MATLAB语言及应用课程教学大纲

《MATLAB语言及应用》课程教学大纲

课程编号：21311105 总学时数：32 总学分数：2

课程性质：专业必修课

适用专业：电气工程及其自动化

一、课程的任务和基本要求：

控制算法是集中现代控制系统 CAD 技术的本质反映，对于控制算法系统深入地学习，在扩展计算机技术在控制理论中的应用和发展，同时培养学生运用计算机技术进行思维和开发的能力。控制系统理论、计算方法与计算机技术的结合是当代控制理论发展的标志，因此在以 MATLAB 为代表的软件平台上，对控制系统进行分析、设计与仿真将成为控制工程领域工程师必须熟练掌握的重要知识和技能。因此，深入透彻地分析和理解控制算法的思想和构造就必须系统学习典型控制系统应用软件的基本原理和控制算法，将成为本课程的目的和任务。

通过本课程的学习，要求学生掌握对于控制系统的分析和综合设计的方法和基本技巧，而控制算法在控制系统 CAD 技术中占有相当大的比重，本课程要求较熟练掌握控制算法的基本思想； MATLAB 是一种解释性编程语言，因此，要求熟练掌握 MATLAB 的基本编程手段和模块化编程方法，消化和理解控制语言描述的图形界面的设计过程。

二、基本内容和要求：

1.自动控制系统与仿真基础知识 （1） 自动控制系统基本概念 （2） 自动控制系统分类 （3） 控制系统仿真基本概念 （4） MATLAB与控制系统仿真

（5） MATLAB 7中控制相关的工具箱

要求：了解自动控制系统与仿真的基础知识，包括自动控制系统的基本概念、分类，以及控制系统仿真的基本概念和Matlab工具。 2.MATLAB计算及仿真基础 （1） MATLAB概述

（2） MATLAB桌面操作环境 （3） MATLAB数值计算 （4） 关系运算和逻辑运算 （5） 符号运算

（6） 复数和复变函数运算 （7） MATLAB常用绘图命令 （8） MATLAB程序设计

要求：了解MATLAB计算及仿真基础，包括MATLAB的安装、界面及其数值计算、函数运算、程序设计及其绘图命令。 3. Simulink仿真基础 （1） Simulink仿真概述

（2） Simulink的模块库简介 （3） Simulink功能模块的处理 （4） Simulink仿真设置 （5） Simulink仿真举例

（6） Simulink自定义功能模块 （7） S函数设计与应用

要求：了解Simulink仿真基础，包括常用模块库、仿真设置、自定义功能模块，并进行仿真举例。

4. 控制系统数学模型

（1） 动态过程微分方程描述 （2） 拉氏变换与控制系统模型 （3） 数学模型描述

（4） MATLAB/Simulink在模型中的应用 （5） 系统模型转换及连接 （6） 非线性数学模型的线性化

（7） 综合实例及MATLAB/Simulink应用

要求：熟悉控制系统的微分方程描述、拉氏变换与控制系统模型的关系以及MATLAB/Simulink在模型中的应用。 5. 时域分析法

（1） 时域响应分析

（2）MATLAB/Simulink在时域分析中的应用 （3）稳定性分析

（4） 综合实例及MATLAB/Simulink应用 要求：熟悉控制系统的时域响应分析法，熟悉MATLAB/Simulink在时域分析中的应用。 6. 根轨迹分析法 （1）根轨迹定义 （2） 根轨迹法基础 （3） 其他形式的根轨迹

（4） 用根轨迹法分析系统的暂态特性 （5） 综合实例及MATLAB/Simulink应用 要求：熟悉控制系统的根轨迹分析法，掌握MATLAB/Simulink在根轨迹分析中的应用。 7. 频域分析法

（1） 频率特性基本概念 （2） 频率特性的表示方法 （3） 系统开环频率特性作图 （4） 频率响应分析

（5） MATLAB在频率法中的应用 （6） 频率法的稳定性分析

要求：熟悉频率特性的基本知识，掌握MATLAB在频率法中的应用。 8. 控制系统校正与综合

（1） 控制系统校正与综合基础

（2） PID控制器设计及MATLAB/Simulink应用 （3） 控制系统校正的根轨迹法 （4） 控制系统校正的频率响应法

（5）综合实例及MATLAB/Simulink应用 要求：熟悉控制系统校正与综合的基本知识，掌握PID控制器设计及MATLAB/Simulink应用、控制系统校正的根轨迹法、控制系统校正的频率响应法。 9. 线性系统状态空间分析（在现代控制理论中采用） （1）线性系统状态空间基础

（2）线性系统的状态可控性与状态可观性 （3）线性系统稳定性分析

（4）综合实例及MATLAB/Simulink应用

要求：熟悉线性系统状态空间分析的基本知识，掌握MATLAB在线性系统状态空间分析中的应用。

10. 线性系统状态空间设计（在现代控制理论中采用） （1） 状态反馈与极点配置 （2）状态观测器

（3） 综合实例及MATLAB/Simulink应用

要求：熟悉线性系统状态空间设计的基本知识，掌握MATLAB在线性系统状态空间设计中的应用。 11. 非线性系统

（1） 非线性系统概述 （2） 相平面法 （3） 描述函数法

（4） MATLAB/Simulink在非线性系统分析中的应用 （5） 综合实例及MATLAB/Simulink应用

要求：熟悉非线性系统的基本知识，掌握MATLAB在非线性系统分析中的应用。 12. 离散控制系统

（1） 离散控制系统基本概念 （2） Z变换

（3） 离散控制系统数学模型 （4） 离散控制系统分析

要求：熟悉离散控制系统的基本知识，掌握MATLAB在离散控制系统中的应用。 13. 最优控制（在现代控制理论中采用）

要求：熟悉最优控制的基本知识，掌握MATLAB在最优控制中的应用。

三、实践环节和要求：

16学时上机。

要求：通过上机，掌握理论教学讲授的知识，并熟练掌握MATLAB软件的用法。

四、教学时数分配：

理论：16 实验：无 上机： 16 其它：无

教学内容 1 自动控制系统与仿真基础知识 2 MATLAB计算及仿真基础 学时分配 教学内容 学时分配 1 1 3 Simulink仿真基础 4 控制系统数学模型 5 时域分析法 6 根轨迹分析法 7 频域分析法 8 控制系统校正与综合 11 非线性系统 12 离散控制系统 合计

五、其它项目：无

2 2 2 2 2 2 1 1 上机 上机 上机 上机 上机 上机 上机 32 2 2 2 2 2 1 1 六、有关说明：

1、教学和考核方式：

本课程属考查课，考试方式为开卷。 由平时（70%）、考试（30%）两部分综合评定。

2、习题：

每章需要布置一定数量的小作业，主要编写小型仿真程序，让学生在课外完成，加深对该课程的理解与掌握。

3、能力培养要求：

通过学习系统仿真技术和MATLAB课程，要求掌握系统仿真的概念、基本原理和基本分析方法。为设计仿真系统打下坚实的基础。掌握MATLAB/SIMULINK的基本原理和设计应用过程。了解系统仿真的技术发展与趋势。

4、与其它课程和教学环节的联系：

先修课程和教学环节：普通物理、电路原、电子技术、电机及拖动基础、电力电子技术、复变函数等。

后续课程和教学环节：检测技术与控制仪表、现代控制理论。 平行开设课程和教学环节：自动控制原理。

5、教材和主要参考书目： （1）教材：王正林，王胜开，陈国顺，等. MATLAB\\Simulink与控制系统仿真(第2版). 北京：电子工业出版社，2008年。

（2）主要参考书目：

① 薛定宇，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，2006年；

② 薛定宇、陈阳泉，《基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用》，清华大学出版社，2002年；

③ 郑恩让、聂诗良,《控制系统仿真》，北京：北京大学出版社，2006年。