《计算机控制技术》教学大纲(2013版).doc

计算机控制系统教学大纲学时：44（其中理论36学时，实验8学时） 学分： 2课程类别：专业核心课程 课程编码：25030212开设年级：大三第二学期 撰写人：梁绒香审核人：张军利 一、课程说明 计算机控制系统是自动化专业学生的一门专业核心课程，本课程是一门综合性的、理论和实践并重的科学。本课程涉及的知识范围较广除了计算机的知识外还涉及到自动控制技术等领域。本课程要求先修课程：自动控原理、现代控制理论、微机原理、过程控制与仪表、检测技术、单片机等，同时，它是综合自动化技术等前序课程 二、教学目标 计算机控制系统主要是指计算机参与控制的闭环系统。本课程将重点讲授计算机控制系统的基本理论以及各种设计方法和工程实现中的一些问题，并安排系列实验，对学生进行构建、调试计算机控制系统能力的培养与教育。本课程是自动控制专业学生的重要技术基础课。通过本门课程的学习，将培养学生具有扎实的计算机控制理论基础、掌握各种设计方法和初步解决计算机制系统工程实现问题和构建、调试系统力，为以后参与计算机控制系统开发、调试和维护打下初步基础。章课程内容学时1微型计算机控制系统概述22输入/输出通道及接口技术 103顺序控制与数字控制技术64常规及复杂控制技术 125控制系统数据处理技术46微机控制系统设计 2 三、学时分配四、教学方式以课堂理论授课为主，同时注重实践教学和实践技能的培养；采用多媒体及仿真技术教学，提高教学效率和教学效果。计算机控制系统课程属计算机和自动化控制的交叉课程，偏重于应用，在课堂教学中应特别注意应用方法的讲解，在基本内容讲述清楚的基础上，结合当前计算机控制新技术的发展增加典型应用实例的分析，在教学方法上要注意课堂教学与实践教学的密切结合，注意物理意义的阐述，培养学生既具有灵活的思维能力又具有解决实际问题的综合设计能力。使学生形成计算机控制系统设计的整体概念，融会贯通、灵活应用。 课程的每一主要内容都应配合一定数量的课外作业，习题量每两学时23题，全收查看并批改一半。在课程研讨中，同学们可以提出疑难问题，也可以是教师引导启发，然后学生一起分析研讨，并提出解决方案。在此过程中，可以将多门相关课程的内容综合起来，也可以是对某些概念的理解或学习心得体会，也可以交换学习和实验的内容，以相互促进，共同提高。也可以提交小论文或相关知识的综述。课程研讨在期中和期末各进行一次，可以占用课堂时间，也可以在课外时间进行。五、教材及参考资源（一）教材于海生编. 微型计算机控制技术. 清华大学出版社，2008（2）（二）参考书 1. 罗文广等编. 计算机控制技术. 机械工业出版社，2013（1） 2. 王平,肖琼. 计算机控制系统.高等教育出版社,2004（1）3. 高国琴等编. 微型计算机控制技术. 机械工业出版社，2008（1）六、教学基本内容 第一章：微型计算机控制系统概述教学目的 通过本章的学习，使学生理解计算机控制系统的一般概念，掌握硬件组成及典型应用，了解微型计算机控制系统的发展重点难点重点：计算机控制系统组成，计算机控制系统分类，工业控制计算机难点： 计算机控制系统分类 教学内容 1.1微型计算机控制系统组成1.2微型计算机控制系统分类 1.3 微型计算机控制系统的发展概况与趋势考核目标 通过本章学习，要求学生熟练掌握计算机控制系统的分类、构成，能区分不同的计算机控制系统类型，能以方框图形式表达计算机控制系统的整体构成。 第二章：输入/输出通道及接口技术 教学目的 通过本章的学习，使学生理解信号的采样与量化，过程通道掌握常用传感器和执行元件，开关量、模拟量的输入/输出通道，了解A/D转换与D/A转换技术，了解硬件抗干扰措施。重点难点重点：数字量输入输出通道及接口，模拟量输入通道，多路转换器,S/H器，ADC0809,AD574A,A/D转换接口及编程，D/A转换及接口，硬件抗干扰措施难点：A/D转换接口及编程，D/A转换及接口。教学内容 2.1 数字量输入输出通道及接口技术 2.2 模拟量输入通道接口技术2.2.1 多路开关及采样保持器2.2.2 A/D转换器与接口技术 2.3 模拟量输出通道接口技术 2.3.1 模拟量输出通道结构形式2.3.2 D/A转换器与接口技术2.4 硬件抗干扰技术考核目标 了解输入输出通道的的接口技术和软件编程以及硬件抗干扰技术。通过本章的学习，要求能根据题目要求进行硬件设计，并编写相应程序。 第三章：顺序控制与数字控制技术 教学目的 了解数字程序控制原理及发展，掌握直线插补原理，了解圆弧插补；掌握步机电机工作原理以及步进电机计算机控制技术。重点难点重点：数字程序控制原理，直线插补算法，圆弧插补算法，步机电机工作原理，步进电机计算机控制难点：逐点比较法插补算法，步进电机计算机控制方法。教学内容 3.1 顺序控制技术3.2 数字程序控制技术3.2.1 数字程序控制基础3.2.2 逐点比较法插补原理3.2.3 步进电机控制技术考核目标 能根据出发点及目标点设计直线插补过程，理解步进电机工作原理，能区分步进电机不同工作方式差异即选择并能根据步进电机工作方式要求设计接口电路以及编制程序。第4章 ：常规及复杂控制技术教学目的 通过本章学习，理解数字控制器的实现方法和离散控制系统的分析；掌握数字PID控制算法及其改进，数字PID的参数整定。掌握最少拍系统设计及一些改进算法，理解大林控制算法、史密斯预估控制算法。重点难点重点:数字控制器模拟化设计方法，数字PID控制算法，改进的数字PID控制器设计，数字PID参数整定方法；数字控制器离散化设计方法，最少拍有纹波控制，最少拍无纹波控制，大林算法，Smith算法难点: 数字PID控制算法及其改进，PID参数整定,最少拍有纹波控制，最少拍无纹波控制。教学内容4.1 PID算法的数字实现 4.2 数字PID调节中的几个实际问题 4.3 几种发展的PID算法 4.4 PID参数的整定方法4.5 最少拍随动系统的设计 4.6 最少拍无波纹随动系统的设计 4.7大林算法 4.8 smith算法考核目标 考核过程中，要求掌握数字控制器模拟化设计方法及步骤，掌握数字PID基本算法及其改进算法，了解PID参数整定的意义以及整定方法，掌握最少拍设计过程，理解纯滞后控制技术，熟练掌握大林算法、Smith算法原理以及在工业控制中的应用。 第五章： 控制系统数据处理技术教学目的 通过本章的学习，使学生理解测量数据的预处理技术，掌握常用的几种数字滤波方法，了解标度变换算法、查表方法重点难点重点: 系统误差处理方法，量程转换，标度变换，常用数字滤波方法难点: 标度变换，常用数字滤波方法。教学内容5.1 测量数据预处理技术5.2 量程自动转换和标度变换5.3 数字滤波技术 考核目标 本章主要掌握数字滤波、量程自动转换、标度变换、测量数据预处理的原理及应用，能运用标度变换算法、查表方法进行数据预处理。第六章： 微机控制系统设计教学目的 了解计算机控制系统的设计方法与实现手段，了解控制系统可靠性技术。理解典型工程设计范例。重点难点 重点：微机控制系统设计步骤难点：微机控制系统应用设计教学内容 6.1 微机控制系统设计方法及步骤 6.2 微机控制系统设计举例考核目标 重点掌握微型计算机控制系统设计方法及实用系统的设计方法。 七、实验环节 （一） A/D D/A转换实验实验内容 1、 A/D转换：对实验台的电压输出电路通过实验台数据采集卡内ADC0809进行模数转换，运行程序，观察软件窗口输出数字量跟随输入电压的变化情况并记录。2、 D/A转换：通过手动输入数字量经由实验台数据采集卡内DAC0832进行数模转换，运行程序，观察软件窗口输出电压跟随输入数字量的变化情况并记录。实验要求 通过实验掌握用微型计算机控制模数、数模转换原理。实验学时数 2学时实验方式 在实验台完成硬件连线、软件编程并查看、记录实验结果 实验场所 自动控制实验室 (二) 步进电机控制实验实验内容 用实验室现有的四相步进电机连接数据采集卡，通过编程实现步进电机的正反方向以及四相单四拍、四相双四拍、四相八拍的不同控制。实验要求 能通过连线及编程控制步进电机的运行方向、工作方式。实验学时周数 2实验方式 在实验台完成硬件连线、软件编程并查看、记录实验结果 实验场所 自动控制实验室 (三) 单闭环温度恒值控制实验实验内容 以电炉为控制对象，按照要求连线，通过编程观察不同P、I、D参数配置对温度控制系统的影响，以及不同步长设置对温度控制系统的效果。实验要求 理解温度闭环控制的基本原理，了解温度传感器的使用，学习温度PID控制参数的配置。实验学时周数 2实验方式 在实验台完成硬件连线、软件编程并查看、记录实验结果实验场所 自动控制实验室 (四) 具有纯滞后系统的大林算法控制实验内容 具有纯滞后一阶惯性环节大林算法的实现，在实验中观察振铃现象并研究其消除的方法，并且和PID算法作对比。实验要求 了解达林算法的基本原理；掌握用于具有纯滞后对象的达林控