自動化專業中的計算機仿真論文

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一、計算機仿真理論教學內容改革

現代控制理論近年來發展迅速，使得我們對各類控制對象有了更好的理解，能夠很好地刻畫實際對象中事件驅動的動態過程，提出了離散事件系統，它的動態行為是由一系列隨機出現的事件驅動的，而且控制理論界已經給出了很多建模方法和建模工具，如Gracefet圖、自動機和Petri網[2,3]。而現有的計算機仿真內容主要是面向連續動態系統，雖然也涉及離散事件系統，但是對離散事件系統建模和仿真方法少有涉獵。離散事件系統的模型大部分來自計算機科學研究領域，現代控制理論和控制工程都離不開計算機，對此類建模工具的了解可以拓寬自動化專業學生的知識結構，提升他們思考和解決計算機控制工程問題的能力。為此，在計算機仿真課程內容中，我們增加了自動機和Petri網的基本概念。考慮到學生缺乏離散數學的基礎，我們擬根據實際對象建模需要，結合Matlab中的stateflow工具箱，介紹離散事件系統的建模和仿真方法。具體內容包括：

(1)離散事件系統概念；

(2)自動機模型；

(3)Petri網模型；

(4)離散事件系統的自動機模型的建模方法；

(5)離散事件系統Petri網模型的建模方法；

(6)自動機的仿真模型的設計方法；

(7)Petri網的仿真模型的設計方法。

另外，現實工程領域大多數系統是混雜系統[4]，既有連續變化的特征，又有事件驅動的特征，而且連續變量子系統與事件系統之間相互作用相互影響。從20世紀60年代，學界就開始了混雜系統的研究，目前已經取得了豐富的成果，涉及混雜系統的建模、分析、控制、調度和優化等問題。其中，建模和分析方法對自動化專業知識體系的構建非常重要，事件驅動的思想能夠讓學生將控制理論與實際過程更好地建立聯系，因此在計算機仿真課程中，我們增加了對混合自動機和混合Petri網的介紹，并結合實例闡述如何給出混雜系統的數學模型以及仿真模型和仿真程序的設計方法。具體內容包括：

(1)混雜系統概念；

(2)混合自動機；

(3)混合Petri網；

(4)混雜系統的混合自動機建模方法；

(5)混雜系統的混合Petri網建模方法；

(6)混合自動機的仿真模型的設計方法；

(7)混合Petri網的仿真模型的設計方法。

二、計算機仿真實踐教學內容改革

計算機仿真是一門實踐性很強的課程，利用代碼將實際對象虛擬到計算機中，這就要求自動化專業的學生不僅要掌握知識概念，還要能夠編寫代碼用計算機實現抽象的概念。如果實驗課內容設計合理，可以很好地鍛煉學生解決實際問題的能力。鑒于自動控制原理大量內容屬于動態系統的分析方法，而仿真是分析系統不可或缺的手段，仿真實踐課程可以鞏固控制原理的抽象的知識。如何設計仿真課程的實驗項目對自動化專業的計算機仿真課程非常重要，圍繞自動化專業課程體系，我們擬設定如下實驗項目：

(1)二階電路的C程序仿真實驗；

(2)單容水箱的C程序仿真實驗；

(3)電機拖動控制系統的C程序仿真實驗；

(4)一階倒立擺的C程序仿真實驗；

(5)立體倉庫系統的自動機模型仿真實驗；

(6)立體倉庫系統的Petri網模型仿真實驗；

(7)Bang-bang控制液位系統的混雜自動機、Petri網模型的仿真實驗；

(8)反應釜復雜控制系統的Matlab仿真。

三、結束語

本文探討了自動化專業計算機仿真課程的教學改革問題，通過實踐改革，使教學內容更加符合自動化專業的課程體系。從前期的教學效果看，上述改革能夠激發學生的學習興趣，鞏固專業知識基礎，并且有效地提高了學生解決工程實際問題的能力。

作者：羅繼亮 邵 輝 晏來成 單位：華僑大學自動化系