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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(dòng)的動(dòng)態(tài)過程,提出了離散事件系統(tǒng),它的動(dòng)態(tài)行為是由一系列隨機(jī)出現(xiàn)的事件驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)化專業(yè)學(xué)生的知識(shí)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(dòng)機(jī)和Petri網(wǎng)的基本概念??紤]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(dòng)機(jī)模型;
(3)Petri網(wǎng)模型;
(4)離散事件系統(tǒng)的自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)化專業(yè)知識(shí)體系的構(gòu)建非常重要,事件驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī);
(3)混合Petri網(wǎng);
(4)混雜系統(tǒng)的混合自動(dòng)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(dòng)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(dòng)化專業(yè)的學(xué)生不僅要掌握知識(shí)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(dòng)控制原理大量內(nèi)容屬于動(dòng)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(shí)。如何設(shè)計(jì)仿真課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對自動(dòng)化專業(yè)的計(jì)算機(jī)仿真課程非常重要,圍繞自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)化系