教学大纲（系统仿真课程）

PAGEPAGE6《系统仿真》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称系统仿真课程编号66课程性质专业选修课课程类别专业课开课单位机电工程学院测控教研室授课学期第七学期学分/学时2/32课内学时32理论授课16上机学时16课内实践0实验学时0课外学时适用专业测控技术与仪器专业是否双语否先修课程高等数学、线性代数、控制工程基础后续课程二、课程简介《系统仿真》是测控技术与仪器专业的专业选修课，是一门以控制理论为基础、以计算机仿真软件为工具的一门专业课，是研究系统模型及其求解，数据可视化及仿真程序设计的应用性学科，其基本理论和方法渗透在工程技术的各个领域，是工程设计和实验研究的基础。培养学生掌握利用系统仿真工具分析、处理工程问题的方法，使学生具备针对复杂工程问题的分析能力、利用仿真软件进行建模的能力。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：能够将数学、自然科学、工程基础和测控技术与仪器专业知识用于解决测控与技术领域的复杂工程问题。课程目标2.能力目标：能够应用数学、自然科学和仪器仪表科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析测控技术与仪器专业相关的复杂工程问题，以获得有效结论。能够基于科学原理并采用科学方法对测控技术与仪器领域的复杂工程问题进行研究，包括设计与调试、分析与数据处理、并通过信息综合得到合理有效的结论。课程目标3.素质目标：能够针对测控技术与仪器领域的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对测控技术与仪器领域的复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。（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3-1：学习工程设计和产品开发全周期、全流程的基本设计方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素3-设计/开发解决方案课程目标2指标点3-1：学习工程设计和产品开发全周期、全流程的基本设计方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素指标点5-1：能够合理选择与使用解决复杂测控系统工程问题所需的多种仪器设备、信息资源、现代工程工具和信息技术工具3-设计/开发解决方案5-使用现代工具课程目标3指标点3-1：学习工程设计和产品开发全周期、全流程的基本设计方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素指标点5-1：能够合理选择与使用解决复杂测控系统工程问题所需的多种仪器设备、信息资源、现代工程工具和信息技术工具3-研究5-使用现代工具四、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MATLAB程序设计基础（学时数：6学时）1.课程主要内容理解基本数据结构；掌握矩阵的基本运算、程序流程控制结构，如循环、分支、开关、试探结构。了解MATLAB的程序编写技巧、掌握函数的编写与调试。2.重点和难点重点：掌握使用simulink平台简化运算过程的方法；难点：掌握并区分MATLAB软件中脚本、函数的相同点和不同点，并需要根据要求设计尽可能简化、快捷的函数。3.教学方法1.通过多媒体课件和传统教学相结合，使教学过程逻辑更为清晰，方便学生掌握知识架构；2.通过前沿技术分析，阐述课程学习的实际应用领域，让学生进一步意识到此课程学习的必要性、重要性；3.通过学生自主操作和教师现场辅导，让学生切实深入问题，体验面对问题之后，具体的分析、处理以及解决方法，培养学生自主解决问题的能力。4.学生学习预期成果学生在学习本单元课程之后，应该了解并熟练应用MATLAB软件的基础操作，并且能够依赖软件平台进行一些简单的运算，以及能够按要求编写简单程序以实现既定功能。5.支撑课程目标课程目标1.第二单元模型求解及数据可视化（学时数：6学时）1.课程主要内容掌握MATLAB环境下二维图形的绘制，实现仿真结果的数据可视化。掌握依靠simulink平台进行数学模型的建立与仿真，包含掌握线性代数问题及求解方法；理解常微分方程的数值解法，微分方程组的变换技巧；掌握非线性方程与最优化问题求解；了解数据插值与拟合方法等。2.重点和难点重点：如何将传统数学、物理模型转换至MATLAB环境的simulink平台上，依靠MATLAB工具解决数学、物理问题难点：如何使用MATLAB环境中的绘图工具，绘制二维图像，并在图像中体现图线的相关细节3.教学方法1.通过多媒体课件和传统教学相结合，使教学过程逻辑更为清晰，方便学生掌握知识架构；2.通过将现代仿真工具与传统知识相结合，让学生能够使用更为现代化的工具更加方便、快捷地解决传统知识领域的问题；3.通过学生自主操作和教师现场辅导，让学生切实深入问题，体验面对问题之后，具体的分析、处理以及解决方法，培养学生自主解决问题的能力。4.学生学习预期成果学生在学习本单元课程之后，需要掌握MATLAB环境下二维图形的绘制，实现仿真结果的数据可视化。掌握依靠simulink平台进行数学模型的建立与仿真，包含掌握线性代数问题及求解方法；理解常微分方程的数值解法，微分方程组的变换技巧；掌握非线性方程与最优化问题求解；了解数据插值与拟合方法等。5.支撑课程目标课程目标1.课程目标2.第三单元控制系统建模与仿真（学时数：18学时）1.课程主要内容掌握控制系统的模型，线性系统仿真分析方法，包括线性系统频域分析、时域分析，了解基于框图的系统仿真方法。掌握包含PID控制器的控制系统的建立以及调试方式。2.重点和难点重点：如何在simulink平台上建立起与控制系统对应的仿真模型，了解控制系统的框图表达形式；在simulink平台上建立控制模型之后，如何应用simulink工具对控制系统进行瞬态响应分析、根轨迹分析。难点：如何应用simulink平台建立带有PID控制模块的控制系统，并针对PID参数进行调试，分析PID控制参数对于控制效果的影响。3.教学方法1.通过多媒体课件和传统教学相结合，使教学过程逻辑更为清晰，方便学生掌握知识架构；2.通过将现代仿真工具与传统知识相结合，让学生能够使用更为现代化的工具更加方便、快捷地解决传统知识领域的问题；3.通过学生自主操作和教师现场辅导，让学生切实深入问题，体验面对问题之后，具体的分析、处理以及解决方法，培养学生自主解决问题的能力。4.学生学习预期成果学生在学习本单元课程之后，需要掌握控制系统的模型，线性系统仿真分析方法，包括线性系统频域分析、时域分析，了解基于框图的系统仿真方法。掌握包含PID控制器的控制系统的建立以及调试方式。5.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课内课外学时比例第一单元MATLAB程序设计基础讲授法、实时演练课程目标161:1第二单元模型求解及数据可视化讲授法、案例教学、实时演练课程目标1、281:1第三单元控制系统建模与仿真讲授法、案例教学、实时演练课程目标2、3181:1合计321:1五、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60%作业（百分制）80本门课程共9次作业，主要考核MATLAB矩阵下的运算、MATLAB函数编写与技巧、Simulink建立与仿真、动态系统MATLAB分析的初步研究、瞬态响应分析-阶跃响应、瞬态响应分析-冲激响应及任意输入相应、根轨迹分析、PID控制内容。作业在三天之内完成并提交视为作业已交，作业内容按步骤给分。目标分值=0.8*作业平均成绩测验（百分制）10本门课程在第二单元结束之后设置期中小测验，测验内容包含前两个单元的内容，具体包含MATLAB程序设计基础、模型求解及数据可视化。测验时间为一个课时，测验内容按步骤给分。目标分值=0.1*作业平均成绩课堂表现（百分制）10本门课程课堂表现分为出勤、具体表现两大类：出勤方面，每节课安排点名记录出勤次数；具体表现方面，任职课代表或课上积极回答问题予以加分。此项分值不超过10分。目标分值=0.1*作业平均成绩期末考试40%知识40考核内容：试题内容包含MATLAB程序设计基础、模型求解及数据可视化、控制系统建模与仿真三个单元的内容考试题型：题型均为编写程序以实现相应功能，其中程序设计基础内容占比25%，模型求解及数据可视化内容占比25%，控制系统建模与仿真内容占比50%.评价细则：在阅卷的过程中，每道题按照步骤给分。能力30综合应用20创新10（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MATLAB程序设计基础1-1MATLAB语言的数据结构1-2MATLAB下的矩阵运算1-3MATLAB函数编写作业、实践、期末考试课程目标1第二单元模型求解及数据可视化2-1MATLAB绘制曲线图形2-2Simulink下数学模型建立与仿真作业、实践、期末考试课程目标1、2第三单元控制系统建模与仿真3-1动态系统MATLAB分析的初步研究3-2框图形式系统的MATLAB表达3-3系统瞬态响应分析3-4根轨迹分析3-5PID控制器作业、实践、期末考试课程目标2、3六、使用教材、相关推荐书目及课程资源（一）使用教材StormyAttaway主编：《MATL