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1、MATLAB与控制系统仿真教学大纲一、课程信息课程名称：MATLAB与控制系统仿真课程类别：素质选修课/专业基础课课程性质：选修/必修计划学时：64计划学分：4先修课程：无选用教材：MATLAB与控制系统仿真，张磊、任旭颖主编，2018年，电子工业出版社 教材。适用专业：本课程可作为高等院校及职业院校自动化类专业教学课程，也是从事自动化 控制技术工作人员的参考课程。课程负责人：二、课程简介三、课程教学要求序号专业毕业要求课程教学要求关联程度1工程知识“控制系统仿真”课程是高校自动化及其相关专业本科 生的一门重要专业课程，是在学习控制系统原理的基础 上使用MATLAB软件进行模型建立、仿真设计、
2、实验验 证和分析的综合实践课程。H2问题分析“控制系统仿真”课程的任务是使学生获得控制系统仿 真技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，培养学 生分析问题和解决问题的能力，加深学生对自动控制理 论的理解，拓宽学生对控制系统仿真及其应用软件的知 识面，为深入学习后续课程及从事控制系统设计、分析 的实际工作打下基础。H3设计/开发解决方案在系统的文化知识教授之外，有目的、有计划地组织学 生进行课后习题练习，掌握M文件与MATLAB编程基础、 ATLAB的绘图及图像处理、控制系统的频域分析。H4研究5使用现代工具Windows MATLAB R2014a 软件H6工程与社会学会将MATLAB技术应用
3、于实际生产和社会服务中， 为社会做出贡献。H7环境和可持续发展8职业规范9个人和团队学会与他人合作和沟通，建立良好的人际关系和团队合 作氛围。M10沟通学会进行有效的沟通和表达，与客户、同事和上级保持 良好的沟通和协作。M11项目管理12终身学习学会进行自我学习和自我提升，不断提高自身的专业水 平和创新能力。M、课程教学内容注：“课程教学要求”栏中内容为针对该课程适用专业的专业毕业要求与相关教学要求的具 体描述。“关联程度”栏中字母表示二者关联程度。关联程度按高关联、中关联、低关联三 档分别表示为“II” 或L”。”课程教学要求”及“关联程度”中的空白栏表示该课程 与所对应的专业毕业要求条目不
4、相关。章节名称主要内容重难点关键词学时类型1控制系统仿寞 概述系统仿真概述MATLAB简介MATLAB基本操作MATLAB操作实例熟悉系统仿真的 基本概念。 MATLAB的简介。 掌握MATLAB基本 操作，包括 MATLAB R2014a 的启动方法和 MATLAB基本操作 界面的介绍。 MATLAB的操作实 例介绍。4理论2MATLAB矩阵 及其基本操作矩阵及其概述矩阵运算多维矩阵及其操作 结构体和元胞数组 字符串关系运算掌握矩阵及其操 作，矩阵及数组 的简单运算，多 为矩阵及其操 作，结构体和元 胞数组的创建和 用法，字符串的 创建和简单操 作。4理论3MATLAB数学 运算基础矩阵的基
5、本运算线性方程组的求解方法 多项式运算多项式曲线拟合熟悉矩阵的基本 运算、线性方程 组的求解、多项 式运算、曲线拟4理论U!数据统计合和数据统计图 形用户界面、数 据统计函数和统 计图形用户界 面。4M文件与 MATLAB编程 基础MATLAB的M文件MATLAB控制语句掌握M文件的创 建和MATLAB控制 语句。4理论5函数与外部 数据操作M文件（函数） 外部数据操作熟悉MATLAB函数 和MATLAB的外部 数据操作。4理论6MATLAB的绘 图及图像处 理MATLAB的绘图MATLAB的图像处理掌握二维平面图 形的绘制和三维 立体图形的绘 制。5理论7交互式仿真 工具 SimulinkS
6、imulink 简介Simulink的模块库浏览界面Simulink建模与仿真 仿真结果的运行、观察和调试 Simulink的自定义功能模块通过完成习题， 主要学习交互式 仿真工具 Simulink的使用 方法，具体包括 Simulink 简介, Simulink的模块 库浏览界面， Simulink建模与 仿真，Simulink 仿真参数的设 置，仿真结果的 运行、观察和调 试，Simulink 的 自定义功能。7理论8控制系统模 型的定义自动控制系统控制系统仿真概述模型的描述、生成与封装控制系统数学模型的转换和连 接掌握系统模型的 MATLAB描述、系 统模型的转换和 连接。6理论9控制系
7、统的 稳定性分析控制系统的稳定性分析 绘制系统的响应曲线掌握控制系统稳 定性分析方法和 控制系统响应曲 线的绘制方法。6理论10控制系统的 时域分析系统的阶跃响应分析MATLAB系统分析工具LTIViewer控制系统的稳态误差熟悉通过绘制阶 跃响应曲线，分 析响应曲线的特 征数据，求取动4理论态性能指标，从 而掌握系统响应 分析的基本方 法；掌握MATLAB系统 分析工具LTI Viewer的使用方 法。11控制系统的 根轨迹分析根轨济法基础 根轨迹法分析系统MATLA在根轨迹分析中的综合 应用(rltool)掌握根轨迹法分 析系统，图形分 析工具r 1 t o 0 1 O8理论12控制系统的
8、 频域分析频域分析法基础MATLAB频域分析法频率特性图系统的相对稳定性和稳定裕度了解基本分析原 理、频率响应和 频率特性。掌握 使用MATLAB工具 箱函数绘制奈奎 斯特图、BODE图 的方法；掌握幅值裕度和 相角裕度的求解 方法，掌握频域 和时域的综合分 析应用实例。4理论13PID控制器设 计与应用串联校正与反馈校正PID校正概述PID控制器设计与参数整定PID Tuner控制器设计掌握串联校正和 反馈校正的基本 模型，PID控制 器的设计与应 用；PID校正的 基本方法；利用 Simulink 的 PID控制器设计 与参数整定(Ziegler- Nichols 整定方 法)；MATLA
9、B PID Tuner 的基 本使用方法。3理论14MATLAB图形 用户界面GUI了解GUI简介；MATLAB 的 GUIDE 开发环境；回调 函数及示例。1理论五、考核要求及成绩评定序号成绩类别考核方式考核要求权重（%）备注1期末成绩期末考试考试50百分制，60分为及格2平时成绩课后作业1440优、良、中、及格、不及格3平时表现出勤情况10两次未参加课程则无法获得学分注：此表中内容为该课程的全部考核方式及其相关信息。六、学生学习建议（一）学习方法建议1 .依据专业教学标准，结合岗位技能职业标准，通过案例展开学习，将每个项目分成多 个任务，系统化地学习。2 .通过每个项目最后搭配的习题，巩固
10、知识点。3 .扫描教材二维码，观看相关知识点的微课，利用互联网和社交媒体等资源，进行多 元化的学习。（二）学生课外阅读参考资料MATLAB与控制系统仿真，张磊，任旭颖主编，2018年，电子工业出版社教材。七、课程改革与建设1 .本课程在系统介绍理论知识的同时，还以“课后习题”等栏目丰富内容。2 .本课程依循“翻转课堂”的教学思路，尝试融入多项教学方法，减少了教师讲授的时 间，大幅度提高了学生自主学习和实际动手的效率，教师能够有更多的时间与学生进行交流 和讨论。本课程及教学资料在作者所在的高校进行了试验，效果良好。教师可以采用重点讲 授、协作指导和问题讨论的形式满足学生的需要，同时促进学生的个性
11、化学习，使学生通过 自主认知、理论回顾和实践获得更真实、有效的学习。平时对学生的考核内容包括出勤情况、学生的课后作业、课堂讨论等方面，占期末总评 的50%。期末考试成绩占期末总评的50%。制订人签字：教研室主 任签字：院部负责人 签字：修订时 间：年月日教学日历（20xx20xx学年第x学期）开课学院开课专业讲授学时32课程名称MATLAB与控制系统仿 真授课教师实践/实验学时32授课年级授课班级总学时64使用教材MATLAB与控制系统 仿真参考书目MATLAB与控制系统仿真校历周次授课内容分章节题目第1周第1章控制系统仿寞概述（4学时）1. 系统仿真概述（1学时）2. MATLAB简介（1学
12、时）3. MATLAB基本操作（1学时）4. MATLAB操作实例（1学时）第2周第二章MATLAB矩阵及其基本操作（4学时）1 .矩阵及其概述、矩阵运算（1学时）2 .多维矩阵及其操作（1学时）3 .结构体和元胞数组、字符串（1学时）4 .关系运算（1学时）第3周第3章MATLAB数学运算基础（4学时）1 .矩阵的基本运算、线性方程组的求解方法（1学时）2 .多项式运算（1学时）3 .多项式曲线拟合（1学时）4 .数据统计（1学时）第4周第4章M文件与MATLAB编程基础（4学时）1. MATLAB的M文件（2学时）2. MATLAB控制语句（2学时）第5周第5章函数与外部数据操作（4学时）
13、1 . M文件（函数）（2学时）2 .外部数据操作（2学时）第6周第6章MATLAB的绘图及图像处理（4学时）1. MATLAB的绘图（4学时）第7周第6章MATLAB的绘图及图像处理（1学时）1. MATLAB的图像处理（1学时）第7章 交互式仿真工具Simulink （3学时）1. Simulink 简介（1 学时）2. Simulink的模块库浏览界面（1学时）3. Simulink建模与仿真（1学时）第8周第7章交互式仿真工具Simulink （4学时）1 .仿真结果的运行、观察和调试（2学时）2 . Simulink的自定义功能模块（2学时）第9周第8章控制系统模型的定义（4学时）1
14、 .自动控制系统（1学时）2 .控制系统仿真概述（1学时）3 .模型的描述、生成与封装（2学时）第10周第8章控制系统模型的定义（2学时）1 .控制系统数学模型的转换和连接（2学时）第9章控制系统的稳定性分析（2学时）1.控制系统的稳定性分析（2学时）第11周第9章控制系统的稳定性分析（4学时）2.绘制系统的响应曲线（4学时）第12周第10章控制系统的时域分析（4学时）1 .系统的阶跃响应分析（1学时）2 . MATLAB系统分析工具LTI Viewer （2学时）3 .控制系统的稳态误差（1学时）第13周第11章 控制系统的根轨迹分析（4学时）1.根轨济法基础（4学时）第14周第11章 控制系统的根轨迹分析（4学时）1 .根轨迹法分析系统（2学时）2 . MATLA在根轨迹分析中的综合应用（rltool） （2学时）第15周第12章控制系统的频域分析（4学时）1 .频域分析法基础（1学时）2 . MATLAB频域分析法频率特性图（1学时）3 .系统的相对稳定性和稳定裕度（2学时）第13章PID控制器设计与应用（3学时）1. 串联校正与反馈校正（1学时）第16周2. PID校正概述、PID控制器设计与参数整定（1学时）3. PID Tuner控制器设计（1学时）第14章MATLAB图形用户界面GUI （1学时）