自动控制虚拟仪器创新实验课程教学大纲
一、课程基本信息
课程编号： AS42006
课程名称： 自动控制虚拟仪器创新实验
英文名称：Automatic control virtual instrument innovative experiment
课程学时： 24 讲课学时： 0 实验学时： 24 上机学时： 0 习题学时：0
课程学分：1学分
开课单位：航天学院控制科学与工程系
授课对象：自动化类、飞行器设计与工程、电子信息类等专业的大三年级
开课学期：3秋、3春、3夏
先修课程：高等数学、复变函数、线性代数、电路、模拟电子技术基础、数字电子技术基础
二、课程目标
自动控制虚拟仪器创新实验课的主要目标是充分利用虚拟仪器实验平台的软硬件优势和特点，开设自动控制类的实验项目，使得学生理解和掌握自动控制的基本原理、自动控制系统的分析与设计方法。课程目标对学生的能力要求如下：
课程目标1.使学生根据实际工程问题，建立系统和反馈的概念，形成闭环控制思想；
课程目标2.引导学生利用机理分析或实验测试方法，针对复杂工程系统或被控对象来建立数学模型；
课程目标 3.能运用本课程的所学知识对自然科学和工程实际中的一些典型自动控制系统进行性能分析和综合设计。
三、课程目标与毕业要求对应关系
毕业要求 | 毕业要求具体描述 | 课程目标 |
1.工程知识 | 能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。 | 课程目标1 |
2.问题分析 | 能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。 | 课程目标2 |
3.设计/开发解决方案 | 能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足需求的系统、或部件。 | 课程目标3 |
四、课程目标与课程内容对应关系
序号 | 教学内容 | 教学要求 | 学时 | 教学方式 | 对应课程 目标 |
1 | 虚拟仪器ELVIS实验平台的学习和使用 | 掌握虚拟仪器ELVIS实验平台的硬件组成、Labview等软件的功能及使用方法，进行简单的硬件连接和虚拟仪器功能测试实验 | 4 | 实验 | 课程目标1 |
2 | 基于ELVIS的单自由度垂直起落直升机实验 | 基于ELVIS实验平台和QNET 2.0 VTOL Board（垂直起落直升机板），进行直升机的动力学分析，数学模型建立，系统辨识，控制算法设计等实验 | 4 | 实验 | 课程目标2 课程目标3 |
3 | 基于ELVIS的直流电机控制实验 | 基于ELVIS平台和QNET 2.0 DC Motor Control Board（直流电机控制板），进行直流电机的模型建立、对比和修正，速度控制、负载分析等实验 | 4 | 实验 | 课程目标2 课程目标3 |
4 | 基于ELVIS的旋转倒立摆控制实验 | 基于ELVIS实验平台和QNET 2.0 Rotary Pendulum Board（旋转倒立摆板），进行倒立摆的状态空间建模，摩擦分析，控制算法设计等实验 | 4 | 实验 | 课程目标2 课程目标3 |
5 | 基于ELVIS的热力学系统控制实验 | 基于ELVIS实验平台和QNET 2.0 HVAC Board（热力学系统板），进行流体力学和热力学控制，室温控制系统设计等实验 | 4 | 实验 | 课程目标2 课程目标3 |
6 | 虚拟仪器myRIO实验平台的学习和使用 | 掌握虚拟仪器myRIO实验平台的使用方法，利用嵌入式开发套件和机电开发套件中的外围器件进行实验，掌握相关的硬件连接和Labview编程技术 | 4 | 实验 | 课程目标1 |
7 | 基于myRIO的旋转倒立摆控制实验 | 基于myRIO平台和QUBE旋转倒立摆，进行电机控制，倒立摆 PID 控制器设计，LQR 控制等较复杂控制方法的实验 | 4 | 实验 | 课程目标2 课程目标3 |
8 | 基于myRIO的两自由度直升机控制实验 | 基于myRIO平台和AERO两自由度直升机，进行单自由度姿态控制，2自由度直升机控制，半四旋翼控制等实验 | 4 | 实验 | 课程目标2 课程目标3 |
五、课程教学方法
自动控制虚拟仪器创新实验的课程教学主要以实践教学方式进行，课程设置8个实验项目，每个项目4学时，其中1和6为必选项目，2、3、4、5实验项目中四选三，7、8实验项目中二选一，总学时为24学时。学生需利用参考教材、实验指导书等课程资料，独立或分组进行实验操作，并提交实验报告，进而培养学生运用实验方法研究解决实际工程问题的能力。
六、课程考核方法
考核环节 | 所占分值 | 考核与评价细则 | 对应课程目标 |
课堂表现 | 50 | 按时参加实验课程，遵守课堂纪律，实验过程中，能按照实验指导书要求，独立或分组完成所有的实验操作，结果正确 | 课程目标1 课程目标2 |
实验报告 | 50 | 实验报告中需要对实验原理和数据进行完整详细的分析和总结，并且能够全面展示实验结果 | 课程目标1 课程目标3 |
两个考核环节总分为100分，学生得分大于等于60分，即为考核合格，可获得课程学分。
七、主要教材与参考书
[1] 胡寿松，自动控制原理（第五版），科学出版社，2007年
[2] 刘豹，唐万生，现代控制理论，机械工业出版社，2006年
[3] 杨智，袁媛，虚拟仪器教学实验简明教程，北京航空航天大学出版社，2008年
[4] 王冠华，吴永佩，ELVIS电路原型设计与测试，国防工业出版社，2013年
大纲撰写人签字（手写）： 大纲审核人签字（手写）：
