《控制系统计算机辅助设计》课程教学研究

豆勤勤

【摘要】控制系统仿真课程是自动化及电气相关专业的一门专业课，为了提高教学质量，结合本人的教学实践经验，从教学内容、教学方法与实践环节进行了改进并实践，提高了学生的创新意识、创新能力、发散思维，以及分析和解决问题的能力，对提高教学质量取得了较好的效果。

【关键词】控制系统仿真 ； 教学研究 ； 实践教学改革

【基金项目】内容：院级教学改革“控制系统计算机辅助设计”，编号：201402。

【中图分类号】G64 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2015）15-0265-01

1.引言

仿真技术是一门利用物理模型或数学模型模拟实际环境进行科学实验的技术，近年来在研究及工程设计中也发挥了越来越重要的作用。用仿真来代替实际系统的试验，在计算机上进行研究和设计系统，不仅经济、可靠、实用、安全、灵活并且还可以获得更加丰富、详细的数据资料，因此仿真成为了分析、综合各种复杂系统的一种强有力的工具和手段。

2.课程性质及教学内容

2.1课程性质及要求

“控制系统计算机辅助设计”是我院自动化专业本科生的一门方向选修专业课，通过本课程的学习，使学生认识到控制系统数字仿真在系统设计中的重要性，学习并掌握仿真中的系统建模、数值积分方法、MATLAB编程等基本内容，能针对不同的系统编写仿真程序。为学生的进一步理论研究和实际应用打下一个良好基础。

2.2教学内容的改革

该课程内容涉及计算机技术，计算数学与控制理论，系统辨识，控制工程等，具有一定的广度和难度。具体包括：控制系统计算机辅助设计概述，仿真工具MATLAB与SIMULINK；控制系统的数学模型及其转换；控制系统数字仿真的实现；控制系统的实验分析方法以及仿真实验的分类与性能比较等；控制系统计算机辅助分析和设计；仿真技术的综合应用。总学时32，其中实验学时8。

2.2.1教材的选用

选用的教材为《计算机仿真技术与CAD—基于MATLAB型的控制系统》，该教材强调教学实践的重要性，有利于学生自主学习和动手实践能力的培养。由于该课程实践性较强，因此尽量在有限的课时内，引导学生很好的进入该课程的学习，并培养实验动手能力，本人对教学内容及教学方式进行了一定的探索和實践。

2.2.2教学内容学时安排

理论知识部分主要讲该课程的背景、应用及其发展趋势，控制系统建模的基本方法，数学模型之间相互转换及其实例，常微分方程和差分方程基本的数值积分求解方法，面向系统传递函数的仿真，面向系统结构图的仿真，仿真工具Matlab与Simulink基础及其在控制系统仿真过程中的应用和控制系统仿真的具体实现。

该部分知识主要使学生对控制系统仿真这门课程有一个基本的认识和了解，结合实践课程能够对控制系统进行分析，建模，设计，仿真。该部分知识的重点在于仿真概念，仿真方法以及如何使用仿真工具进行仿真。

其中重中之重是仿真工具的介绍，此部分课程安排学时为8，为上机实践做好重要准备，主要讲解MATLAB的操作与使用，MATLAB的矩阵运算、图形的绘图、数据处理、流程控制、控制工具箱，MATLAB编译器，SIMULINK基础。这一部分内容是学生能够运用仿真工具，授课时，理论联系实际，列举实际案例帮助学生更好地理解理论知识和掌握仿真工具的使用。

实践课时安排：Matlab的基本操作，数值运算，符号运算安排为2个，Simulink工具箱的使用及操作、PID工具箱的应用为2个；验证及工程仿真类的实践课时为4个。如：液位控制或其它控制系统的仿真，直流电机双闭环调速系统的参数仿真优化等等。

3.教学方式的改革

该课程内容涉及内容很广，前续课程有自动控制原理，计算机控制系统等，同时，又为课程设计，毕业设计打下基础。既涉及仿真算法，数值积分方法，又涉及到MATLAB仿真工具的使用，程序的编制。因此在课堂知识的讲解中采用多媒体和板书相结合的方式，同时利用仿真工具进行演示，将理论和实际进行结合，使学生对仿真有一个初步的认识。

实践课程的安排，每次上机实验之前提前一天布置题目，要求上机之前先交实验报告，上机实验时，布置的题目有难有易，针对学生掌握知识的不同程度，要求每个人下课之前必须以电子作业形式交上课堂作业，较难的题目可以留给程度较好的同学练习，有老师进行指导。这样使每个学生都能力通过实践上机巩固自己所学的知识，验证自己的程序。

4.考核方式的改革

该课程采用开卷考试的方式，卷面成绩占总评成绩的70%，结合平时实验上机作业及出勤率给出平时成绩，占总评成绩的30%。这种考核方式在每个环节对学生进行督促，注重理论知识和实际编程能力的考核。

5.结束语

通过对教学内容及教学方式进行改进，利用案例演示激发学生的兴趣，加深了学生对授课内容的理解。通过课堂讲授与实验上机相结合，培养了学生分析与解决工程实际问题的能力。通过学生的反馈，进过该课程的学习，提高了计算机的编程能力，加深了对许多知识的感性认识，提高了实践动手的能力。

参考文献

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