自动化专业中的计算机仿真论文

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一、计算机仿真理论教学内容改革

现代控制理论近年来发展迅速，使得我们对各类控制对象有了更好的理解，能够很好地刻画实际对象中事件驱动的动态过程，提出了离散事件系统，它的动态行为是由一系列随机出现的事件驱动的，而且控制理论界已经给出了很多建模方法和建模工具，如Gracefet图、自动机和Petri网[2,3]。而现有的计算机仿真内容主要是面向连续动态系统，虽然也涉及离散事件系统，但是对离散事件系统建模和仿真方法少有涉猎。离散事件系统的模型大部分来自计算机科学研究领域，现代控制理论和控制工程都离不开计算机，对此类建模工具的了解可以拓宽自动化专业学生的知识结构，提升他们思考和解决计算机控制工程问题的能力。为此，在计算机仿真课程内容中，我们增加了自动机和Petri网的基本概念。考虑到学生缺乏离散数学的基础，我们拟根据实际对象建模需要，结合Matlab中的stateflow工具箱，介绍离散事件系统的建模和仿真方法。具体内容包括：

(1)离散事件系统概念；

(2)自动机模型；

(3)Petri网模型；

(4)离散事件系统的自动机模型的建模方法；

(5)离散事件系统Petri网模型的建模方法；

(6)自动机的仿真模型的设计方法；

(7)Petri网的仿真模型的设计方法。

另外，现实工程领域大多数系统是混杂系统[4]，既有连续变化的特征，又有事件驱动的特征，而且连续变量子系统与事件系统之间相互作用相互影响。从20世纪60年代，学界就开始了混杂系统的研究，目前已经取得了丰富的成果，涉及混杂系统的建模、分析、控制、调度和优化等问题。其中，建模和分析方法对自动化专业知识体系的构建非常重要，事件驱动的思想能够让学生将控制理论与实际过程更好地建立联系，因此在计算机仿真课程中，我们增加了对混合自动机和混合Petri网的介绍，并结合实例阐述如何给出混杂系统的数学模型以及仿真模型和仿真程序的设计方法。具体内容包括：

(1)混杂系统概念；

(2)混合自动机；

(3)混合Petri网；

(4)混杂系统的混合自动机建模方法；

(5)混杂系统的混合Petri网建模方法；

(6)混合自动机的仿真模型的设计方法；

(7)混合Petri网的仿真模型的设计方法。

二、计算机仿真实践教学内容改革

计算机仿真是一门实践性很强的课程，利用代码将实际对象虚拟到计算机中，这就要求自动化专业的学生不仅要掌握知识概念，还要能够编写代码用计算机实现抽象的概念。如果实验课内容设计合理，可以很好地锻炼学生解决实际问题的能力。鉴于自动控制原理大量内容属于动态系统的分析方法，而仿真是分析系统不可或缺的手段，仿真实践课程可以巩固控制原理的抽象的知识。如何设计仿真课程的实验项目对自动化专业的计算机仿真课程非常重要，围绕自动化专业课程体系，我们拟设定如下实验项目：

(1)二阶电路的C程序仿真实验；

(2)单容水箱的C程序仿真实验；

(3)电机拖动控制系统的C程序仿真实验；

(4)一阶倒立摆的C程序仿真实验；

(5)立体仓库系统的自动机模型仿真实验；

(6)立体仓库系统的Petri网模型仿真实验；

(7)Bang-bang控制液位系统的混杂自动机、Petri网模型的仿真实验；

(8)反应釜复杂控制系统的Matlab仿真。

三、结束语

本文探讨了自动化专业计算机仿真课程的教学改革问题，通过实践改革，使教学内容更加符合自动化专业的课程体系。从前期的教学效果看，上述改革能够激发学生的学习兴趣，巩固专业知识基础，并且有效地提高了学生解决工程实际问题的能力。

作者：罗继亮 邵 辉 晏来成 单位：华侨大学自动化系