《機電系統(tǒng)建模與仿真》課程教學(xué)大綱

1、大學(xué)本科專業(yè)培養(yǎng)方案課程教學(xué)大綱編 碼：ME06104 Code: ME06104課程名稱：機電系統(tǒng)建模與仿真 Course Title: Modeling and Simulation of Electromechanical System課程類別：專業(yè)選修 Course category: Elective Courses in Specialty學(xué) 分：2 Credit(s): 2開課單位：機械與運載工程學(xué)院 Offering College/School: College of Mechanical & Vehicle Engineering課程描述：本課程是機械設(shè)計制造及其自

2、動化專業(yè)機電方向的專業(yè)選修課程，以控制工程基礎(chǔ)為前導(dǎo)課程，針對機電系統(tǒng)建模與仿真問題，闡述了MATLAB軟件及其他常用建模與仿真軟件的特點和使用方法，為機電方向課程的學(xué)習(xí)提供了系統(tǒng)設(shè)計與分析的主要方法和有效工具。本課程主要包括系統(tǒng)仿真的概念和類型、MATLAB編程語言以及SIMULINK的基礎(chǔ)知識、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、應(yīng)用MATLAB進行系統(tǒng)的時域及頻域分析、系統(tǒng)仿真的一般步驟和應(yīng)用、機電控制系統(tǒng)仿真的步驟和方法等內(nèi)容。學(xué)生需了解對機電系統(tǒng)進行建模和仿真的常用方法和工具，理解計算機仿真的原理和方法，掌握MATLAB的使用方法，能靈活運用MATLAB軟件對實際機電系統(tǒng)進行數(shù)學(xué)建模及仿真分析。通過

3、學(xué)習(xí)本課程，鍛煉和提升學(xué)生分析問題和解決問題的能力，為日后從事工程技術(shù)工作、科學(xué)研究、開拓新技術(shù)領(lǐng)域打下堅實的基礎(chǔ)。Course description: This course is a professional elective course for students who are major in mechanical design, manufacture & automation and electromechanical direction, and it should follow after the course of “The fundamentals of Con

4、trol Engineering". It aims at solving the problems of mechatronics system modeling and simulation, expounds the characteristics and use the method of MATLAB software as well as other commonly used modeling and simulation software, provides the useful methods and effective tools for system desig

5、n and analysis.This course will cover the knowledge about system simulation, the MATLAB programming language and SIMULINK, mathematical model of control system, control system time domain and frequency domain analysis based on Matlab, the general procedure and application of system simulation, steps

6、 and methods of electromechanical control system simulation. After studying this course, the students will master the principle and methods of computer simulation, can do modeling and simulation to analyze actual electromechanical system with MATLAB software, the students' ability to analyze and

7、 solve problems will be trained and improved.課程內(nèi)容（一）課程教學(xué)目標設(shè)置本課程是為了讓機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)對機電一體化研究方向感興趣的同學(xué)。通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生具備以下能力：1. 全面掌握連續(xù)系統(tǒng)模型描述和模型的結(jié)構(gòu)變換、數(shù)值積分方法等數(shù)學(xué)知識和應(yīng)用能力(畢業(yè)要求1.1)；2. 熟練掌握MATLAB編程語言以及SIMULINK工具(畢業(yè)要求1.3)；3. 掌握機電系統(tǒng)仿真的概念和類型、系統(tǒng)仿真的一般步驟及方法(畢業(yè)要求2.1)；4. 了解機電控制系統(tǒng)仿真的步驟，培養(yǎng)學(xué)生具有建立機電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、編寫仿真程序，并對仿真結(jié)果進行分析的能力

8、(畢業(yè)要求2.3)；5. 培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，解決實際問題的能力，運行所理論和方法為學(xué)習(xí)其他課程打下基礎(chǔ)(畢業(yè)要求3.1)。（二）基本教學(xué)內(nèi)容第一章 緒論教學(xué)目的：通過本章的學(xué)習(xí)，掌握系統(tǒng)仿真的基本概念，了解控制系統(tǒng)仿真應(yīng)用的相關(guān)知識。相應(yīng)畢業(yè)要求：1.3教學(xué)內(nèi)容：1.1 系統(tǒng)仿真的基本概念1.2 系統(tǒng)仿真的發(fā)展及應(yīng)用1.3 控制系統(tǒng)的仿真應(yīng)用的展望學(xué)時分配：課堂教學(xué)1學(xué)時第二章 MATLAB基礎(chǔ)教學(xué)目的：掌握MATLAB的基礎(chǔ)知識及基本使用方法教學(xué)重點：Matlab的基本使用方法、計算功能以及圖形繪制教學(xué)難點：Matlab關(guān)于圖形處理和計算功能的指令集相應(yīng)畢業(yè)要求：1.3教學(xué)內(nèi)容：2.1

9、 MATLAB簡介 2.2 MATLAB的基本使用方法 2.3矩陣及其基本運算 2.4 MATLAB的計算功能2.5 MATLAB圖形繪制學(xué)時分配：課堂教學(xué)3學(xué)時第三章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型教學(xué)目的：掌握控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及建模以及模型的轉(zhuǎn)換和連接教學(xué)重點：控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及建模以及模型的轉(zhuǎn)換和連接教學(xué)難點：模型描述和轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)原理相應(yīng)畢業(yè)要求：1.1教學(xué)內(nèi)容：3.1控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及建模 3.2模型轉(zhuǎn)換 3.3數(shù)學(xué)模型的連接 3.4 LTl對象模型數(shù)據(jù)的還原學(xué)時分配：課堂教學(xué)6學(xué)時第四章 控制系統(tǒng)時域分析教學(xué)目的：掌握應(yīng)用MATLAB進行系統(tǒng)動態(tài)性能分析教學(xué)重點：MATLAB在系統(tǒng)動態(tài)性能

10、分析中的應(yīng)用教學(xué)難點：系統(tǒng)動態(tài)分析和穩(wěn)定性分析的數(shù)學(xué)原理和基礎(chǔ)知識相應(yīng)畢業(yè)要求：1.1，2.3教學(xué)內(nèi)容：4.1時域分析引言 4.2時域響應(yīng)分析基礎(chǔ)知識 4.3 MATLAB在系統(tǒng)動態(tài)性能分析中的應(yīng)用 4.4控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析學(xué)時分配：課堂教學(xué)4學(xué)時，實驗課2學(xué)時第五章 控制系統(tǒng)的頻域分析教學(xué)目的：掌握應(yīng)用MATLAB進行頻率響應(yīng)分析并進行頻域法的穩(wěn)定性分析。教學(xué)重點：MATLAB在頻率響應(yīng)分析中的應(yīng)用教學(xué)難點：頻率響應(yīng)和頻域分析的物理和數(shù)學(xué)意義相應(yīng)畢業(yè)要求：1.1，2.3教學(xué)內(nèi)容：5.1頻域分析引言 5.2頻率特性及其描述 5.3頻率響應(yīng)的繪制 5.4 MATLAB在頻率響應(yīng)分析中的應(yīng)用 5

11、.5頻域法的穩(wěn)定性分析學(xué)時分配：課堂教學(xué)4學(xué)時，實驗課2學(xué)時第六章 SIMULINK仿真基礎(chǔ)教學(xué)目的：掌握SIMULINK的基礎(chǔ)知識及基本使用方法教學(xué)重點：Simulink模型的創(chuàng)建和仿真參數(shù)設(shè)置教學(xué)難點：Simulink模型仿真參數(shù)設(shè)置的數(shù)學(xué)和物理意義相應(yīng)畢業(yè)要求：1.1，1.3教學(xué)內(nèi)容：6.1 Simulink的啟動與退出 6.2 Simulink模塊庫簡介 6.3 Simulink模型的創(chuàng)建 6.4 Simulink仿真參數(shù)設(shè)置 6.5 Simulink仿真舉例學(xué)時分配：課堂教學(xué)2學(xué)時第七章 機電控制系統(tǒng)仿真教學(xué)目的：通過4個機電控制系統(tǒng)仿真實例，使學(xué)生掌握機電控制系統(tǒng)建模仿真的一般步驟

12、及方法教學(xué)重點： 4個機電控制系統(tǒng)仿真實例教學(xué)難點：對機電系統(tǒng)子模型的數(shù)學(xué)建模和整體模型系統(tǒng)的性能測試相應(yīng)畢業(yè)要求：2.1，3.3，3.1教學(xué)內(nèi)容：7.1 電液伺服位置控制系統(tǒng)仿真7.2 直流電機轉(zhuǎn)速控制仿真7.3 直流電機位置環(huán)控制仿真7.4 永磁同步電動轉(zhuǎn)速控制仿真學(xué)時分配：課堂教學(xué)4學(xué)時，實驗課4學(xué)時考核方式機電系統(tǒng)建模與仿真考核及成績評定由四部分組合而成：1. 平時成績一(考勤、課堂討論)：占20%。2. 平時成績二(作業(yè)、實驗)：占30%。主要考核階段知識點的掌握程度，提高學(xué)生的動手能力和解決問題的能力。上機實驗測試分為三次完成，時間節(jié)點分別為第8周左右、第10周左右和第13周左右。

13、每次測驗的時間為兩學(xué)時，兩個學(xué)生為一組在學(xué)校機房獨立完成，并在上機結(jié)束之后提交測試報告。3. 期末考試成績(閉卷)：占50%。主要考核基本概念、基本分析計算方法的掌握程度。采用閉卷考試形式，在考試周內(nèi)進行。持續(xù)改進方法1. 采用先進的教學(xué)手段、方法和教學(xué)理念2. 各章節(jié)布置一定量的習(xí)題3. 課后對疑難問題安排小班討論和答疑4. 設(shè)置相應(yīng)的實驗環(huán)節(jié)和課程設(shè)計等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)教材及參考書1. MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真，楊莉等編，哈爾濱工程大學(xué)出版社2.基于MATLAB/Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用 第2版，薛定宇，陳陽泉著， 清華大學(xué)出版社3.MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真 第3版，王正林等編著，電子工業(yè)出版社4. MATLAB/Simulink軟件幫助文件授課手段（教學(xué)方法）本課程著重培養(yǎng)學(xué)生的