课程信息
内容
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教学大纲
《控制系统设计与仿真》教学大纲
Control System Design & Simulation
课程代码: A0806Z06
总学时(理论+实践): 10+22 学 分: 2
课程性质: 专业方向课 课程类别: 选修课
先修课程: 《计算机程序设计》、《自动控制理论》、《现代控制理论》
面向专业: 电气工程及其自动化
开课二级学院: 机电工程学院 开课学科: 检测技术与自动化装置
执 笔: 孙崎岖 审 校: 蔡慧
一、课程的地位与任务
《控制系统设计与仿真》是电气工程及其自动化专业的选修课,教学目的是培养学生使用MATLAB对控制系统进行方便有效的分析设计和仿真。MATLAB是国际控制界最为流行的计算机辅助设计及教学工具软件,通过对MATLAB,尤其是针对应用广泛的控制系统中相关内容的学习,不仅使学生巩固对控制系统理论的基本概念和基本方法的理解,而且使学生掌握用MATLAB提供的功能强大、编程方便的控制系统工具箱函数及MATLAB语言来对控制系统进行方便有效的分析设计和仿真。
二、课程主要内容与基本要求
第一章 概述
了解控制系统的实验方法和系统、模型与数字仿真,熟悉控制系统CAD与数字仿真。
第二章 MATLAB与SIMULINK基础
了解MATLAB数值计算、SIMULINK动态仿真集成环境和MATLAB程序设计。
第三章 控制系统的基本理论
熟悉控制系统的模型变换、时域分析、频域分析、系统校正、极点配置和观测器设计。
第四章 控制系统工具箱函数
熟悉工具箱函数的使用。
第五章 控制系统的分析与设计
掌握用MATLAB提供的功能强大、编程方便的控制系统工具箱函数及MATLAB语言编程实现控制系统的模型变换、时域分析、频域分析、系统校正、极点配置和观测器设计。
三、课程教学学时安排
教 学 内 容(含实验)
教学时数
说 明
1. 概述
2
2. MATLAB与SIMULINK基础
8
上机6学时
3. 控制系统的基本理论
2
4. 控制系统工具箱函数
10
上机10学时
5. 控制系统的分析与设计
10
上机6学时
四、实践环节及基本要求
序号
实验项目
学时
基本要求
实验性质
实验类别
1
Matlab使用方法
和程序设计
3
掌握Matlab软件使用的基本方法;熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句;熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制;熟悉Matlab程序设计的基本方法;
验证
选做
2
MATLAB控制系统工具箱SISO运用
2
熟悉MATLAB的仿真及应用环境; 在MATLAB的环境下研究一阶、二阶系统的运动规律;
验证
选做
3
典型环节动态特性
3
观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性,熟悉各种典型环节的响应曲线;定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。
验证
选做
4
PID控制
3
了解PID控制器中P,I,D三种基本控制作用对控制系统性能的影响,掌握PID控制器参数的工程整定方法;
验证
选做
5
模型转换
3
掌握方块图的传递函数求取
验证
必做
6
控制系统的模型转换
2
掌握传递函数、零极点增益、状态空间等数学模型之间的相互转换
验证
选做
7
控制系统的时域分析
3
掌握Step、Impulse、Initial、Lsim等功能函数的应用
验证
选做
8
控制系统的频域分析
3
掌握用MATLAB绘制Bode图、Nyquist曲线
验证
选做
9
控制系统的根轨迹分析
3
掌握用MATLAB绘制根轨迹图
验证
选做
10
系统校正
3
掌握用MATLAB求解校正函数
设计
必做
11
控制系统的极点配置
3
掌握用MATLAB求解极点配置
验证
选做
12
控制系统的状态观测器设计
3
掌握用MATLAB求解状态观测器
设计
选做
13
状态反馈控制系统的设计
4
掌握用MATLAB求解状态观测器
设计
选做
五、考核方法及成绩评定
1、考核类别:考查
2、考核形式:论文或报告
3、成绩评定:百分制;
平时成绩占20%,实验(或上机)成绩占40%,期末成绩(论文)占40%。
六、推荐教材与主要参考书
1、推荐教材
《控制系统CAD — 基于MATLAB语言》,张晋格、陈丽兰主编,机械工业出版社.
2、主要参考书:
(1)赵文峰等编著:《MATLAB控制系统设计与仿真》,西安电子科技大学出版社
(2)张晓华主编:《控制系统数字仿真与CAD》,机械工业出版社
(3)楼顺天、于卫编:《基于MATLAB的系统分析与设计—控制系统》,西安电子科技大学出版社.1998.