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课程编号：08265073
课程名称：MATLAB与机电系统仿真
英文名称：MATLAB and Mechatronic System Simulation
开课学期：7
学时/学分：32/2（其中实验6）
课程类型：专业课
开课专业：电气工程及其自动化、测控技术与仪器专业本科生
选用教材：孙亮主编.《MATLAB语言与控制系统仿真》，北京:工业大学出版社，2001年3月第1版；
主要参考书：
1、肖田元、张燕云、陈加栋.《系统仿真导论》,北京:清华大学出版社,2000年7月第1版。
2、薛定宇编著.《控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用》,北京:清华大学出版社，1996年第1版
3、薛定宇，陈阳泉著.《MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用》,北京:清华大学出版社1999年
4、黄文梅等编著.《系统仿真分析与设计--MATLAB语言工程应用》,北京:国防科技大学出版社，2001年12月第1版
执笔人：嵇艳鞠
一、课程性质、目的和任务
机电系统仿真是自动化领域中的一个重要分支，它借助于计算机，用系统的模型对真实系统或设计中的系统进行试验，以达到分析、研究与设计该系统的目的。
《Matlab与机电系统仿真》课程是电气工程及其自动化、测控技术与仪器专业本科生专业选修课。
通过本课程的学习，员工应掌握系统仿真的概念和类型、系统仿真的一般步骤及方法，全面掌握连续系统模型描述和模型的结构变换、数值积分方法，熟练掌握MATLAB编程语言以及SIMULINK工具，了解机电控制系统仿真的步骤，培养员工具有建立机电系统的数学模型、编写仿真程序，并对仿真结果进行分析的能力，培养员工的逻辑思维能力，解决实际问题的能力，运行所理论和方法为学习其他课程打下基础。
二、教学基本要求
1、 全面了解系统仿真的概念和类型，以及系统仿真的一般步骤和应用；
2、 掌握连续系统模型描述、模型结构变换；
3、 系统掌握数值积分方法中的二阶、四阶龙格-库塔法；
4、 熟练掌握MATLAB编程语言以及采用SIMULINK结构图进行数字仿真；
5、 了解机电控制系统仿真的步骤；
6、采用理论讲述与计算机仿真分析相结合的教学方法，使员工掌握计算机仿真的原理和方法，通过本门课程的学习后，采用MATLAB软件可以对实际机电系统进行数学建模及仿真分析，培养和提高员工分析问题和解决问题的能力，为日后从事工程技术工作、科学研究、开拓新技术领域打下坚实的基础。
三、教学内容及要求
绪论（2学时）
第一节系统仿真的基本概念
第二节系统仿真的发展及应用
第三节控制系统的仿真应用的展望
第一章 连续系统模型描述（2学时）
第一节连续系统模型描述
第二节模型结构变换
第三节面向结构图的模型变换及数字仿真
第二章连续系统仿真的数值积分法（6学时）
第一节离散化原理及要求
第二节数值积分法
第三节欧拉方法
第四节龙格-库塔方法
一、二阶龙格-库塔方法
二、四阶龙格-库塔方法
第三章连续系统的离散化模型仿真（6学时）
第一节替换法
第二节根匹配法（零极点匹配法）
第三节离散相似法
第四章常用仿真软件介绍MATLAB语言与SIMULINK仿真环境（6学时）
第一节MATLAB运行环境及编程语言
一、MATLAB程序设计基础
二、MATLAB在数值计算中的应用
三、数学模型的MATLAB实现
第二节控制系统仿真软件SIMULINK编程
一、软件概况
二、控制系统框图模型
三、建立控制系统的仿真结构框图
四、利用SIMULINK进行数字仿真
第三节利用SIMULINK使用的高级技术
一、SIMULINK模块的安排
二、构造SIMULINK型模块
三、模型线性化方法及SIMULINK实现
第四节SIMULINK仿真应用实例
第五章机电控制系统仿真（4学时）
第一节 直流电机转速控制仿真
第二节 电液伺服位置控制系统仿真
第三节 步进运动的同步电动机的电路仿真模型
第四节 同步电动机步进运动系统的仿真
四、实验（6学时）
1．实验目的与任务
1、以MATLAB仿真语言作为工具，建立系统仿真模型、各种模型之间的转换和系统的时域、频域仿真分析；
2、要求员工掌握系统仿真的基本原理，并了解仿真程序的结构及特点，使员工能够用MATLAB编写连续系统的普通仿真程序，能够较熟练使用MATLAB的SIMULINK对控制系统进行仿真。
2．实验教学基本要求
1、MATLAB熟悉使用及编程基础；
2、模型建立与转换、面向方程的数值积分方法；
3、采用SIMULINK进行电机控制系统进行仿真。
3．实验教材或指导书
自编
4．实验项目一览表
序号
| 实验项目
| 内容提要
| 实验
类型
| 学时
分配
| 主要仪器
设 备
| 实验
地点
| 备注
|
1
| MATLAB熟悉使用及编程基础
| MATLAB环境、矩阵运算、Matlab中表达式的组成、简单图形的绘制数值计算和数值分析。
| 验证性实验
| 2学时
| 计算机、
MATLAB软件
| 系统仿真实验室
| 必修
|
2
| 模型建立与转换、面向方程的数值积分方法
| MATLAB仿真语言建立系统仿真模型、各种模型之间的转换、数值积分。
| 设计性实验
| 2学时
| 计算机、
MATLAB软件
| 系统仿真实验室
| 必修
|
3
| 采用SIMULINK进行电机控制系统进行仿真
| 电机控制系统设计结构图编写、结果输出等。
| 综合性实验
| 2学时
| 计算机、
MATLAB软件
| 系统仿真实验室
| 必修
|
五、考核方式：考试（平时作业、实验、口试、报告）
