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《计算机仿真技术》课程教学大纲课程名称：计算机仿真技术课程代码：07130800课程类型：专业任选课学分：3总学时：56理论学时：40实验学时：16先修课程：高等数学、线性代数、电路原理、自动控制原理适合专业：电气工程及其自动化一、课程性质、目的和任务计算机仿真技术是电气工程及其自动化专业的本科学生在学习过高等数学、线性代数、电路原理、自动控制原理等课程后的一门后续专业课程，是一门多学科交叉而成的专业选修课程。本课程是通过运用建模、求解、虚拟等过程，在计算机上仿真的方法来设计、分析问题，从而为创造性的解决问题提供高效、准确、经济可行的途径。计算机仿真技术对于改变控制系统的传统设计手段、分折与综合方法，普及计算机应用都是十分重要的，它涉及到：控制理论、建模及辩识、软件工程等领域。它可以为学生从事工程技术工作、科学研究以及开拓新领域打下坚实的基础。通过本课程的学习，要求学生掌握MATLAB的数据类型、矩阵输入和操作方法、语法结构、函数的使用以及二维、三维绘图功能。学生能够对系统建立仿真模型，并会用Matlab进行系统仿真。掌握利用系统仿真常用的计算方法。了解系统病态问题基本概念和基本解决方法。并能够熟练地将MATLAB应用于学习中，解决电路原理、自动控制原理、电力电子等相关课程中的复杂的建模和计算机仿真问题。上机操作是本课程重要的教学环节，学生只有通过上机实习，才能领会MATLAB中众多功能，才能达到熟练应用的程度。使其对有关学科有进一步的认识或新的认识以拓宽知识面．同时也为后续课程和毕业设计提供必要的仿真实验技能。二、教学基本要求1、知识、能力、素质的基本要求掌握MATLAB的数据类型、矩阵输入和操作方法、语法结构、函数的使用以及二维、三维绘图功能。学生能够对系统建立仿真模型，并会用Matlab进行系统仿真。掌握利用系统仿真常用的计算方法。知识方面：系统地介绍了计算机仿真的基本概念，计算机仿真的历史及现状，计算机仿真的发展与展望、MATLAB7.0的安装和用户界面、MATLAB语言的基础知识、数值计算功能、多项式、关系和逻辑运算、矩阵的运算、流程控制结构、图形处理、Simulink建模基础、Simulink在系统仿真中的应用、MATLAB在电路中的应用、MATLAB在自动控制原理中的应用、MATLAB在电力电子技术中的应用、MATLAB在电力拖动技术中的应用。能力方面：课前做好预习工作，能够从预习中发现问题，进而分析问题、解决问题；通过该课程学习，培养学生的工程创新意识，使学生建立起计算机仿真的概念；通过典型例题来消化理解相关的基础知识，重点掌握分析问题的方法；通过理论的学习能解决一定的实际设计与应用问题，在解决问题时能够从不同侧面、采用不同的方法分析问题。素质方面：课堂认真听讲，课后及时复习，发现问题后，阅读教材或查阅相关的参考书，认真分析、思考，与同学讨论、请教老师，使对问题得到深入的理解。培养学生质量第一的思想；鼓励学生勤奋学习，要有进取精神；使学生确立严谨的工作特点和踏实的工作作风。为了获得最大的学习效果，要求学生出席全部的演讲课、上机课和辅导课，并不可迟到、早退。学生应当认真完成教师布置的全部作业并及时上交，应参加测验以及期末考试，以获得通过资格。2、教学模式基本要求为使学生更好的掌握计算机仿真软件，本课程采用理论教学和实验教学一体化的教学方式，授课方式借助多媒体演示、随堂联系、上机课实验等，理论学时与实验学时的比例为2.5:1。该课程教学的组织方式包括四大部分：基本理论课、习题课、讨论课、上机实验。理论课采用多媒体教学手段，结合板书、图示、举例、讲解、演示、提问等方式进行，课堂教学可采用启发式教学法、讨论式教学法、实例教学法、自助式学习法等新方法；引用并修改、制作了涵盖课程绝大部分教学内容的多媒体课件，习题课可以帮助学生更好的理解和掌握理论知识，同时建立网络平台，方便学生进行网上学习和网上自测，实现教师与学生之间的网上交互式信息沟通；讨论课题目可以由教师设定，也可以由学生提出自己感兴趣的题目，这样可以集思广益，让同学发表自己的见解和看法，培养学生的创新能力；上机实验课内容可以让学生就实验要求的内容和理论知识点或知识块有更深入的了解；上机实验需使用专用的机房及设备、配合授课内容进行。三、教学内容及要求第1章自动控制系统仿真概述本章主要讲解自动控制系统简介、自动控制系统仿真的基本概念、计算机仿真的历史及现状，计算机仿真的发展与展望。要求：了解控制系统仿真的基本概念和意义；理解计算机仿真的过程；了解MATLAB软件的发展历史。第2章MATLAB语言的基础知识本章主要讲解MATLAB的安装与启动、MATLAB7.x的系统界面、MATLAB基础知识、矩阵运算、流程控制结构、m文件、MATLAB的绘图功能、MATLAB的应用。要求：了解并学会使用MATLAB7.x的系统界面；学会使用MATLAB生成矩阵的方法；掌握变量、常量和语句的相关知识；掌握矩阵的运算；掌握流程控制语句；了解m文件的生成与调用；掌握二维图形和三维图形的绘制；了解矩阵的分解；掌握曲线拟合与插值；掌握常微分方程的求解。第3章Simulink在系统仿真用的应用本章主要讲解Simulink建模的基础知识、Simulink的建模与仿真、子系统与模块封装技术、S函数及应用等内容。要求：掌握Simulink建模的基础知识、了解仿真算法与控制参数的选择、掌握子系统的概念及构成方法；掌握模块封装方法和模块库构造；了解S函数的基本结构。第4章MATLAB在电路中的应用本章主要介绍一些计算电路问题的编程方法和技巧，使用MATLAB软件来解决电路课程中的问题。要求：掌握利用MATLAB解决电阻电路问题；掌握利用MATLAB解决正弦稳态问题、掌握利用MATLAB解决解决频率响应问题。第5章MATLAB在自动控制原理中的应用本章主要讲解利用MATLAB对自动控制系统稳定性分析、利用MATLAB对自动控制系统进行校正的仿真等内容。要求：了解利用MATLAB解决控制系统时域分析、了解利用MATLAB解决控制系统频域分析的方法、了解利用MATLAB解决超前、滞后校正仿真的方法。第6章MATLAB在电力电子技术中的应用本章主要讲解MATLAB在电力电子技术中的整流、逆变、调压等电路的分析与仿真等内容。要求：了解利用MATLAB对晶闸管三相桥式整流器及其仿真、了解利用MATLAB对基于PWM技术逆变器及其仿真。第7章MATLAB在电力拖动系统中的应用本章主要讲解MATLAB在电力拖动技术中对直流调速系统的仿真和对交流调速系统的仿真等内容。要求：了解利用MATLAB对开环和闭环直流调速系统的仿真分析、了解利用MATLAB对交流电动机系统的建模与仿真分析。四、实验内容序号实验名称实验内容学时1实验一MATLAB环境的熟悉与基本运算1．MATLAB开发环境2．矩阵、变量、表达式的各种基本运算22实验二MATLAB数值运算1、伴随矩阵、稀疏矩阵、魔方矩阵、对角矩阵、范德蒙等矩阵的创建，掌握矩阵的基本运算2、矩阵的数组运算3、多项式的基本运算4、求解代数方程5、创建符号表达式和矩阵的方法6、符号表达式的微分和积分运算23实验三MATLAB语言的程序设计1、MATLAB程序编辑与设计环境2、各种编程语句语法规则及程序设计方法3、函数文件的编写和设计4、跨空间变量传递和赋值24实验四MATLAB的图形绘制1、MATLAB图形绘制的基本方法；2、MATLAB图形绘制程序编辑的基本指令；3、MATLAB图形编辑窗口编辑和图形界面的修改，添加图形的各种标注；4、掌握plot、subplot的指令格式和语法。25实验五采用SIMULINK的系统仿真1、SIMULINK工作环境及特点2、线性系统仿真常用基本模块的用法3、SIMULINK的建模与仿真方法4、子系统的创建和封装设计26实验六MATLAB在电路中的应用1．电路系统建立数学模型的方法2．电路建模编程，求解各种电路问题27实验七MATLAB在自动控制原理中的应用1．数学模型的时域分析与频域分析方法2．建模编程，求解各种自动控制问题28实验六MATLAB在电力系统中的应用直流调速系统仿真分析2合计实验内容8项16五、学时分配课程内容教学时数讲授习题课上机实验第1章自动控制系统仿真概述2第2章MATLAB语言的基础知识826第3章Simulink在系统仿真用的应用42第4章MATLAB在电路中的应用计422第5章MATLAB在自动控制原理中的应用622第6章MATLAB在电力电子技术中的应用42第7章MATLAB在电力拖动系统中的应用422合计32816六、考核方式考核采用百分制，综合成绩由平时成绩（含考勤与课堂表现、实验成绩等过程性考核）和期末上机测试成绩组成。其中，平时占30%（考勤与课堂表现占10%、实验成绩20%），期末上机考核成绩占70%。理论课和上机实验课缺勤超过三分之一不准参加期末上机考试。七、推荐教材和教学参考书教材：《自动控制系统计算机仿真》，张晓江、黄云治主编，机械工业出版社，2009年。参考书：1、《MATLAB应用技术——在电气工程与自动化专业中的应用》，王忠礼、段慧达等主编，清华大学出版社，2007年。2、《MATLAB语言实践教程》，朱衡君主编，清华大学出版社、北京交通大学出版社，2004年。3、《MATLAB/Simulink建模与仿真实例精讲》，张德丰主编，机械工业出版社，2010年。4、《MATLAB电子仿真与应用教程（第2版）》，王华李有军编著，北京：国防工业出版社，2007年。5、《MATLAB及在电子信息课程中的应用》，陈怀琛、吴大正、高西全主编，电子工业出版社，2006年。6、《精通MATLAB7.0混合编程》，杨高波、亓波主编，电子工业出版社，2006年。制订：审定：批准：