《机电系统仿真技术》课程教学大纲(本科).pdf

机电系统仿真技术

（SimulationofMechatronicsControlSystem）

课程代码：03410085

学分：2

学时：32（其中：课堂教学学时：32实验学时：0上机学时：0课程实践学时:0）

先修课程：电路原理、控制工程基础、电机与传动控制基础
适用专业：机械电子工程、机械制造及其自动化

教材：《MATLAB/Simulink机电系统建模与仿真》，宋志安等著，国防工业出版社，2015年9月第1

版

一、课程性质与课程目标

（一）课程性质
《机电系统仿真技术》是机械电子工程专业的一门专业选修课。其目的是使学生了解机电控制
系统仿真的方法，掌握MATLAB语言的应用和基本仿真技能，培养学生分析问题与解决问题的能力，
培养学生的综合应用能力，为学生毕业设计和毕业后从事专业工作打下坚实的基础。《机电系统仿真
技术》系统地讲授计算机仿真的基本原理、方法，讲授仿真软件的使用方法，主要包括MATLAB的
使用方法、编程语言、指令格式；掌握对控制系统进行数字仿真的基本方法；掌握控制系统数学模
型的不同表示形式，了解不同数学模型的不同特点以及相互转换的方法，能利用MATLAB函数进
行控制系统数学模型的转换；了解simulink的基本特点，能利用simulink进行简单的控制系统的动
态仿真；了解控制系统常见的结构形式及其拓扑描述、面向系统结构图的数字仿真方法。
该课程的教学实施以课堂教学为主、学生自学相结合的形式开展，要求学生利用课余时间上网
检索指定或自选内容的自学资料和参考文献，撰写文献学习综述、用PPT制作演示报告、项目设计
等，旨在帮助学生进一步熟悉和掌握基于MATLAB/simulink的机电系统建模与仿真的的主要技术手
段，并通过对专业外文参考文献的检索和学习，跟踪目前机电动态仿真技术发展的国际水平。并通
过布置一系列以工程应用为北京的课外习题，增强学生感性认识，加强对课堂内容理解，明确实际
应用价值，培养学生解决实际问题的能力。

（二）课程目标
1.能够分析机电一体化系统的基本组成，并能根据实际的测控目标构建相应的系统模型，能针
对机电系统仿真技术进行必要的文献检索和调研，了解本领域研究及应用现状，并掌握机电仿真技
术中的各个专业术语。

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2.掌握基于MATLAB软件的基础知识，能应用该软件针对机电系统进行有针对性的数值计算，
及实现计算结果的可视化，并熟悉simulink仿真环境，能熟练应用simulink测控系统模型的基本参
数，给出性能评估，给出合理的优化方案，为系统性能能的改良打好基础。
3.掌握基本机械系统、电路系统、机电一体化系统的物理建模与仿真方法，根据系统的性能要
求指标，运用仿真模拟的方法辅助设计或改进模型，寻找最优结构的构建及最优参数的配置，并将
此能力应用到实际系统的改进设计之中，部分取代工程项目中昂贵的真实物理系统试凑方法。
4.能针对具体问题开展机电一体化技术的建模、仿真相关的文献调研，完成相应的书面报告，
PPT制作和口头报告。

二、课程内容与教学要求

第一章绪论

（一）课程内容
（1）机电一体化系统的基本概念；
（2）开环控制系统与闭环控制系统的基本概念；
（3）机电一体化系统的分类、要求、关键技术及发展趋势；
（4）机电一体化系统仿真的基本知识。
（5）机电一体化系统的数学模型和物理模型。

（二）教学要求
了解机电一体化系统的基本概念，掌握系统数学模型的提炼和物理模型的构建方法。

第二章MATLAB基础知识

（一）课程内容
（1）MATLAB数值计算；
（2）MATLAB计算的可视化；
（3）simulink仿真环境的使用；

（二）教学要求
（1）了解MATLAB针对测控系统的基本计算及计算结果可视化的方法；
（2）熟悉simulink仿真环境的使用。

（三）重点与难点

重点是了解simulink常用模块的参数和属性配置，难点是复杂系统的仿真设置过程。

第三章MATLAB/simulink与数学建模

（一）课程内容
（1）机电一体化系统的微分方程的列写及其求解；

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（2）机电一体化系统的传递函数；
（3）状态空间法建模；
（4）系统模型的连接；
（5）应用simulink对系统性能指标的分析及可视化；

（二）教学要求
（1）了解机电一体化系统模型的微分方程的列写、求解及simulink模型的转化；
（2）熟练应用simulink分析系统的性能指标；

（三）重点与难点

物理系统建模，数学模型与simulink模型的转化。

第四章机械平面结构物理建模与仿真

（一）课程内容
（1）机械simscape基础模块；
（2）simmechanics第一代机构系统模块集；
（3）simmechan