控制系统数字仿真-上海交通大学

上海市高等教育自学考试

工业自动化专业（独立本科段）（B080603）控制系统数字仿真 (02296)

自学考试大纲

上海交通大学自学考试办公室编上海市高等教育自学考试委员会组编

2013年

I、课程的性质及其设置的目的和要求

（一）本课程的性质与设置的目的

“控制系统数字仿真”是利用数字计算进行各种控制系统分析、设计、研究的有力工具，是控制系统工程技术人员必须掌握的一门技术。

本课程是工业自动化专业的专业课程，也是一门理论和实际紧密结合的课程。

通过本课程的学习，学生能掌握系统仿真的基本概念、基本原理及方法；掌握基本的仿真算法及能用高级编程语言在微机上编程实现，学会使用常用的仿真软件。为学习后继课程、从事工程技术工作、科学研究以及开拓性技术工作打下坚实的基础。

（二）本课程的基本要求

1．要求掌握系统、模型、仿真的基本概念，这是学好仿真这门课程的概念基础。

2．掌握常用的连续系统数学仿真算法及能用某种高级编程语言上机实现。

3．初步掌握利用微机来分析、设计、研究控制系统的方法与仿真技术。

（三）本课程与相关课程的联系

先修课程：自动控制原理、现代控制理论基础、高级编程语言。

II、课程内容与考核目标

第1章概论

（一）学习目的和要求

通过本章学习，了解系统的概念，系统的分类方法及特点，仿真的应用目的。了解模型的基本概念，熟悉模型的分类方法及特点。掌握仿真的基本概念，仿真的分类方法及特点。熟悉仿真的一般步骤，仿真技术的应用，熟悉计算机仿真的三要素及基本活动。

（二）课程内容

第一节系统、模型与仿真

1.系统

2.模型

3.仿真

4.仿真科学与技术的发展沿革

第二节系统仿真的一般知识

1.相似理论

2.基于相似理论的系统仿真

3.系统仿真的类型

4.系统仿真的一般步骤

第三节仿真科学与技术的应用

1.仿真在系统设计中的应用

2.仿真在系统分析中的应用

3.仿真在教育与训练中的应用

4.仿真在产品开发及制造过程中的应用

第四节当前仿真科学与技术研究的热点

1.网络化仿真技术

2.复杂系统/开放复杂巨系统的建模与仿真

3.综合自然环境的建模与仿真

4.基于普适计算技术的普适仿真技术

5.基于高性能计算机的仿真

（三）考核知识点

1.系统的基本概念，系统的分类，系统的三大要素，

系统的边界。

2.模型的基本概念，模型的分类方法及特点。

3.仿真的基本概念，仿真的应用目的，仿真的分类

方法及特点。

4.仿真的一般步骤，仿真技术的应用。

（四）考核要求

1.系统、模型与仿真

(1)领会

系统、模型、仿真的基本概念。

系统、模型、仿真的分类方法及特点。

系统的三要素。

计算机仿真的三要素及基本活动。

2.系统仿真的一般知识

(1)领会

仿真的应用目的。

仿真的一般步骤。

第2章连续系统模型

（一）学习目的和要求

通过本章学习，了解连续系统的数学模型分类方法、模型类型和表述形式。掌握连续系统的各种数学模型描述及含义。掌握连续系统数学模型的相互变换关系。

（二）课程内容

第一节连续系统模型描述

1.连续时间模型

2.离散时间模型

3.连续、离散混合模型

第二节连续系统模型设计

1.外部模型到内部模型的变换

2.系统状态初始值变换

3.面向结构图的模型变换

（三）考核知识点

1.连续系统的数学模型分类。

2.连续系统的模型描述。

3.连续系统的模型变换。

（四）考核要求

1.连续系统模型描述

(1)领会

连续系统的数学模型分类方法

模型类型和表述形式

2.连续系统模型设计

(1)简单应用

连续系统的各种数学模型描述及含义连续系统各种数学模型的相互变换

第3章经典的连续系统仿真建模方法学

（一）学习目的和要求

通过本章学习，掌握连续系统数字仿真的基本概念、基本方法及特点。掌握数值积分方法的特点和意义，掌握线性多步法的基本原理。掌握用数值积分方法求解微分方程的数值方法。掌握数值积分方法的稳定性分析。掌握积分步长的选择原则和方法。掌握常用的实时仿真算法。掌握常用的数值积分方法：欧拉法、梯形法、龙格-库塔法、阿达姆氏方法。掌握数值积分方法中的一些基本概念：单步法、多步法、自启动算式、预报-校正法、显式公式、隐式公式、截断误差、舍入误差、累计误差、数值积分公式的精度、计算的稳定性。掌握面向微分方程的数字仿真程序的主程序和主要子程序的编程框图，用某种高级编程语言编程实现，利用面向微分方程的数字仿真程序对一些实际系统（例卫星轨道系统）进行仿真实验。

（二）课程内容

第一节连续系统离散化原理

第二节龙格-库塔法

1.龙格-库塔法基本原理

2.龙格-库塔法的误差估计及步长控制

3.实时龙格-库塔法

第三节线性多步法

1.线性多步法基本原理

2.线性多步法误差分析

3.关于变步长的讨论

第四节稳定性分析

（三）考核知识点

1.连续系统数学仿真的基本概念。

2.对仿真建模方法的基本要求。