(完整word版)《计算机仿真技术》教学大纲

《计算机仿真技术（双语）》教学大纲

课程编号：0502016 课程性质：选修

英文名称：Computer Simulation Technology

适用专业：测控技术与仪器

开课部门：学院开课学期：第 6 学期

总学时：32学时总学分：2学分

理论学时：24学时实验学时：8学时课外学时：0学时

先修课程：高等数学、自动控制原理、C语言、电路原理、数字电子技术、模拟电子技术、大学物理、大学英语等

后续课程现代控制理论、最优控制与智能控制基础

参考教材：《Simulation with MATLAB and SIMULINK》，自编英文教材

参考书目：薛定宇：《基于MATLAB/SIMULINK的系统仿真技术与应用》清华大学出版社，2002 胡良剑：《MATLAB数学实验》，高等教育出版社，2006

薛定宇：《控制系统计算机辅助设计》，清华大学出版社，2006

一、课程在培养方案中的地位、目的和任务

本课程为测控技术与仪器专业的专业课，属于检测与控制模块的专题选修课。

教学目的和任务：掌握计算机仿真技术的数学建模、模型的计算求解等基础理论与基本原理；以MATLAB 语言为背景，掌握MATLAB 语言的基本应用，包括运算、数据结构、函数编写、图形绘制等；熟练掌握SIMULINK下数学模型的建立与仿真方法及常用模块的应用技巧；初步了解SIMULINK仿真的高级技术。启发学生今后学习和工作中，利用计算机仿真技术来解决实际问题，具有对实际控制系统进行设计、分析的能力。随着科技的发展，计算机仿真语言的种类也很多，在短时间要掌握几门的仿真语言或者是一门语言的所有内容几乎是不可能的。因此，本课程目的是抛砖引玉，开拓思路。

二、课程的教学内容、重点难点及教学要求

第一章Computer Simulation

（1）教学内容：计算机仿真的基本定义，计算机仿真的历史及现状，计算机仿真的发展与展望，系统数学模型建立的基本方法，数值求解的基本概念，Euler方法、Runge-Kutta等数值求解方法。（2）重点：控制系统数学模型的建立。

（3）难点：数值求解的方法。

（4）教学要求：掌握系统建模的基本方法，理解数值求解中的一些问题。

第二章Introduction to MATLAB

（1）教学内容：MATLAB入门，包括软件系统的安装、启动、退出，MA TLAB软件的操作界面窗口以及一些工具栏和菜单栏的作用，以及MATLAB的帮助功能。

（2）重点：MA TLAB软件的操作界面。

（3）难点：MA TLAB帮助功能的使用。

（4）教学要求：熟练掌握MATLAB的特点和主要功能，熟悉启动和退出MATLAB的方法，熟悉MATLAB的操作环境。

第三章Simple Calculation and Graphs

（1）教学内容：常见的主要命令，数、向量、矩阵的输入输出，特殊矩阵的生成，数组与矩阵的运算，多项式运算，二维图形的绘制与图象处理方法，特殊二维图形的绘制，三维图形的绘制。（2）重点：数组与矩阵的运算，二维图形的绘制与图象处理方法。

（3）难点：特殊矩阵的生成，三维图形的绘制。

（4）教学要求：掌握建立矩阵的方法以及MATLAB数据对象的特点和基本的运算法则，掌握绘制二维和三维图形的高层绘图函数，了解图象处理的基本方法。

第4章Programming in MATLAB

（1）教学内容：M文件的建立与打开，M文件的分类，程序控制结构：包括顺序结构、选择结构、循环结构，函数文件的基本结构和函数的调用，程序调试。

（2）重点：程序的编写和调用。

（3）难点：程序的编写。

（4）教学要求：掌握建立和执行M文件的方法，掌握利用If语句、Switch语句实现选择结构的方法，利用for 语句、While语句实现循环结构的方法，掌握编写和调用MATLAB函数的方法。

第5章Creating a Model

（1）教学内容：Simulink概述，Simulink操作环境，仿真模型的建立，子系统模块的建立和封装技术，仿真方法与参数选择，仿真举例。

（2）重点：模块的操作，模块的参数和属性设置，仿真模型的建立。

（3）难点：仿真模型的建立。

（4）教学要求：熟悉Simulink的操作环境，掌握绘制系统模型的方法和仿真参数的选择方法，掌握子系统模块的建立和封装。

第6章Simulation and Analysis

（1）教学内容：典型的工具箱，实际学科领域的应用实例，系统的仿真与分析。

（2）重点：系统的仿真与分析。

（3）难点：系统的仿真与分析。

（4）教学要求：综合利用所学的MATLAB程序设计知识，针对具体问题，选择合适的解决方案，灵活掌握利用MATLAB解决实际问题的方法，熟悉MATLAB在相关学科领域的应用实例。

三、实验教学内容（若有课程内实验的填写此项，无课内实验的不填此项内容）

实验(一)（2学时）：

1、实验类别：必做

2、实验性质：验证性

3、实验教学内容：MATLAB下矩阵的运算和函数的编制。

(1) 熟悉MATLAB工作环境、基本功能的设置以及基本指令的使用

(2) 掌握MATLAB矩阵的运算方法，并进行实际操作；

（3）掌握MATLAB中函数的编制方法，并进行实际操作。

4、实验教学目的：通过实验，让学生全面掌握MA TLAB软件中高级语言程序的设计思想和方法，掌握MA TLAB语言的特点，MATLAB语言的语法规则，MA TLAB语言的表达式及控制流程；使学生达到能够熟练使用MATLAB语言解决常见实际问题的能力。

5、实验教学要求：

(1) 复习和掌握与本实验有关的教学内容，明确实验目的和任务。

(2) 上机进行程序编写。

(3) 对运行中可能出现的问题应事先做出估计，对程序中自己有疑问的地方做出标记。

6、主要仪器设备：微型计算机，MA TLAB软件

实验(二)（2学时）：

1、实验类别：必做

2、实验性质：验证性

3、实验教学内容：MATLAB下二维和三维图形的绘制。

(1) 利用MATLAB语言进行二维和三维图形的绘制

(2) 绘制三角函数、立体曲面图形、复杂数学函数曲线，并且对图像文件进行处理，对图片需要标注的地方加以说明。

4、实验教学目的：通过实验，让学生熟练掌握利用MATLAB语言进行二维和三维图形的绘制，并对所得到的仿真图形进行处理。

5、实验教学要求：

(1) 复习和掌握与本实验有关的教学内容，明确实验目的和任务。

(2) 上机进行程序编写。

(3) 对运行中可能出现的问题应事先做出估计，对程序中自己有疑问的地方做出标记。

6、主要仪器设备：微型计算机，MA TLAB软件

实验(三)（2学时）：

1、实验类别：必做

2、实验性质：设计性

3、实验教学内容：SIMULINK下数学模型的建立与仿真。

(1) 熟悉MATLAB工作环境下的SIMULINK模块的使用方法。

(2) 掌握SIMULINK模块的使用技术，包括模块参数的设置以及建立子系统的方法，建立仿真模型。

4、实验教学目的：通过实验，让学生全面掌握常用的SIMULINK模块的功能和使用方法，掌握利用SIMULINK在用户窗口下建立系统仿真模型的方法。