的实训内容之后，能够较为直观地感受到Simulink仿真工具的便捷性，而且能够掌握simulink平台下PID模块的使用方法。7.支撑课程目标课程目标1.第二单元基于框图的建立与仿真（学时数：3天）1.课程主要内容认识基于框图的仿真集成环境及控制系统常用功能模块，掌握控制系统的搭建方法，掌握控制系统时间响应仿真的方法。2.重点和难点认识基于框图的仿真集成环境及控制系统常用功能模块，掌握控制系统的搭建方法，掌握控制系统时间响应仿真的方法。3.实施方式理论+实验4.学习要求认识基于框图的仿真集成环境及控制系统常用功能模块，掌握控制系统的搭建方法，掌握控制系统时间响应仿真的方法。5.实验要求（1）实验属性：综合性实验（2）开出要求：必做（3）分组要求：1人1组（4）实验准备：①知识准备：提前复习控制工程基础课程、系统仿真课程的知识，尤其是关于PID控制与Simulink仿真模型的搭建②软件准备：自己提前安装好MALTAB软件，并尝试在Simulink平台上搭建简易仿真模型其他要求：注重理论教学与实践教学相结合、课内学习和课外实践相结合，讲解并指导Simulink平台下，控制系统（包含PID模块）模型的建立与参数的调节，并进行数据可视化，观察参数调节对于控制效果的影响。6.学生学习预期成果学生在进行本环节的实训内容之后，能够较为直观地感受到Simulink仿真工具的便捷性，而且能够熟练掌握simulink平台下控制系统（包含PID模块）模型的建立方法、参数调节方法。7.支撑课程目标课程目标1.课程目标2.第三单元PID控制器的整定（学时数：1天）1.课程主要内容掌握基于响应曲线法的PID整定，掌握基于Ziegler-Nichols方法的PID整定。2.重点和难点掌握基于响应曲线法的PID整定，掌握基于Ziegler-Nichols方法的PID整定。3.实施方式理论+实验4.学习要求掌握基于响应曲线法的PID整定，掌握基于Ziegler-Nichols方法的PID整定。5.实验要求（1）实验属性：综合性实验（2）开出要求：必做（3）分组要求：1人1组（4）实验准备：①知识准备：提前复习控制工程基础课程、系统仿真课程的知识，尤其是关于PID控制与Simulink仿真模型的搭建②软件准备：自己提前安装好MALTAB软件，并尝试在Simulink平台上搭建简易仿真模型其他要求：注重理论教学与实践教学相结合、课内学习和课外实践相结合，讲解并指导Simulink平台下，PID参数的调节，进行数据可视化，观察参数调节对于控制效果的影响。并对学生的学校效果进行现场测验，让学生在规定时间内根据控制效果完成对PID参数的调节。6.学生学习预期成果学生在进行本环节的实训内容之后，能够较为直观地感受到Simulink仿真工具的便捷性，而且能够熟练掌握simulink平台下控制系统（包含PID模块）模型的建立方法、参数调节方法。7.支撑课程目标课程目标2.课程目标3.（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排第一单元PID控制原理课堂讲授、上机操作课程目标11天第二单元基于框图的建模与仿真课堂讲授、上机操作课程目标1、23天第三单元PID控制器的整定课堂讲授、上机操作、测验课程目标2、31天合计5天五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则平时成绩50%课堂表现（百分制）20课堂根据出勤率、课堂表现、回答问题表现、小组讨论表现给出学习表现分值。最终总成绩按比例折算为20分。测验（百分制）80课堂根据需要安排一次测验，每次答题时间控制在5分钟之内，根据答题时间、正确程度给分。最终总成绩按比例折算为80分。实践成绩50%实验（百分制）60实践环节总共涉及两个项目，根据控制系统的最终结果给分。最终总成绩按比例折算为60分。说明书撰写40实践环节的说明书撰写，根据内容、格式、排版给分。最终总成绩按比例折算为40分。（二）课程考核对课程目标的支撑教学内容考核内容考核方式支撑的课程目标第一单元PID控制原理…1-1PID控制原理1-2带有PID模块的控制系统测验、实践环节课程目标1第二单元基于框图的建模与仿真…2-1控制系统框图形式的表达2-2Simulink下数学模型建立与仿真测验、实践环节课程目标1、2第三单元PID控制器的整定…3-1PID模型的建立3-2PID参数的调整测验、实践环节课程目标2、3六、使用教材、相关推荐书目及课程资源（一）使用教材刘金琨.主编：《先进PID控制MATLAB仿真》，电子工业出版社，2016年版；（二）相关推荐书目1.OgataK主编：《控制理论MATLAB教程》，电子工业出版社，2013