系统建模与仿真基础课程教学大纲
一、课程基本信息
课程编号： AS32103
课程名称： 系统建模与仿真基础
英文名称：Introduction to System Modeling and Simulation
课程学时： 32 讲课学时：24 实验学时：0 上机学时： 8 习题学时：0
课程学分：2.0学分
开课单位：航天学院控制与仿真中心
授课对象：自动化类、、探测制导与控制技术专业
开课学期：2春
先修课程：微积分、代数与几何、概论论与数理统计、复变函数与积分变换、大学物理、电路、自动化专业导论、C语言程序设计
二、课程目标
系统建模与仿真基础是自动化类专业的一门核心先修课，不仅是学习后续自动控制理论、自动控制实践等课程的基础，而且可为学生提供研究系统问题的强有力的工具，在培养学生系统性思维和建模仿真分析能力等方面具有重要作用。
本课程主要讲授系统建模与仿真的概念、方法及工具，使学生了解和掌握系统建模方法与仿真方法，能够通过基于机理的建模、基于实验数据的建模、基于机理与实验数据相结合的建模等方法建立典型系统的模型，进一步了解并能运用系统建模与仿真的常用工具，进行系统仿真实验；通过课堂教学和上机实验等环节，培养学生的创新意识、分析问题的能力以及建模仿真知识的应用能力，支撑专业学习成果中相应指标点的达成。
课程目标要求如下：
（1）掌握系统、模型、仿真的基本概念，了解建模与仿真的研究热点、发展趋势和前沿应用，掌握系统建模方法，能够通过基于机理的建模、基于实验数据的建模、基于机理与实验数据相结合的建模等方法建立典型系统的模型；
（2）掌握基本的系统仿真方法，能够进行仿真实验，对系统进行分析；
（3）了解和运用matlab进行系统仿真实验，逐步具有应用先进仿真工具解决工程实际问题的能力。
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 | 1-1能运用数学和自然科学对自动化领域相关系统进行基于机理的建模或基于实验数据的建模。 | 课程目标1 |
2.问题分析 | 2-1能应用数学和自然科学基本原理，对自动化领域相关系统问题进行建模，并能检验模型的合理性 | 课程目标2 |
5 使用现代工具 | 5-3能够利用信息技术工具获取文献、公开的代码或数据库等资源，用以解决自动化领域的系统建模与分析问题 5-4能够利用仿真工具对自动化领域相关系统设计方案进行评价，或对系统运行结果进行预测 | 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 | 1 绪论 （1）课程目的及主要内容 （2）系统、模型、仿真的定义、分类及实例 | 1.了解本课程研究的对象、内容； 2.掌握系统建模与仿真的基本概念。 | 2 | 讲授 | 课程目标1 |
2 | 1 绪论 （1）相似原理，系统建模仿真的基本步骤 （2）系统仿真发展历程及现状 | 1.掌握相似原理，系统建模仿真的基本步骤； 2.了解系统仿真的发展历程及现状； 3. 系统建模仿真趋势与应用。 | 2 | 讲授 | 课程目标1 |
3 | 2系统建模方法 （1）系统模型的描述 （2）系统建模过程 | 1.掌握系统模型的描述方法 2.掌握系统建模基本过程 | 2 | 讲授 | 课程目标1 |
4 | 2系统建模方法 （1）基于机理的建模方法 （2）电气、机械、机电等系统建模实例 | 1.掌握典型系统建模方法及模型 | 2 | 讲授 | 课程目标1 |
5 | 2系统建模方法 （1）基于实验数据的建模方法 （2）插值法建模实例 （3）回归法建模实例 | 1.掌握典型系统建模方法及模型 | 2 | 讲授 | 课程目标1 |
6 | 2系统建模方法 （1）基于机理与实验数据相结合的建模方法 （2）水轮发电机系统建模实例 | 1.掌握典型系统建模方法及模型 | 2 | 讲授 | 课程目标1 |
7 | 3连续系统仿真方法 （1）连续系统离散化方法 （2）欧拉法、梯形法 | 1.掌握连续系统的基本仿真方法 | 2 | 讲授 | 课程目标2 |
8 | 3连续系统仿真方法 （1）龙格库塔法 （2）线性多步法 （3）仿真算法选择及步长确定 | 1.掌握连续系统的基本仿真方法 | 2 | 讲授 | 课程目标2 |
9 | 4 matlab仿真语言 （1）matlab介绍 （2）matlab程序设计基础 （3）常用的matlab函数 | 1.掌握matlab编程方法 | 2 | 讲授 | 课程目标3 |
10 | 上机实验1 matlab使用 | 1.掌握matlab编程方法及使用过程 2.培养实践动手能力 | 2 | 上机实验 | 课程目标3 |
11 | 4 matlab仿真语言 （1）基于m文件程序设计 （2）matlab绘图方法 | 1.掌握matlab M文件编程及绘图方法 | 2 | 讲授 | 课程目标3 |
12 | 4 matlab仿真语言 （1）matlab仿真方法 | 1.掌握运用matlab进行仿真方法 | 2 | 讲授 | 课程目标3 |
13 | 上机实验2 基于m文件的仿真 | 1.掌握基于matlab的建模及仿真应用过程 2.培养运用所学知识解决实际问题的能力 | 3 | 上机实验 | 课程目标3 |
14 | 4 matlab仿真语言 （1）基于simulink的仿真 | 1.掌握运用simulink进行仿真的方法 | 2 | 讲授 | 课程目标3 |
15 | 上机实验3 基于simulink的仿真 | 1.掌握基于simulink的仿真应用过程 2.培养运用所学知识解决实际问题的能力 | 3 | 上机实验 | 课程目标3 |
五、课程教学方法
1. 课堂讲授
1.1 采用启发式教学，通过提问和互动激发学生主动学习的兴趣，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力，典型的比如系统建模方法等。
1.2 采用电子教案、课件，多媒体教学与传统板书教学相结合，视频等辅助方式增强教学的直观性，提高课堂教学信息量，同时加深同学们的理解。
1.3 采用案例教学：引导学生应用数学和自然科学基本原理，对自动化领域相关系统问题进行建模与仿真。
2. 上机实验
上机实验教学是本课程的重要组成部分之一，目的是通过实践环节培养学生们动手能力和应用所学知识解决实际问题的能力。课程设置了上机实验3个，分别是matlab的使用、基于m文件的仿真、基于simulink的仿真，要求学生按照实验指导书独立完成。
最后，按照实验指导书要求完成各实验报告并提交。
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 |
作业 | 15 | （1）主要考核学生对主要知识点的复习、理解和掌握程度； （2）每次作业按5分制单独评分，取三次作业成绩的总分作为此环节的最终成绩。 | 课程目标1 |
上机实验 | 25 | （1）根据每个实验的实验情况和实验报告质量单独评分； （2）此环节包括三个实验，满分分别为5，10，10分，共计25分。 | 课程目标2 课程目标3 |
期末考试 | 60 | （1）卷面成绩60分，以卷面成绩直接计入课程总评成绩； （2）主要考核系统建模仿真概念、系统建模方法、连续系统仿真方法及仿真实现等内容，考试题型为简答题、计算题、分析题、编程题等。对应课程目标1的试题占60%左右，对应课程目标2的试题占40%左右。 | 课程目标1 课程目标2 |
七、主要教材与参考书
1.张晓华. 系统建模与仿真.清华大学出版社. 2015年.
2.肖田元.连续系统建模与仿真.电子工业出版社. 2010年.
3.薛定宇.基于MATLAB\Simulink的系统仿真技术与应用. 清华大学出版社. 2011年.
大纲撰写人： 马萍 大纲审核人：杨明
