工程系统建模与仿真教学大纲
课程编号：S0200002Q
课程名称：工程系统建模与仿真
开课院系：机电工程学院 任课教师:李洪人教授、谢涛教授、姜继
海教授、姚智慧副教授、 曹键讲师、叶正茂讲师
先修课程：控制理论及其应用 适用学科范围：机械工程 学 时：36 学分：2
开课学期：秋季（10周以后） 开课形式：课堂讲授 课程目的和基本要求：
本课程着重培养学生综合运用所学系统建模知识和仿真的技能，从机电一体化角度出发，进行机－电－液实际系统的建模与仿真研究，提高学生在系统仿真分析、优化和综合设计方面的基本功。增强学生对工程实际系统的分析问题和解决问题的能力。
要求学生在已具备机械、电子、液压和控制理论基本知识的基础上，通过本课程学习了解工程系统建模与仿真的基本理论和方法；能够熟练地建立典型机械系统、典型电气系统和液压系统的方块图传递函数模型和状态方程模型；掌握传递函数方块图与状态方程间的相互变换关系；能够运用Matlab/Simulink仿真软件对各类典型系统的传递函数方块图模型和状态方程模型进行系统仿真分析工作。 课程主要内容：
第一章：绪论：系统的概念 系统、子系统和元件，物理系统和非物理系统，动态系统与静态系统。工程系统的描述与数学模型，系统建模，各类数学模型的特点，系统仿真。建模与仿真在分析和设计系统中的作用。
第二章：动态系统的基本元件 作直线运动的纯质量元件、纯弹簧元件和纯阻尼元件；作旋转运动的纯旋转惯量、扭转弹簧和纯旋转阻尼器；旋转变换器和直线变换器；电气系统的纯电容元件、纯电感元件、纯电阻元件和纯变压器，电气－机械旋转变换器，液压系统的纯液容元件、纯液阻元件、纯液感元件和纯液压变换器，液压－机械变换器。
第三章：工程系统建模 工程系统建模基本理论简介，建模方法和数学模型的分类。典型机械系统的建模，传递函数和状态方程表达式。电气和电子系统的建模，典型电路和电网路的传递函数和状态方程。机电系统的建模，典型机电系统的方块图、传递函数和状态方程。液压系统的建模，典型液压系统的方块图、传递函数和状态方程。模型的简化和完善。
第四章：各类数学模型的等效变换 由系统的方块图和信号流图求取传递函数，由系统的传递函数求取系统的状态方程，由系统的状态空间表达式到传递函数的变换。
第五章：工程系统的仿真 系统仿真概述，系统仿真方法和仿真技术的发展，仿真语言简介。Matlab/Simulink仿真平台简介。典型机械系统的频域和时域仿真，典型机电系统的频域和时域仿真，典型液压系统的频域和时域仿真，复杂机电一体化系统的仿真实例。仿真结果分析、评估和验证。 主要教材：（暂无） 参考文献：
1.机电系统动力学，谢寄石，国防工业出版社，1989 2.现代控制工程（第四版），【美】Katsuhiko Ogata著，卢伯英，于海勋等译，电子工程出版社，2003
3.现代系统建模与仿真技术，刘兴堂，吴晓燕，西北工业大学出版社，2001 4.建模与仿真，王红卫，科学出版社，2002
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院（系）审核意见： 分评委员会审批意见：
签字： （教授委员会）签字： 日期： 日期：
工程系统建模与仿真课程内容简介
课程编号：S0200002Q 课程名称：工程系统建模与仿真 英文译名：Modelling and Simulation of Engineering Systems 适用学科：机械工程
先修课程：控制理论及应用 开课院（系）：机电工程学院
任课教师：李洪人教授、谢涛教授、姜继海教授、姚智慧副教授、曹键讲师、叶正茂讲师
内容简介：
系统概念，工程系统建模与仿真概述。动态系统的基本机械、电气和液压元件的特性和数学描述。工程系统建模基本理论简介，典型机械系统的传递函数与状态方程模型，典型电气和电子系统的传递函数和状态方程，典型机电系统的方块图、传递函数和状态方程，典型液压系统的方块图、传递函数和状态方程，各类数学模型的等效变换。工程系统仿真概述，仿真语言简介，Matlab/Simulink仿真平台简介。典型机械、电气和液压系统的频域仿真和时域仿真。机电一体化系统的Matlab仿真实例。
主要教材：
（暂无）
参考文献：
1.机电系统动力学，谢寄石，国防工业出版社，1989 2.现代控制工程（第四版），【美】Katsuhiko Ogata著，卢伯英，于海勋等译，电子工程出版社，2003
3.现代系统建模与仿真技术，刘兴堂，吴晓燕，西北工业大学出版社，2001 4.建模与仿真，王红卫，科学出版社，2002
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控制系统计算机接口技术课程教学大纲
课程编号：S0200003Q
课程名称：控制系统计算机接口技术 开课院系：机电工程学院
任课老师：孙立宁教授，张飞虎教授，姚英学教授,狄士春教授，王广林教授，迟关心副教授，路勇副教授，
李军副教授，丛大成副教授，袁立鹏讲师， 董慧娟副教授，陈晓峰副教授，王艳副教授 适用学科范围：机械工程
先修课程：微型计算机原理 数字与模拟电子技术 学时：36（讲授）＋10（实验） 学分：2 开课学期：秋季 开课形式：讲授＋实验
课程目的和基本要求：
本课程重点培养学生在计算机接口和单片机应用方面的基本知识和实际技能,使学生在掌握计算机硬件接口知识的同时形成综合运用所学知识建立计算机应用系统的能力。在讲授微机接口和单片机技术的基本概念和理论时，尽量做到与具体应用实例相结合，重点突出教学内容的实用性，强调对学生实践能力和技术能力的培养。通过该课程的学习将培养学生应用微机和单片机进行科研、应用系统开发以及设备维护等方面的技术能力。
课程主要内容：
本课程内容共分三部分，第一部分为微型计算机接口技术，第二部分为单片机技术，第三部分为教学实验部分。以下详细阐述各部分内容。
接口技术部分主要由七个章节组成。第一章绪论主要介绍：（1）机电系统的相关知识，包括机电系统的概念与发展、系统基本组成与体系结构、系统的类型与应用；（2）接口技术简介，包括接口的基本概念、功能、类别、端口的编址方式。第二章总线技术和I/O端口，总线技术部分主要介绍微机的基本组成、PC系列微机总线简介、PC总线标准、ISA总线标准、PCI总线标准；I/O端口部分主要介绍I/O端口的寻址方式、I/O端口地址分配、I/O端口译码电路设计。第三章并行I/O接口及其应用，主要介绍并行接口的特点、可编程并行接口8255A、8255A的工作方式及其应用、标准打印机接口及其应用。第四章中断技术及DMA技术，中断技术部分主要介绍中断的基本概念、中断系统、8259中断控制器及应用；DMA技术部分主要介绍DMA传送方式的特点、传送过程、操作方式、8237 DMA控制器及其应用。第五章定时器与计数器，主要介绍定时器与计数器的基本概念、Intel 8253 定时器/计数器的基本性能参数、内部结构、操作模式、接口设计及其应用。第六章串行通信接口技术，主要介绍串行传送的基本概念、基本方式、基本技术、串行接口标准、8251A串行通信接口、串行口通信接口电路设计及应用。第七章模/数、数/模转换及其接口技术，主要介绍模拟量输入输出通道、前级电路设计基础、模拟信号输出接口设计、模拟信号采集接口设计及其应用。
单片机技术部分主要由七个章节组成。第一章单片机概述，介绍单片机技术的发展趋势及单片机系统的特点和应用。第二章MCS-51单片机的硬件结构,介绍单片机CPU、存储器的结构、I/O端口等。第三章单片机的指令系统，介绍指令系统的寻址方式及指令系统说明。第四章单片机的定时/计数器，介绍定时/计数器的结构、工作方式、编程及应用。第五章单片机的串行接口，介绍串行接口的结构、工作方式及应用。第六章单片机的中断系统，介绍
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中断系统的组成及中断控制、中断的响应过程及中断系统应用设计；第七章单片机扩展存储器设计，介绍单片机系统扩展存储器的类型、程序存储器和数据存储器的扩展方法及存储器地址空间分配。第八章单片机系统扩展接口设计，介绍单片机扩展I/O接口的类型、方法及系统设计；单片机显示器、键盘接口的原理、设计方法及系统实例；单片机D/A、A/D接口扩展；单片机功率接口系统常用器件及开关型功率接口设计；第九章单片机应用系统设计，介绍单片机应用系统设计的技术要点及应用系统设计举例。
教学实验部分包括计算机接口与单片机应用技术两个部分。计算机接口部分主要由四个实验组成：（1）利用可编程并行接口8255A实现步进电机的运行方式及方向控制；（2）利用可编程定时器8253实现步进电机的运行速度控制；（3）利用A/D卡实现信号（由信号发生器产生）的采集与显示；（4）利用D/A卡输出实现小功率直流伺服电机的运行控制。单片机应用技术部分的实验包括：（1）单片机开发系统的认识及定时器、中断系统功能实验；（2）单片机扩展存储器及I/O接口实验；（3）单片机扩展键盘、显示器及功率驱动接口实验；（4）单片机应用系统实验，包括步进电机单片机控制系统等。实验安排首先进行单个功能模块的实验，然后进行功能模块的组合，形成功能比较完整的应用系统，通过实验培养学生综合运用所学知识进行应用系统设计的能力。
课程主要教材：
暂无）
主要参考文献：
1.张昆藏《IBM/XT微型计算机接口技术》清华大学出版社，1992.5 2.李广军等《实用接口技术》电子科技出版社，1998.2 3.陈利学等《微机总线与接口设计》，电子科技大学出版社，1998.6 4.李克春《IBM PC系列微机接口与通讯原理及实例》，大连理工大学出版社，1990.6
5.张毅刚等《MCS-51单片机应用设计》，哈尔滨工业大学出版社，1999.7 6.何立民《MCS-51单片机应用系统设计》，北京航空航天大学出版社，1990. 7.朱定华等《单片微机原理与应用》，清华大学出版社，2003.8 8.何立民《单片机应用技术选编》，北京航空航天大学出版社，1990. 9.李广第《单片机基础》, 北京航空航天大学出版社
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院（系）审核意见：
签字： 日期：
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分评委员会审批意见： （教授委员会）
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