第頁(yè)航空航天中的計(jì)算方法一、課程說明課程編號(hào)：420223Z10課程名稱：航空航天中的計(jì)算方法/ComputationalMethodsinAerospaceEngineering課程類別：專業(yè)教育課程（專業(yè)選修課程）學(xué)時(shí)/學(xué)分：32/2先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、科學(xué)計(jì)算與數(shù)學(xué)建模適用專業(yè)：航空航天工程教材、教學(xué)參考書：1.DavidL.Darmofal,ComputationalMethodsinAerospaceEngineering,MIT,2005.2.閆曉東,許志.飛行器系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)教程.西北工業(yè)大學(xué)出版社,2013.3.黃柯棣，系統(tǒng)仿真技術(shù)，國(guó)防科技大學(xué)出版社，1998.4.AverillM.Law(作者),肖田元(譯者),范文慧(譯者),仿真建模與分析(第4版),清華大學(xué)出版社,2012.5.JohnP.Boyd,ChebyshevandFourierSpectralMethods(SecondEdition),DOVERPublications,Inc.,2000.6.JieShen,TaoTang,譜方法和高精度算法及其應(yīng)用,科學(xué)出版社,2007.7.張金槐，蔡洪，飛行器試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)，國(guó)防科技大學(xué)出版社，1995.二、課程設(shè)置的目的意義飛行器由于自身的特點(diǎn)，在其設(shè)計(jì)與分析中常遇到某些特定的計(jì)算問題，僅依靠前期課程所學(xué)習(xí)的常用的數(shù)值計(jì)算方法還不足以解決這些問題。因此，本課程面向飛行器設(shè)計(jì)與分析中經(jīng)常遇到的系統(tǒng)建模與數(shù)學(xué)仿真、兩點(diǎn)邊值、軌跡優(yōu)化和軌跡跟蹤估計(jì)等問題，介紹常用和有效的求解與計(jì)算方法，從而提升學(xué)生的航空航天工程計(jì)算分析能力。對(duì)航空航天工程專業(yè)畢業(yè)生從事飛行器總體、飛行力學(xué)和飛行器控制系統(tǒng)等的研究與分析工作具有重要意義。三、課程的基本要求理解飛行器系統(tǒng)建模與仿真的基本概念與方法，掌握兩點(diǎn)邊值問題的牛頓迭代法、軌跡優(yōu)化的偽譜法以及軌跡跟蹤的最小二乘和Kalman濾波估計(jì)法，能夠利用MATLAB等工具軟件編寫有關(guān)計(jì)算程序求解航空航天計(jì)算問題。培養(yǎng)分析問題以及解決問題的能力，重點(diǎn)是開展航空航天工程計(jì)算的能力，促進(jìn)航空航天工程本科生的知識(shí)結(jié)構(gòu)完善、能力提升和職業(yè)發(fā)展。四、教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)難點(diǎn)及教學(xué)設(shè)計(jì)章節(jié)教學(xué)內(nèi)容總學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)分配教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)方案設(shè)計(jì)（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）講課研討實(shí)踐第1章飛行器系統(tǒng)仿真方法：飛行器系統(tǒng)仿真概述；連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)數(shù)字仿真算法；離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)數(shù)字仿真算法；蒙特卡羅仿真方法121002連續(xù)系統(tǒng)數(shù)值積分法的基本原理和主要方法；數(shù)值積分方法的選擇；剛性問題仿真計(jì)算方法；離散系統(tǒng)及離散/連續(xù)組合仿真收斂性、精度與計(jì)算穩(wěn)定性的概念；代數(shù)環(huán)系統(tǒng)仿真方法；離散事件仿真的時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制簡(jiǎn)述算法原理，略去數(shù)學(xué)推導(dǎo)，分析應(yīng)用問題，輔以示例及MATLAB編程，培養(yǎng)應(yīng)用能力第2章邊值問題求解方法：兩點(diǎn)邊值問題及解法；偽譜方法及飛行軌跡優(yōu)化問題求解121002兩點(diǎn)邊值問題的概念及打靶法、有限差分和有限元方法；偽譜法的概念，插值點(diǎn)選擇，微分矩陣；偽譜法求解軌跡優(yōu)化問題打靶法及牛頓迭代求解；偽譜法的基本思想；微分矩陣及其性質(zhì)講授、啟發(fā)，加深基本概念和方法原理的理解；通過編程示例、動(dòng)手實(shí)踐及課堂討論互動(dòng)提高應(yīng)用能力第3章參數(shù)估計(jì)與濾波方法：參數(shù)估計(jì)的最小二乘方法；狀態(tài)估計(jì)的Kalman濾波方法8602線性模型最小二乘與加權(quán)最小二乘估計(jì)；狀態(tài)估計(jì)的基本思想；離散系統(tǒng)Kalman濾波、擴(kuò)展的Kalman濾波；Kalman濾波的基本方程；擴(kuò)展Kalman濾波的原理從概率論回顧為同化點(diǎn)，引入隨機(jī)過程有關(guān)概念，以啟發(fā)式教學(xué)引入最小二乘估計(jì)，以示例引入狀態(tài)估計(jì)的概念和方法，明確思路、簡(jiǎn)化推導(dǎo)，加強(qiáng)MATLAB編程實(shí)踐五、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和基本要求該課程注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，針對(duì)所學(xué)的各種方法內(nèi)容，開展編程和數(shù)值計(jì)算實(shí)踐，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容包括：1.飛行器離散-連續(xù)組合仿真實(shí)踐2.牛頓迭代打靶法求解兩點(diǎn)邊值問題實(shí)踐3.偽譜法求解軌跡優(yōu)化實(shí)踐4.Kalman濾波估計(jì)飛行器運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)踐要求所有學(xué)生獨(dú)立、按時(shí)完成，提交可運(yùn)行的MATLAB計(jì)算程序，以及理論分析和計(jì)算結(jié)果報(bào)告。六、考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核內(nèi)容考核方式成績(jī)比例（%）備注學(xué)生參與度平時(shí)到課率、課堂回答問題及研討