控制系統(tǒng)仿真教學(xué)大綱

PAGEPAGE6《控制系統(tǒng)仿真》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱控制系統(tǒng)仿真課程編號課程性質(zhì)選修課課程類別專業(yè)課開課單位機(jī)械電子教研室授課學(xué)期第7學(xué)期學(xué)分/學(xué)時(shí)2/32課內(nèi)學(xué)時(shí)32理論授課16上機(jī)學(xué)時(shí)16課內(nèi)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)課外學(xué)時(shí)32適用專業(yè)機(jī)械電子工程是否雙語否先修課程控制工程基礎(chǔ)后續(xù)課程無二、課程簡介《控制系統(tǒng)仿真》是機(jī)械電子工程專業(yè)的專業(yè)選修課，為實(shí)踐性較強(qiáng)的一門課程。本課程以線性控制系統(tǒng)為對象、以MATLAB為編程語言，講授線性控制系統(tǒng)建模、仿真，具體包括MATLAB程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、模型求解及數(shù)據(jù)可視化、控制系統(tǒng)建模與仿真。通過以上理論講授、上機(jī)練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生掌握線性控制系統(tǒng)建模、仿真的基本理論、基本方法，具備線性控制系統(tǒng)仿真、編程實(shí)踐能力，全面考核學(xué)生對控制系統(tǒng)知識的掌握、運(yùn)用、分析問題、解決問題能力,使學(xué)生具備求解線性控制系統(tǒng)典型問題能力、系統(tǒng)仿真及數(shù)據(jù)可視化能力。三、課程目標(biāo)及對畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐（一）課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到以下目標(biāo)：課程目標(biāo)1.（知識目標(biāo)）描述線性控制系統(tǒng)，領(lǐng)會(huì)MATLAB語言及編程基礎(chǔ)知識，應(yīng)用MATLAB進(jìn)行線性系統(tǒng)建模、仿真，掌握模型求解及數(shù)據(jù)可視化方法，設(shè)計(jì)并調(diào)試程序；課程目標(biāo)2.（能力目標(biāo)）掌握基于MATLAB的控制系統(tǒng)API，完成控制系統(tǒng)的編程、仿真，實(shí)現(xiàn)線性控制系統(tǒng)模型、時(shí)域分析、頻域分析等任務(wù)，領(lǐng)會(huì)基于框圖的系統(tǒng)仿真方法；課程目標(biāo)3.（價(jià)值塑造）使用現(xiàn)代工具進(jìn)行線性控制系統(tǒng)分析、仿真，在分析解決問題的過程中，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神、系統(tǒng)化思想，樹立辯證唯物主義世界觀。（二）課程目標(biāo)對畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求課程目標(biāo)1指標(biāo)點(diǎn)1-4：1-工程知識課程目標(biāo)2指標(biāo)點(diǎn)2-2：2-問題分析課程目標(biāo)3指標(biāo)點(diǎn)5-2：5-使用現(xiàn)代工具四、課程基本教學(xué)內(nèi)容及對課程目標(biāo)的支撐（一）課程基本教學(xué)內(nèi)容第一單元MATLAB程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（學(xué)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容MATLAB基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；矩陣的基本運(yùn)算、程序流程控制結(jié)構(gòu)，如循環(huán)、分支、開關(guān)、試探結(jié)構(gòu)。MATLAB的程序編寫技巧、函數(shù)的編寫與調(diào)試。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：MATLAB基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、矩陣的基本運(yùn)算、程序流程控制結(jié)構(gòu)。難點(diǎn)：MATLAB的程序編寫技巧、函數(shù)的編寫與調(diào)試。3.教學(xué)方法課堂講授、課上討論。1.通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，闡明MATLAB基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、矩陣的基本運(yùn)算、程序流程控制結(jié)構(gòu)。2.通過課上討論，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生理解MATLAB的程序編寫技巧、培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力；4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果描述MATLAB基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、理解矩陣的基本運(yùn)算、程序流程控制結(jié)構(gòu)，掌握MATLAB的程序編寫技巧、函數(shù)的編寫與調(diào)試。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1。第二單元模型求解及數(shù)據(jù)可視化（學(xué)時(shí)數(shù)：4學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容線性代數(shù)、常微分方程的數(shù)值解法，非線性方程與最優(yōu)化問題求解；數(shù)據(jù)插值與擬合方法、二維圖形的繪制及數(shù)據(jù)可視化。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：線性代數(shù)、常微分方程的數(shù)值解法、二維圖形的繪制及數(shù)據(jù)可視化。難點(diǎn)：非線性方程與最優(yōu)化問題求解。3.教學(xué)方法課堂講授、課上討論。1.通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，總結(jié)線性代數(shù)、常微分方程的數(shù)值解法、二維圖形的繪制及數(shù)據(jù)可視化方法；2.通過課上討論，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合，分析歸納非線性方程與最優(yōu)化問題求解，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果描述線性代數(shù)、常微分方程的數(shù)值解法。理解非線性方程與最優(yōu)化問題求解，掌握二維圖形的繪制及數(shù)據(jù)可視化，能在教師的引導(dǎo)下閱讀書中的代碼。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2。第三單元控制系統(tǒng)建模與仿真（學(xué)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容控制系統(tǒng)模型，線性系統(tǒng)仿真分析方法，包括線性系統(tǒng)頻域分析、時(shí)域分析，基于框圖的系統(tǒng)仿真方法。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：控制系統(tǒng)模型，線性系統(tǒng)頻域分析、時(shí)域分析。難點(diǎn)：基于框圖的系統(tǒng)仿真方法。3.教學(xué)方法課堂講授、課上討論。1.通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，闡明控制系統(tǒng)模型，線性系統(tǒng)分析方法；2.通過課上討論，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生領(lǐng)會(huì)基于框圖的系統(tǒng)仿真方法，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維能力；4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果描述控制系統(tǒng)模型，掌握線性系統(tǒng)頻域分析、時(shí)域分析關(guān)鍵問題。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2。第四單元上機(jī)練習(xí)（學(xué)時(shí)數(shù)：16學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容數(shù)值計(jì)算基礎(chǔ)練習(xí)、二維圖形繪制練習(xí)、MATLAB編程基礎(chǔ)練習(xí)、數(shù)學(xué)問題求解基礎(chǔ)練習(xí)、線性系統(tǒng)的建模基礎(chǔ)練習(xí)、線性系統(tǒng)頻域分析練習(xí)、線性系統(tǒng)時(shí)域分析練習(xí)。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：MATLAB基礎(chǔ)語法、線性系統(tǒng)概念、時(shí)域分析、頻域分析。難點(diǎn)：編程與調(diào)試、數(shù)學(xué)問題求解。3.實(shí)施方式理論+實(shí)驗(yàn)4.學(xué)習(xí)要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)MATLAB編程基礎(chǔ)知識，編寫程序并調(diào)試，完成數(shù)值計(jì)算、模型求解及數(shù)據(jù)可視化、控制系統(tǒng)建模與仿真等任務(wù)。5.實(shí)驗(yàn)要求（1）實(shí)驗(yàn)屬性：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)（2）開出要求：必做（3）分組要求：1人1組（4）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：上機(jī)前要復(fù)習(xí)理論知識并用初步設(shè)計(jì)程序代碼（5）其他要求無6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果學(xué)生在學(xué)完本單元課程后應(yīng)具有的一定的MATLAB編程能力，使用現(xiàn)代工具，實(shí)現(xiàn)線性系統(tǒng)仿真、模型求解及數(shù)據(jù)可視化任務(wù)。7.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)3（二）課程基本教學(xué)內(nèi)容對課程目標(biāo)的支撐理論課程課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)學(xué)時(shí)安排課內(nèi)課外學(xué)時(shí)比例第一單元MATLAB程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課堂講授、課上討論課程目標(biāo)161：1第二單元模型求解及數(shù)據(jù)可視化課堂講授、課上討論課程目標(biāo)1、241：1第三單元控制系統(tǒng)建模與仿真課堂講授、課上討論課程目標(biāo)1、261：1合計(jì)161：1實(shí)驗(yàn)課程課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)學(xué)時(shí)安排第四單元上機(jī)練習(xí)講授+現(xiàn)場指導(dǎo)課程目標(biāo)316合計(jì)16五、課程考核及對課程目標(biāo)的支撐（一）課程考核課程成績構(gòu)成（百分制）課程成績構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標(biāo)分值考核/評價(jià)細(xì)則平時(shí)成績30%作業(yè)（百分制）50本門課程5次作業(yè)，主要考核MATLAB編程基礎(chǔ)、模型求解及數(shù)據(jù)可視化、控制系統(tǒng)建模與仿真相關(guān)內(nèi)容。作業(yè)評分具體標(biāo)準(zhǔn)：作業(yè)正確率、書寫規(guī)范性目標(biāo)分值=0.5*作業(yè)平均成績測驗(yàn)（百分制）40隨堂測驗(yàn)2次：考核內(nèi)容：控制系統(tǒng)理論中關(guān)鍵術(shù)語的理解。評價(jià)細(xì)則：表述正確率、書寫規(guī)范性目標(biāo)分值=0.4*測驗(yàn)平均成績課堂表現(xiàn)（百分制）10按課堂反饋、討論、回答問題參與度綜合評價(jià)。目標(biāo)分值=0.1*綜合評價(jià)成績實(shí)踐成績30%上機(jī)（百分制）50按上機(jī)練習(xí)完成的正確率及先后順序綜合評價(jià)目標(biāo)分值=0.5*綜合評價(jià)成績綜合實(shí)驗(yàn)（百分制）50考核內(nèi)容及評價(jià)細(xì)則完成上機(jī)練習(xí)總結(jié)報(bào)告，不少于2千字，根據(jù)練習(xí)收獲、新穎性、文字質(zhì)量綜合評價(jià)。目標(biāo)分值=0.5*上機(jī)練習(xí)總結(jié)報(bào)告成績期末考試40%知識40考核內(nèi)容：所有教學(xué)內(nèi)容考試題型：分析題、設(shè)計(jì)題評價(jià)細(xì)則：采用開卷線下考試，共計(jì)100分，按試卷參考答案及評分標(biāo)準(zhǔn)評分。能力40綜合應(yīng)用15創(chuàng)新5（二）課程考核對課程目標(biāo)的支撐教學(xué)內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標(biāo)第一單元MATLAB程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1-1MATLAB基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1-2矩陣的基本運(yùn)算、程序流程控制結(jié)構(gòu)1-3MATLAB的程序編寫、調(diào)試作業(yè)、測驗(yàn)、期末考試課程目標(biāo)1第二單元模型求解及數(shù)據(jù)可視化2-1模型求解2-2二維繪圖及數(shù)據(jù)可視化作業(yè)、測驗(yàn)、期末考試課程目標(biāo)1、2第三單元控制系統(tǒng)建模與仿真3-1線性系統(tǒng)頻域分析3-2線性系統(tǒng)時(shí)域分析作業(yè)、測驗(yàn)、期末考試課程目標(biāo)1、2第四單元上機(jī)練習(xí)4-1控制系統(tǒng)仿真編程4-2模型求解及數(shù)據(jù)可視化編程上機(jī)編程、總結(jié)報(bào)告課程目標(biāo)3六、使用教材、相關(guān)推薦書目及課程資源（一）使用教材姜增如.控制系統(tǒng)建模與仿真.清華大學(xué)出版社.2020（二）相關(guān)推薦書目1薛定宇,潘峰.控制系統(tǒng)仿真與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社，20222StormyAttaway.Matlab:APracticalIntroductiontoProgrammingandProblemSolving(