快速控制原型与硬件在环仿真技术实践课程教学大纲
一、课程基本信息
课程编号：AS33123
课程名称：快速控制原型与硬件在环仿真技术
英文名称：Rapid control prototyping and Hardware in the loop simulation technology
课程学时：32 讲课学时：20 实验学时：12 上机学时： 0 习题学时：0
课程学分：2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、检测制动与控制专业高年级本科学生
开课学期：4秋
先修课程：电子技术、计算机原理、自动控制原理、控制系统仿真
课程目标
快速控制原型（Rapid Controller Prototyping，RCP）和硬件在回路实时仿真(Hardware-in-Loop，HIL)是目前国际上控制系统设计的常用方法，它把计算机仿真（纯软件）和实时控制（硬件在回路）有机结合起来，用户可把仿真结果直接用于实时控制，极大提高控制系统的设计效率。本课程主要实例和实验的讲解，使学生们掌握基于dSPACE和LabVIEW RT快速控制原型与硬件在环仿真技术的建立方法以及在控制系统设计中的应用。
课程目标对学生的能力要求如下：
课程目标1.掌握dSPACE和LabVIEW RT工具的特点及使用；
课程目标2.通过课程讲解和实验训练，培养和锻炼学生应用快速控制原型与硬件在环仿真技术解决控制系统中的实际问题能力，为后续的研究工作奠定基础；
课程目标 3. 在实验过程中锻炼学生的表达能力和团队合作精神及在团队中发挥作用的能力。
三、课程目标与毕业要求指标点对应关系（毕业要求指标点按照指标点分解列写，见附件）
毕业要求 | 毕业要求指标点 | 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2 |
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 |
5.使用现代工具 | 能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。 | 课程目标1 |
9.个人和团队 | 能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。 | 课程目标3 |
10. 沟通 | 能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。 | 课程目标2 |
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 | 一、概述 1、快速控制原型与硬件在环仿真技术的发展、特点及应用领域； 2、主要的快速控制原型与硬件在环仿真系统及其应用介绍 | 1、了解快速控制原型与硬件在环仿真技术的特点及在控制领域应用 2、了解dSPACE、LabVIEW RT的特点及在汽车开发中的应用 | 2 | 授课 | 课程目标1 |
2 | 二、Matlab/Simulink建模 1、Simulink控制算法模型建模规范 2、StateFlow控制算法模型建模规范 3、RTW与代码生成技术 | 通过实例讲解Simulink/StateFlow建模方法和规范 | 4 | 授课 | 课程目标1 课程目标2 |
3 | 三、dSPACE实时仿真技术 1、dSPACE系统介绍 2、dSPACE接口模块与RTLib库的使用 3、ControlDesk软件 4、dSPACE快速控制原型应用实例讲解 5、dSPACE硬件在回路仿真应用实例讲解 | 1、通过实例讲解dSPACE实时仿真技术 2、掌握dSPACE的主要功能及使用 | 6 | 授课 | 课程目标1 课程目标2 |
4 | 实验一：转向控制器快速控制原型实现
3、基于转向系统试验台架进行控制系统测试，记录并分析试验结果。 | 掌握基于dSPACE实时仿真系统的快速控制原型实现方法 | 4 | 实验 | 课程目标2 课程目标3 |
5 | 实验二：ABS控制器开发测试半实物实时仿真平台建立
2、根据半实物实时仿真平台的要求，根据dSPACE提供的接口模块，完成汽车动力学模型和实际液压单元及ABS控制单元的连接 3、通过实时仿真平台的运行，对ABS控制器进行测试，记录并分析数据 | 掌握基于dSPACE实时仿真系统的硬件在回路仿真测试系统实现方法 | 4 | 实验 | 课程目标2 课程目标3 |
6 | 四、LabVIEW实时仿真技术
|
| 8 | 授课 | 课程目标1 课程目标2 |
7 | 实验三：电动车VCU开发测试实时仿真平台
| 掌握基于LabVIEW实时仿真系统的硬件在回路仿真测试系统实现方法 | 4 | 实验 | 课程目标2 课程目标3 |
五、课程教学方法
采用实物、ppt课件、视频等多种辅助方式增强教学的直观性，提高课堂教学信息量，同时采用实例学讲解方式，加深同学们的理解。实验阶段，将学生按照3~5人一组进行分组，培养学生的沟通和团队协作能力，让学生亲身体验完成一个系统应该注意的事项，学会分析问题、解决问题的方法，锻炼解决实际问题的能力，并提交实验报告。
六、课程考核方法（考核和目标最好单一对应，这样容易评价）
考核环节 | 所占分值 | 考核与评价细则 | 对应课程目标 |
平时 | 10 |
| 课程目标1 课程目标2 |
实验一 | 30 |
| 课程目标1 课程目标2 课程目标3 |
实验二 | 30 |
| 课程目标1 课程目标2 课程目标3 |
实验三 | 30 |
| 课程目标1 课程目标2 课程目标3 |
主要教材与参考书
杨涤.系统实时仿真开发环境与应用.清华大学出版社. 2002
陈树学,刘萱. LabVIEW宝典.电子工业出版社. 2011
大纲撰写人： 井后华 刘海峰 大纲审核人：
（摘自工程教育认证通用标准）
专业必须有明确、公开的毕业要求，毕业要求应能支撑培养目标的达成。专业应通过评价证明毕业要求的达成。专业制定的毕业要求应完全覆盖以下内容：
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。
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。
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，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。
4.研究：能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。
5.使用现代工具：能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。
6.工程与社会：能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。
7.环境和可持续发展：能够理解和评价针对复杂工程问题的专业工程实践对环境、社会可持续发展的影响。
8.职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。
9.个人和团队：能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。
10.沟通：能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。
11.项目管理：理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。
12.终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力
