課程(名稱.編號)簡索

領導藝術.綜合管理        人力資源.企業培訓        職務能力培訓系統班        銷售實戰.市場行銷        職場技能.個人成長        Office白領辦公達人        財經金融.投資理財        語言學習.出國留學        中國大陸證照培訓        資格考試.考証培訓        文化.生活.興趣.保健        生產管理.採購物流        移動開發        前端開發        後端開發        數據庫.服務器        網頁平面設計        雲計算.大數據        網絡營銷推廣        自然學科        工程技術學科

經濟管理學科

醫.藥.農.林學科

法律 學科

計算機工程學科

哲學.歷史學科

文學.藝術學科

教育社會學科

外語 學科

醫藥農林        哲學歷史        文學藝術        工程技術        基礎科學        經管法學

  《控制系統仿真與CAD》是由東北大學信息科學與工程學院承擔，面向自動化本科專業開設的一門專業課。2007年被批准為遼寧省精品課，2008年被評為國家級精品課，2008年課程所用教材被評為國家級精品教材，2010年課程團隊被評為遼寧省教學團隊，課程建設成果分別獲得了遼寧省教學成果二等獎、遼寧省教學軟件大賽二等獎、東北大學教學成果一等獎等多項教學成果獎。
本課程是使學生掌握MATLAB語言程序設計的基本思想、方法和概念，並且能夠熟練運用MATLAB語言解決控制系統設計中各種難題，掌握MATLAB語言在反饋控制器、多變量系統頻域設計、PID控制器設計、最優控制器設計、、分數階控制、半實物仿真與實時控制等方面的應用。通過各種仿真實驗使同學在具備自動化控制的基本理論、基本知識、基本技能的同時，也瞭解了控制領域最先進、最前沿的內容與方法。
　

課程定位和目標：

本課程定位為自動化專業的必修課，是以「自動控制原理」、「現代控制理論」和其它一些數學基礎課程為依托。它以MATLAB仿真環境為平台，將控制系統理論的學習與實際應用有機地結合在一起，以控制系統設計和實驗結果為依據，進一步解釋了控制原理，加深了學生對理論知識的形象理解，啟發了同學們的創造性思維，為大四學生的本科畢業設計提供了一種不可缺少的輔助工具。
本課程組根據高素質人才培養需要及課程特點將該課程的總目標設定為培養具備自動化控制的基本理論、基本知識、基本技能，掌握控制系統分析與設計方法的知識與能力，瞭解控制領域最先進、最前沿的內容與方法，能在科研機構或企業等部門從事科學研究或系統分析、設計、實施等方面工作的高級應用型人才。

第一章 控制系統計算機輔助設計概述
自動化科學作為一門學科起源於20 世紀初，自動化科學與技術的基礎理論來自於物理學等自然科學和數學、系統科學、社會科學等基礎科學，在現代科學技術的發展中有著重要的地位，起著重要的作用。在第40 屆IEEE 決策與控制年會（CDC）全會開篇報告中美國學者John Doyle 教授引用國際著名學者、哈佛大學的何毓琦（LarryYu-Chi Ho）教授的一個振奮人心的新觀點：「控制將是21 世紀的物理學（Control will be the physics of the 21st century）」。 自動化科學的進展是與控制理論的發展和完善分不開的。控制理論發展初期，為控制系統設計控制器一般採用簡單的試湊方法，隨著控制理論的發展和計算機技術的進步，控制系統的計算機輔助設計技術作為一門學科也發展起來了。本部分首先介紹控制系統計算機輔助設計領域的形成與發展情況，然後介紹與之密切相關的計算機軟件和語言，特別是MATLAB 語言的發展概況，還將對本課程的基本框架做一個簡要的概述，以便讀者更好地學習課程的內容。


第二章 MATLAB語言程序設計基礎
MATLAB 語言是當前國際上自動控制領域的首選計算機語言，也是很多理工科專業最適合的計算機數學語言。本課程以MATLAB 語言為主要計算機語言，系統、全面地介紹其在控制系統建模、分析與計算機輔助設計中的應用。掌握該語言不但有助於更深入理解和掌握控制理論中的概念與算法，提高分析與設計控制系統的能力，而且還可以充分利用該語言，在其他專業課程的學習中得到積極的幫助。 本部分中將介紹MATLAB 語言編程的基礎內容，包括數據結構、基本語句結構、矩陣的基本數學運算、基本編程結構和圖形的基本繪製方法等。


第三章 科學運算問題的MATLAB求解
控制系統的研究涉及到各種各樣的數學問題求解，例如，系統的穩定性分析需要求取矩陣的特徵根，可控性與可觀測性的判定需要求出矩陣的秩，而狀態轉移矩陣的求解需要矩陣指數的求解，這需要線性代數問題的求解。控制系統的仿真需要微分方程的求解，最優控制器設計涉及到最優化問題的求解。如果能掌握利用MATLAB 求解數學問題的方法和技術無疑會提高控制系統分析與設計的能力。 本部分將介紹MATLAB 語言在現代科學運算領域中的應用。這裡所謂「運算」是指利用MATLAB 不但能進行數值計算，還可以進行解析運算，所以從涵蓋範圍上比一般數值「計算」更廣泛。


第四章 線性控制系統的數學模型
控制系統的數學模型在控制系統研究中是相當重要的，要對系統進行仿真處理，首先應該知道系統的數學模型，然後才可以對之進行分析；知道了系統的模型，才可以在此基礎上設計一個合適的控制器，使得原系統的響應達到預期的效果。所以說，控制系統的數學模型是系統分析和設計的基礎。 目前大部分控制系統分析與設計的算法都需要假設系統的模型已知，而獲得數學模型有兩種方法：其一是從已知的物理規律出發，用數學推導的方式建立起系統的數學模型，另外一種方法是由實驗數據擬合系統的數學模型，其中前一種方法稱為系統的物理建模方法，後一種方法稱為系統辨識。在實際應用中，二者各有其優勢和適用場合。有了系統的數學模型，為了有效地在MATLAB 下對其進行分析和設計，需要掌握用MATLAB 語言描述數學模型的方法。 本部分將側重於介紹線性系統數學模型的MATLAB 表示，介紹數學模型建立與辨識的方法。


第五章 線性控制系統的計算機輔助分析
如果建立起了系統的數學模型，就可以對系統的性質進行分析了。對線性系統來說，最重要的性質是其穩定性，在控制理論發展初期，相關的理論成果都是有關係統穩定性的，當時人們受傳統數學理論影響，認為高階系統對應的高階代數方程不能求出所有特徵根，故需要通過間接的方法判定系統的穩定性，於是出現了各種各樣的間接判定方法，如連續系統的Routh 表、Hurwitz 矩陣法，以及離散系統的Jury 判據等。其實有了MATLAB 這樣的計算機語言，求解系統特徵根是輕而易舉的。 本部分將介紹基於直接求解方法的控制系統穩定性判定方法和時域、頻域以及根軌跡的分析方法等。


第六章 非線性控制系統的仿真方法
在現實世界中，所有的系統都是非線性的，其中有的系統非線性不是很顯著，所以可以忽略其非線性特性，簡化成線性系統處理，這樣用線性系統的理論和分析方法就可以直接進行分析。然而有的系統非線性特性較嚴重，不能忽略其非線性環節，這樣線性系統理論就無能為力了，所以應該學習非線性系統的建模與分析方法。。Simulink 環境就是解決這樣問題的理想工具，它提供了各種各樣的模塊，允許用戶用框圖的形式搭建起任意複雜的系統，從而對之進行準確的仿真。 本部分將主要介紹Simulink 建模與仿真方法及其在控制系統中的應用。


第七章 控制系統的經典設計方法
前面有關課程的內容主要集中於解決控制系統分析與仿真的問題。 從本部分開始，將介紹控制系統的設計問題。事實上，控制系統的設計問題可以認為是系統分析的逆問題，因為在系統分析中，常假設系統的控制器是已知的。在控制系統設計問題中，將研究如何對給定受控對像模型找出控制器策略，而並不僅僅是假定控制器已知，再去分析系統性能的問題了。


第八章 PID控制器的參數整定
PID 控制器是最早發展起來的控制策略之一。因為PID 類控制器所涉及的設計算法和控制結構都是很簡單的，並且十分適用於工程應用背景；此外PID 控制方案並不要求精確的受控對象的數學模型，且採用PID 控制的控制效果一般是比較令人滿意的，所以工業界實際應用中PID 控制器是應用最廣泛的一種控制策略，且都是比較成功的。 本部分將介紹PID控制器參數整定方法和設計程序。


第九章 分數階系統的分析與設計
分數階系統理論是近十年來在國際控制界較為活躍的研究方向，尤其是近年來在分數階系統領域出現了很多新的成果，有較好的理論意義和應用前景。 所謂分數階系統就是指系統的階次不再是整數的系統，這和前面敘述的系統不一樣。分數階控制器具有很多整數階系統無法實現的優越性，所以研究分數階系統的建模、分析與設計也是很有實際意義的。