計算機(jī)仿真技術(shù)教學(xué)大綱討論稿

1、計算機(jī)仿真技術(shù)課程教學(xué)大綱課程名稱：計算機(jī)仿真技術(shù) 課程代碼：課程類型：專業(yè)任選課 學(xué)分：3 總學(xué)時：56 理論學(xué)時：40 實(shí)驗(yàn)學(xué)時：16先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、電路原理、自動控制原理 適合專業(yè)：電氣工程及其自動化一、課程性質(zhì)、目的和任務(wù) 計算機(jī)仿真技術(shù)是電氣工程及其自動化專業(yè)的本科學(xué)生在學(xué)習(xí)過高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、電路原理、自動控制原理等課程后的一門后續(xù)專業(yè)課程，是一門多學(xué)科交叉而成的專業(yè)選修課程。本課程是通過運(yùn)用建模、求解、虛擬等過程，在計算機(jī)上仿真的方法來設(shè)計、分析問題，從而為創(chuàng)造性的解決問題提供高效、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)可行的途徑。計算機(jī)仿真技術(shù)對于改變控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計手段、分折與綜合方法

2、，普及計算機(jī)應(yīng)用都是十分重要的，它涉及到：控制理論、建模及辯識、軟件工程等領(lǐng)域。它可以為學(xué)生從事工程技術(shù)工作、科學(xué)研究以及開拓新領(lǐng)域打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握MATLAB的數(shù)據(jù)類型、矩陣輸入和操作方法、語法結(jié)構(gòu)、函數(shù)的使用以及二維、三維繪圖功能。學(xué)生能夠?qū)ο到y(tǒng)建立仿真模型，并會用Matlab進(jìn)行系統(tǒng)仿真。掌握利用系統(tǒng)仿真常用的計算方法。了解系統(tǒng)病態(tài)問題基本概念和基本解決方法。并能夠熟練地將MATLAB應(yīng)用于學(xué)習(xí)中，解決電路原理、自動控制原理、電力電子等相關(guān)課程中的復(fù)雜的建模和計算機(jī)仿真問題。上機(jī)操作是本課程重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生只有通過上機(jī)實(shí)習(xí)，才能領(lǐng)會MATLAB中眾多功能

3、，才能達(dá)到熟練應(yīng)用的程度。使其對有關(guān)學(xué)科有進(jìn)一步的認(rèn)識或新的認(rèn)識以拓寬知識面同時也為后續(xù)課程和畢業(yè)設(shè)計提供必要的仿真實(shí)驗(yàn)技能。二、教學(xué)基本要求1、知識、能力、素質(zhì)的基本要求掌握MATLAB的數(shù)據(jù)類型、矩陣輸入和操作方法、語法結(jié)構(gòu)、函數(shù)的使用以及二維、三維繪圖功能。學(xué)生能夠?qū)ο到y(tǒng)建立仿真模型，并會用Matlab進(jìn)行系統(tǒng)仿真。掌握利用系統(tǒng)仿真常用的計算方法。知識方面：系統(tǒng)地介紹了計算機(jī)仿真的基本概念，計算機(jī)仿真的歷史及現(xiàn)狀，計算機(jī)仿真的發(fā)展與展望、MATLAB7.0的安裝和用戶界面、MATLAB語言的基礎(chǔ)知識、數(shù)值計算功能、多項(xiàng)式、關(guān)系和邏輯運(yùn)算、矩陣的運(yùn)算、流程控制結(jié)構(gòu)、圖形處理、Simulin

4、k建?；A(chǔ)、Simulink在系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用、MATLAB在電路中的應(yīng)用、MATLAB在自動控制原理中的應(yīng)用、MATLAB在電力電子技術(shù)中的應(yīng)用、MATLAB在電力拖動技術(shù)中的應(yīng)用。能力方面：課前做好預(yù)習(xí)工作，能夠從預(yù)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而分析問題、解決問題；通過該課程學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新意識，使學(xué)生建立起計算機(jī)仿真的概念；通過典型例題來消化理解相關(guān)的基礎(chǔ)知識，重點(diǎn)掌握分析問題的方法；通過理論的學(xué)習(xí)能解決一定的實(shí)際設(shè)計與應(yīng)用問題，在解決問題時能夠從不同側(cè)面、采用不同的方法分析問題。素質(zhì)方面：課堂認(rèn)真聽講，課后及時復(fù)習(xí)，發(fā)現(xiàn)問題后，閱讀教材或查閱相關(guān)的參考書，認(rèn)真分析、思考，與同學(xué)討論、請教老

5、師，使對問題得到深入的理解。培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)量第一的思想；鼓勵學(xué)生勤奮學(xué)習(xí)，要有進(jìn)取精神；使學(xué)生確立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ魈攸c(diǎn)和踏實(shí)的工作作風(fēng)。為了獲得最大的學(xué)習(xí)效果，要求學(xué)生出席全部的演講課、上機(jī)課和輔導(dǎo)課，并不可遲到、早退。學(xué)生應(yīng)當(dāng)認(rèn)真完成教師布置的全部作業(yè)并及時上交，應(yīng)參加測驗(yàn)以及期末考試，以獲得通過資格。2、教學(xué)模式基本要求為使學(xué)生更好的掌握計算機(jī)仿真軟件，本課程采用理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)一體化的教學(xué)方式，授課方式借助多媒體演示、隨堂聯(lián)系、上機(jī)課實(shí)驗(yàn)等，理論學(xué)時與實(shí)驗(yàn)學(xué)時的比例為2.5:1。該課程教學(xué)的組織方式包括四大部分：基本理論課、習(xí)題課、討論課、上機(jī)實(shí)驗(yàn)。理論課采用多媒體教學(xué)手段，結(jié)合板書、圖示、舉例

6、、講解、演示、提問等方式進(jìn)行，課堂教學(xué)可采用啟發(fā)式教學(xué)法、討論式教學(xué)法、實(shí)例教學(xué)法、自助式學(xué)習(xí)法等新方法；引用并修改、制作了涵蓋課程絕大部分教學(xué)內(nèi)容的多媒體課件，習(xí)題課可以幫助學(xué)生更好的理解和掌握理論知識，同時建立網(wǎng)絡(luò)平臺，方便學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)上學(xué)習(xí)和網(wǎng)上自測，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生之間的網(wǎng)上交互式信息溝通；討論課題目可以由教師設(shè)定，也可以由學(xué)生提出自己感興趣的題目，這樣可以集思廣益，讓同學(xué)發(fā)表自己的見解和看法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力；上機(jī)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容可以讓學(xué)生就實(shí)驗(yàn)要求的內(nèi)容和理論知識點(diǎn)或知識塊有更深入的了解；上機(jī)實(shí)驗(yàn)需使用專用的機(jī)房及設(shè)備、配合授課內(nèi)容進(jìn)行。三、教學(xué)內(nèi)容及要求 第1章 自動控制系統(tǒng)仿真概述本章

7、主要講解自動控制系統(tǒng)簡介、自動控制系統(tǒng)仿真的基本概念、計算機(jī)仿真的歷史及現(xiàn)狀，計算機(jī)仿真的發(fā)展與展望。要求：了解控制系統(tǒng)仿真的基本概念和意義；理解計算機(jī)仿真的過程；了解MATLAB軟件的發(fā)展歷史。第2章 MATLAB語言的基礎(chǔ)知識 本章主要講解MATLAB的安裝與啟動、MATLAB7.x的系統(tǒng)界面、MATLAB基礎(chǔ)知識、矩陣運(yùn)算、流程控制結(jié)構(gòu)、m文件、MATLAB的繪圖功能、MATLAB的應(yīng)用。 要求：了解并學(xué)會使用MATLAB7.x的系統(tǒng)界面；學(xué)會使用MATLAB生成矩陣的方法；掌握變量、常量和語句的相關(guān)知識；掌握矩陣的運(yùn)算；掌握流程控制語句；了解m文件的生成與調(diào)用；掌握二維圖形和三維圖形的

8、繪制；了解矩陣的分解；掌握曲線擬合與插值；掌握常微分方程的求解。第3章 Simulink在系統(tǒng)仿真用的應(yīng)用本章主要講解Simulink建模的基礎(chǔ)知識、Simulink的建模與仿真、子系統(tǒng)與模塊封裝技術(shù)、S函數(shù)及應(yīng)用等內(nèi)容。要求：掌握Simulink建模的基礎(chǔ)知識、了解仿真算法與控制參數(shù)的選擇、掌握子系統(tǒng)的概念及構(gòu)成方法；掌握模塊封裝方法和模塊庫構(gòu)造；了解S函數(shù)的基本結(jié)構(gòu)。第4章 MATLAB在電路中的應(yīng)用 本章主要介紹一些計算電路問題的編程方法和技巧，使用MATLAB軟件來解決電路課程中的問題。 要求：掌握利用MATLAB解決電阻電路問題；掌握利用MATLAB解決正弦穩(wěn)態(tài)問題、掌握利用MATL

9、AB解決解決頻率響應(yīng)問題。第5章 MATLAB在自動控制原理中的應(yīng)用本章主要講解利用MATLAB對自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、利用MATLAB對自動控制系統(tǒng)進(jìn)行校正的仿真等內(nèi)容。要求：了解利用MATLAB解決控制系統(tǒng)時域分析、了解利用MATLAB解決控制系統(tǒng)頻域分析的方法、了解利用MATLAB解決超前、滯后校正仿真的方法。第6章 MATLAB在電力電子技術(shù)中的應(yīng)用本章主要講解MATLAB在電力電子技術(shù)中的整流、逆變、調(diào)壓等電路的分析與仿真等內(nèi)容。要求：了解利用MATLAB對晶閘管三相橋式整流器及其仿真、了解利用MATLAB對基于PWM技術(shù)逆變器及其仿真。第7章 MATLAB在電力拖動系統(tǒng)中的應(yīng)用

10、本章主要講解MATLAB在電力拖動技術(shù)中對直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真和對交流調(diào)速系統(tǒng)的仿真等內(nèi)容。 要求：了解利用MATLAB對開環(huán)和閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真分析、了解利用MATLAB對交流電動機(jī)系統(tǒng)的建模與仿真分析。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容序號實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)時1實(shí)驗(yàn)一 MATLAB環(huán)境的熟悉與基本運(yùn)算1 MATLAB開發(fā)環(huán)境2矩陣、變量、表達(dá)式的各種基本運(yùn)算22實(shí)驗(yàn)二MATLAB數(shù)值運(yùn)算1、伴隨矩陣、稀疏矩陣、魔方矩陣、對角矩陣、范德蒙等矩陣的創(chuàng)建，掌握矩陣的基本運(yùn)算2、矩陣的數(shù)組運(yùn)算3、多項(xiàng)式的基本運(yùn)算4、求解代數(shù)方程5、創(chuàng)建符號表達(dá)式和矩陣的方法6、符號表達(dá)式的微分和積分運(yùn)算23實(shí)驗(yàn)三 MATLAB語言的

11、程序設(shè)計1、MATLAB程序編輯與設(shè)計環(huán)境2、各種編程語句語法規(guī)則及程序設(shè)計方法 3、函數(shù)文件的編寫和設(shè)計 4、跨空間變量傳遞和賦值24實(shí)驗(yàn)四 MATLAB的圖形繪制1、MATLAB圖形繪制的基本方法； 2、MATLAB圖形繪制程序編輯的基本指令； 3、MATLAB圖形編輯窗口編輯和圖形界面的修改，添加圖形的各種標(biāo)注； 4、掌握plot、subplot的指令格式和語法。25實(shí)驗(yàn)五 采用SIMULINK的系統(tǒng)仿真1、SIMULINK 工作環(huán)境及特點(diǎn)2、線性系統(tǒng)仿真常用基本模塊的用法3、SIMULINK 的建模與仿真方法4、子系統(tǒng)的創(chuàng)建和封裝設(shè)計26實(shí)驗(yàn)六 MATLAB在電路中的應(yīng)用1電路系統(tǒng)建立

12、數(shù)學(xué)模型的方法2電路建模編程，求解各種電路問題27實(shí)驗(yàn)七 MATLAB在自動控制原理中的應(yīng)用1數(shù)學(xué)模型的時域分析與頻域分析方法2建模編程，求解各種自動控制問題28實(shí)驗(yàn)六 MATLAB在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用直流調(diào)速系統(tǒng)仿真分析2合計實(shí)驗(yàn)內(nèi)容8項(xiàng)16五、學(xué)時分配 課程內(nèi)容教 學(xué) 時 數(shù)講授習(xí)題課上機(jī)實(shí)驗(yàn)第1章 自動控制系統(tǒng)仿真概述2第2章 MATLAB語言的基礎(chǔ)知識826第3章 Simulink在系統(tǒng)仿真用的應(yīng)用42第4章 MATLAB在電路中的應(yīng)用計422第5章 MATLAB在自動控制原理中的應(yīng)用622第6章 MATLAB在電力電子技術(shù)中的應(yīng)用42第7章 MATLAB在電力拖動系統(tǒng)中的應(yīng)用422合計32816六、考核方式考核采用百分制，綜合成績由平時成績（含考勤與課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)成績等過程性考核）和期末上機(jī)測試成績組成。其中，平時占30%（考勤與課堂表現(xiàn)占10%、實(shí)驗(yàn)成績20%），期末上機(jī)考核成績占70%。理論課和上機(jī)實(shí)驗(yàn)課缺勤超過三分之一不準(zhǔn)參加期末上機(jī)考試。七、推薦教材和教學(xué)參考書教 材：自動控制系統(tǒng)計算機(jī)仿真，張曉江、黃云治 主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2009年。參考書：1、MATLAB應(yīng)用技術(shù)在電氣工程與自動化專業(yè)中的應(yīng)用，王忠禮、段慧達(dá)等主編，清華大學(xué)出版社，2007年。 2、MATLAB語言實(shí)踐教程，朱衡君主編，清華大學(xué)出版社、北京交通大學(xué)出版社，20