MATLAB與控制系統(tǒng)仿真課程教學(xué)大綱課程中文名稱：MATLAB與控制系統(tǒng)仿真課程英文名稱：MATLABandControlSystemSimulation課程編號：204T0650學(xué)分：1.5學(xué)時：24（其中：講課學(xué)時：12實驗學(xué)時：0實踐學(xué)時：12）先修課程：高等數(shù)學(xué)Ⅰ（一）/（二）、自動控制理論Ⅰ（一）/（二）等課程適用專業(yè)：自動化課程類別：專業(yè)拓展課/選修使用教材：王正林，MATLAB/SIMULINK與控制系統(tǒng)仿真（第4版），北京：電子工業(yè)出版社，2017開課單位：電氣與新能源學(xué)院課程簡介：一、課程性質(zhì)《MATLAB與控制系統(tǒng)仿真》課程是自動化專業(yè)的專業(yè)拓展課，是利用計算機論證、分析、研究、設(shè)計各種復(fù)雜控制系統(tǒng)的有力工具，是控制系統(tǒng)工程技術(shù)人員必須掌握的一門專業(yè)技術(shù)，也是自動化專業(yè)的學(xué)生需要應(yīng)用的一門技術(shù)。二、課程目標：課程目標1：從控制科學(xué)的內(nèi)容、方法、思維多個層面對學(xué)生進行價值塑造，幫助學(xué)生樹立良好的人生觀價值觀，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷、創(chuàng)新能力、科學(xué)思維和探索習(xí)慣。課程目標2：掌握利用MATLAB語言對控制系統(tǒng)進行仿真的方法，學(xué)會用MATLAB語言仿真驗證控制系統(tǒng)特性，能利用MATLAB對自動控制系統(tǒng)建立微分方程模型、傳遞函數(shù)模型、狀態(tài)空間模型并求解。課程目標3：能根據(jù)被測/控對象特征和控制性能要求，運用時域分析、根軌跡分析、頻域分析等控制科學(xué)原理，能利用MATLAB對自動控制系統(tǒng)進行輔助設(shè)計，建立自動化系統(tǒng)應(yīng)用問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，正確表達和分析控制工程應(yīng)用問題。課程目標4：了解影響自動化控制系統(tǒng)控制目標和方案的各種因素，掌握控制系統(tǒng)校正的基本方法和技術(shù)，能利用MATLAB工具進行仿真驗證，最終達到控制目標，體現(xiàn)出綜合分析和設(shè)計的能力。三、課程目標對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求畢業(yè)要求指標點課程目標對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系1.工程知識指標點1.2：能夠運用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程科學(xué)的知識對自動化系統(tǒng)工程的具體對象建立數(shù)學(xué)模型并求解。指標點1.4：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程科學(xué)的知識和數(shù)學(xué)模型方法用于自動化系統(tǒng)專業(yè)工程問題解決方案的比較與綜合。支撐目標：課程目標1，課程目標2，課程目標42.問題分析指標點2.1：能運用相關(guān)科學(xué)原理，識別和判斷自動化系統(tǒng)復(fù)雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。支撐目標：課程目標1，課程目標35.使用現(xiàn)代工具指標點5.1：了解專業(yè)常用的現(xiàn)代儀器、信息技術(shù)工具、工程工具和模擬軟件的使用原理和方法，并理解其局限性。支撐目標：課程目標1，課程目標4四、教學(xué)內(nèi)容及要求第一章自動控制系統(tǒng)與仿真基礎(chǔ)知識（1學(xué)時）1.教學(xué)內(nèi)容（1）掌握控制系統(tǒng)及仿真的基本概念；（2）理解控制系統(tǒng)仿真與MATLAB的含義。2.重、難點：系統(tǒng)表示。3.課程思政融入點：（1）自動控制領(lǐng)域典型事跡與愛國情懷、自動控制技術(shù)發(fā)展與科技報國的使命（2）工程師和科學(xué)家思路上的不同4.考核要點：系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。5.教學(xué)方法：課堂講解第二章MATLAB基礎(chǔ)知識（2學(xué)時）1.教學(xué)內(nèi)容（1）了解MATLAB軟件的基本使用方法；（2）掌握MATLAB數(shù)值計算、關(guān)系運算和邏輯運算、符號運算等；（3）掌握利用MATLAB繪圖及程序設(shè)計。2.重、難點：繪圖及程序編制。3.課程思政融入點：數(shù)學(xué)建模的多種形式與唯物辯證法4.考核要點：MATLAB繪圖及程序設(shè)計。5.教學(xué)方法：課堂講解，平時作業(yè)6.作業(yè)安排：繪制課本所有圖例第三章仿真集成環(huán)境SIMULINK（3學(xué)時）1.教學(xué)內(nèi)容（1）掌握SIMULINK的使用；（2）了解SIMULINK自定義功能模塊（3）掌握SIMULINK的S函數(shù)設(shè)計與應(yīng)用。2.重、難點：S函數(shù)設(shè)計與應(yīng)用。3.課程思政融入點：自動控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模與由抽象到具體的科學(xué)思維4.考核要點：自定義功能模塊的使用；S函數(shù)設(shè)計與應(yīng)用。5.教學(xué)方法：課堂講解，平時作業(yè)6.作業(yè)安排：課后習(xí)題第四章控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型（4學(xué)時）1.教學(xué)內(nèi)容（1）掌握系統(tǒng)的微分方程模型、傳遞函數(shù)模型、狀態(tài)空間模型（2）系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換與線性化。2.重、難點：模型的建立。3.課程思政融入點：（1）數(shù)學(xué)建模的多種形式與唯物辯證法（2）自動控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模與由抽象到具體的科學(xué)思維4.考核要點：模型的轉(zhuǎn)換。5.教學(xué)方法：課堂講解，平時作業(yè)6.作業(yè)安排：課后習(xí)題第五章時頻域分析（4學(xué)時）1.教學(xué)內(nèi)容（1）了解典型的輸入信號和線性系統(tǒng)時域響應(yīng)的一般求法；（2）掌握時域響應(yīng)的性能指標；（3）掌握典一階、二階系統(tǒng)時域響應(yīng)分析，了解高階系統(tǒng)的時域響應(yīng)分析；（4）掌握MATLAB/SIMULINK在時域分析中的應(yīng)用。（5）掌握穩(wěn)定性判據(jù)及穩(wěn)態(tài)誤差分析方法以及MATLAB在穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用。2.重、難點二階系統(tǒng)時域響應(yīng)分析、穩(wěn)定性判據(jù)及穩(wěn)態(tài)誤差分析方法。3.課程思政融入點：（1）系統(tǒng)穩(wěn)定性與人的抗干擾性（2）阻尼系數(shù)的工程含義與工程應(yīng)用4.考核要點（1）二階系統(tǒng)時域響應(yīng)分析；（2）穩(wěn)定性判據(jù)及穩(wěn)態(tài)誤差分析方法。5.教學(xué)方法：課堂講解，平時作業(yè)6.作業(yè)安排：課后習(xí)題第六章根軌跡分析法（2學(xué)時）1.教學(xué)內(nèi)容（1）掌握和理解根軌跡的幅值條件和相角條件。（2）掌握繪制根軌跡的一般法則。（3）掌握利用MATLAB繪制根軌跡及用根軌跡分析控制系統(tǒng)。2.重、難點根軌跡的幅值條件和相角條件、用根軌跡分析控制系統(tǒng)。3.課程思政融入點：（1）通過根軌跡繪制引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納事物的發(fā)展規(guī)律（2）從時域到復(fù)數(shù)域分析同一個系統(tǒng)性和分析事物的多維度4.考核要點（1）根軌跡的幅值條件和相角條件；（2）用根軌跡分析控制系統(tǒng)。5.教學(xué)方法：課堂講解，平時作業(yè)6.作業(yè)安排：課后習(xí)題第七章頻率分析法（4學(xué)時）1.教學(xué)內(nèi)容（1）了解頻率特性的基本概念；（2）掌握用MATLAB繪制系統(tǒng)的頻率特性圖（3）掌握用頻率法分析系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。2.重、難點用頻率法分析系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。3.課程思政融入點：（1）通過極坐標圖、Bode圖的介紹，帶領(lǐng)學(xué)生認識一些基本的工程哲學(xué)，掌握工程分析的常用方法（2）從系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能指標和動態(tài)性能指標兼顧的矛盾性引導(dǎo)學(xué)生認識工程問題的復(fù)雜性。4.考核要點：用頻率法分析系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。5.教學(xué)方法：課堂講解，平時作業(yè)6.作業(yè)安排：課后習(xí)題第八章控制系統(tǒng)校正與綜合（4學(xué)時）1.教學(xué)內(nèi)容（1）了解控制系統(tǒng)校正及系統(tǒng)性能指標的概念。（2）掌握基于根軌跡法的系統(tǒng)超前校正、滯后校正、超前-滯后校正及MATLAB仿真驗證。（3）理解系統(tǒng)超前校正與滯后校正及超前-滯后校正的特性。（4）掌握基于頻率響應(yīng)法的系統(tǒng)超前校正、滯后校正、超前-滯后校正及MATLAB仿真驗證。（5）了解PID控制器的概念及PI、PD、PID控制器的特性。（6）掌握PID控制器的參數(shù)正定方法及MATLAB實現(xiàn)。2.重、難點基于根軌跡法的系統(tǒng)超前校正、滯后校正、超前-滯后校正及MATLAB仿真驗證，基于頻率響應(yīng)法的系統(tǒng)超前校正、滯后校正、超前-滯后校正及MATLAB仿真驗證，PID控制器的參數(shù)正定方法及MATLAB實現(xiàn)。3.課程思政融入點：（1）系統(tǒng)校正與人自我反思校正（2）從微分環(huán)節(jié)D和積分環(huán)節(jié)I對系統(tǒng)的動態(tài)性能的影響看待事物的兩面性4.考核要點（1）基于根軌跡法的系統(tǒng)超前校正、滯后校正、超前-滯后校正及MATLAB仿真驗證；（2）PID控制器的參數(shù)正定方法及MATLAB實現(xiàn)。5.教學(xué)方法：課堂講解，平時作業(yè)6.作業(yè)安排：課后習(xí)題五、教學(xué)內(nèi)容對課程目標的支撐關(guān)系章節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時分配支撐的課程目標講課實驗實踐第一章自動控制系統(tǒng)與仿真基本知識掌握控制系統(tǒng)及仿真的基本概念；理解控制系統(tǒng)仿真與MATLAB的含義。1課程目標1課程目標2第二章MATLAB基礎(chǔ)知識了解MATLAB軟件的基本使用方法；了解信號及系統(tǒng)在MATLAB軟件中的表示；掌握利用MATLAB繪圖及編制簡單計算程序。11課程目標1課程目標2仿真集成環(huán)境Simulink掌握Simulink的使用；了解Simulink自定義功能模塊；掌握Simulink的S函數(shù)設(shè)計與應(yīng)用。12課程目標1課程目標2第四章控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型掌握系統(tǒng)的微分方程模型、傳遞函數(shù)模型、狀態(tài)空間模型；系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換與線性化。22課程目標1課程目標2第五章時域分析了解典型輸入信號和線性系統(tǒng)時域響應(yīng)的一般求法；掌握時域響應(yīng)的性能指標；掌握一階、二階系統(tǒng)時域響應(yīng)分析，了解高階系統(tǒng)的時域響應(yīng)分析；掌握MATLAB在時域分析中的應(yīng)用；掌握穩(wěn)定性判據(jù)及穩(wěn)態(tài)誤差分析方法以及MATLAB在穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用。22課程目標1課程目標3第六章根軌跡分析法掌握和理解根軌跡的幅值條件和相角條件；掌握繪制根軌跡的一般法則；掌握利用MATLAB繪制根軌跡及用根軌跡分析控制系統(tǒng)。11課程目標1課程目標3第七章頻率分析法了解頻率特性的基本概念；掌握用MATLAB繪制系統(tǒng)的頻率特性圖；掌握用頻率法分析系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。22課程目標1課程目標3第八章控制系統(tǒng)校正與綜合了解控制系統(tǒng)校正及系統(tǒng)性能指標的概念；掌握基于根軌跡法的系統(tǒng)超前校正、滯后校正、超前-滯后校正及MATLAB仿真驗證；理解系統(tǒng)超前校正與滯后校正及超前-滯后校正的特性；掌握基于頻率響應(yīng)法的系統(tǒng)超前校正、滯后校正、超前-滯后校正及MATLAB仿真驗證；了解PID控制器的概念及PI、PD、PID控制器的特性；掌握PID控制器的參數(shù)正定方法及MATLAB實現(xiàn)。22課程目標1課程目標4六、考核方式及成績評定標準1.課程考核方式：課程報告占60%，平時成績占40%。平時成績包括課堂考勤及表現(xiàn)成績（50%）和課程實踐成績（50%）。支撐畢業(yè)要求課程目標考核與評價方式合計平時成績（40%）期末報告（60%）課堂考勤及表現(xiàn)課程實踐課程報告課程目標144指標點1.2課程目標2452029指標點1.4課程目標445918指標點2.1課程目標3452534指標點5.1課程目標445615總分占比%202060100說明：根據(jù)實際情況，每個課程目標的成績比例可以在上下10%的范圍內(nèi)浮動，但必須保證總成績?yōu)?00分。2.課程考核評分標準課程目標考核要求評分標準高于預(yù)期達到預(yù)期低于預(yù)期優(yōu)秀良好合格不合格課程目標1課堂考勤及表現(xiàn)、課程總結(jié)拓展（4）4320~1課程目標2課堂考勤及表現(xiàn)、課程實踐、期末報告（29）27~2924~2618~230~17課程目標3課堂考勤、課程實踐、期末報告（34）31~3428~3021~270~20課程目標4課堂考勤、課程實踐、期末報告（33）30~3327~2920~260~19七、參考書目：[1]薛定宇.反饋控制系統(tǒng)設(shè)計與分析---MATLAB語言應(yīng)用，北京：清華大學(xué)出版社，2006.[2]張顯庫，金一丞.控制系統(tǒng)建模與數(shù)字仿真，大連：大連海事大學(xué)出版社，2013.