自動化專業(yè)中的計(jì)算機(jī)仿真論文

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一、計(jì)算機(jī)仿真理論教學(xué)內(nèi)容改革

現(xiàn)代控制理論近年來發(fā)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(shí)際對象中事件驅(qū)動的動態(tài)過程，提出了離散事件系統(tǒng)，它的動態(tài)行為是由一系列隨機(jī)出現(xiàn)的事件驅(qū)動的，而且控制理論界已經(jīng)給出了很多建模方法和建模工具，如Gracefet圖、自動機(jī)和Petri網(wǎng)[2,3]。而現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)仿真內(nèi)容主要是面向連續(xù)動態(tài)系統(tǒng)，雖然也涉及離散事件系統(tǒng)，但是對離散事件系統(tǒng)建模和仿真方法少有涉獵。離散事件系統(tǒng)的模型大部分來自計(jì)算機(jī)科學(xué)研究領(lǐng)域，現(xiàn)代控制理論和控制工程都離不開計(jì)算機(jī)，對此類建模工具的了解可以拓寬自動化專業(yè)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，提升他們思考和解決計(jì)算機(jī)控制工程問題的能力。為此，在計(jì)算機(jī)仿真課程內(nèi)容中，我們增加了自動機(jī)和Petri網(wǎng)的基本概念。考慮到學(xué)生缺乏離散數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)，我們擬根據(jù)實(shí)際對象建模需要，結(jié)合Matlab中的stateflow工具箱，介紹離散事件系統(tǒng)的建模和仿真方法。具體內(nèi)容包括：

(1)離散事件系統(tǒng)概念；

(2)自動機(jī)模型；

(3)Petri網(wǎng)模型；

(4)離散事件系統(tǒng)的自動機(jī)模型的建模方法；

(5)離散事件系統(tǒng)Petri網(wǎng)模型的建模方法；

(6)自動機(jī)的仿真模型的設(shè)計(jì)方法；

(7)Petri網(wǎng)的仿真模型的設(shè)計(jì)方法。

另外，現(xiàn)實(shí)工程領(lǐng)域大多數(shù)系統(tǒng)是混雜系統(tǒng)[4]，既有連續(xù)變化的特征，又有事件驅(qū)動的特征，而且連續(xù)變量子系統(tǒng)與事件系統(tǒng)之間相互作用相互影響。從20世紀(jì)60年代，學(xué)界就開始了混雜系統(tǒng)的研究，目前已經(jīng)取得了豐富的成果，涉及混雜系統(tǒng)的建模、分析、控制、調(diào)度和優(yōu)化等問題。其中，建模和分析方法對自動化專業(yè)知識體系的構(gòu)建非常重要，事件驅(qū)動的思想能夠讓學(xué)生將控制理論與實(shí)際過程更好地建立聯(lián)系，因此在計(jì)算機(jī)仿真課程中，我們增加了對混合自動機(jī)和混合Petri網(wǎng)的介紹，并結(jié)合實(shí)例闡述如何給出混雜系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以及仿真模型和仿真程序的設(shè)計(jì)方法。具體內(nèi)容包括：

(1)混雜系統(tǒng)概念；

(2)混合自動機(jī)；

(3)混合Petri網(wǎng)；

(4)混雜系統(tǒng)的混合自動機(jī)建模方法；

(5)混雜系統(tǒng)的混合Petri網(wǎng)建模方法；

(6)混合自動機(jī)的仿真模型的設(shè)計(jì)方法；

(7)混合Petri網(wǎng)的仿真模型的設(shè)計(jì)方法。

二、計(jì)算機(jī)仿真實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革

計(jì)算機(jī)仿真是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，利用代碼將實(shí)際對象虛擬到計(jì)算機(jī)中，這就要求自動化專業(yè)的學(xué)生不僅要掌握知識概念，還要能夠編寫代碼用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)抽象的概念。如果實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容設(shè)計(jì)合理，可以很好地鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。鑒于自動控制原理大量內(nèi)容屬于動態(tài)系統(tǒng)的分析方法，而仿真是分析系統(tǒng)不可或缺的手段，仿真實(shí)踐課程可以鞏固控制原理的抽象的知識。如何設(shè)計(jì)仿真課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對自動化專業(yè)的計(jì)算機(jī)仿真課程非常重要，圍繞自動化專業(yè)課程體系，我們擬設(shè)定如下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：

(1)二階電路的C程序仿真實(shí)驗(yàn)；

(2)單容水箱的C程序仿真實(shí)驗(yàn)；

(3)電機(jī)拖動控制系統(tǒng)的C程序仿真實(shí)驗(yàn)；

(4)一階倒立擺的C程序仿真實(shí)驗(yàn)；

(5)立體倉庫系統(tǒng)的自動機(jī)模型仿真實(shí)驗(yàn)；

(6)立體倉庫系統(tǒng)的Petri網(wǎng)模型仿真實(shí)驗(yàn)；

(7)Bang-bang控制液位系統(tǒng)的混雜自動機(jī)、Petri網(wǎng)模型的仿真實(shí)驗(yàn)；

(8)反應(yīng)釜復(fù)雜控制系統(tǒng)的Matlab仿真。

三、結(jié)束語

本文探討了自動化專業(yè)計(jì)算機(jī)仿真課程的教學(xué)改革問題，通過實(shí)踐改革，使教學(xué)內(nèi)容更加符合自動化專業(yè)的課程體系。從前期的教學(xué)效果看，上述改革能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鞏固專業(yè)知識基礎(chǔ)，并且有效地提高了學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力。

作者：羅繼亮 邵 輝 晏來成 單位：華僑大學(xué)自動化系