《电工与电子技术》课程教学大纲.doc

计算机控制技术课程教学大纲英文名称： Computer Control Technology一、课程说明：1. 课程性质：计算机控制技术是一门电气工程及其自动化、农业电气化及其自动化、机械设计制造及其自动化等专业本科生的专业必修课。2. 课程的目的和任务：计算机控制在科学研究和各个工业部门已有比较广泛的应用，发展趋势是应用将会越来越广泛。本课程的任务是使学生获得微型计算机控制的基本理论、基本知识和基本技能，能设计、制造、调试微机控制的硬件系统，编制微机控制的应用软件，并用这些理论、知识和技能来解决工业实践和科学研究中的实际问题。3. 适应专业：本课程适用于电子信息工程、机械电子工程、机械设计制造及其自动化专业本科生。4. 学分与学时：本课程总学时为46学时，理论课学时38学时，实验8学时，学分为2.5。5. 先修课程：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传感器技术与执行机构、自动控制技术等领域，学生应在修完自动控制原理、模拟电子技术、数字电子技术、汇编语言、微机原理与接口技术、单片机原理及应用等课程的基础上学习本门课程。6. 推荐教材和参考书目：教材：赖寿宏编.微型计算机控制技术.机械工业出版社，1999参考书目及网站：邹伯敏主编.自动控制原理（第二版）. 机械工业出版社,2002谢剑英、贾青编.微型计算机控制技术.国防工业出版社，2001何克忠、李伟. 计算机控制系统. 清华大学出版社，1996李朝青编著.单片机原理及接口技术.北京航空航天大学出版社，2000/irp/（中山大学信息技术专业教学资源库）7. 主要教学方法与手段：采用多媒体教学（课堂讲授）和 CAI 课件相结合的方法，课堂上进行基本理论的讲授，同时也利用网络上的CAI课件，学生可在在课下学习。一般讲授有利于教师的灵活安排，能与学生产生较好的互动，适用于理论的讲授。CAI课件多媒体教学，形式生动，易于化解难点；学生可在课下自己学习，不受时间和地点的限制。两种形式相互配合，达到学生学会的目的。同时开设网上答疑，有问题可随时用电子邮件与教师联系。本课程要求理论与实践并重，在学习中要进行实验。8. 考核方式：学习效果通过课程考试、实验和平时作业体现，学生最终成绩评定由这三部分组成，考试成绩占70%，实验成绩占15%，平时作业及考勤占15%。9. 课外自学要求（包含作业要求）：要求学生做到课前预习，课后复习，按时完成布置的作业，定期交作业，多看相关参考书，拓展知识面。二、教学基本要求和能力培养要求：1通过本课程的各个教学环节，达到以下基本要求：（1） 了解微型计算机控制系统的应用现状和发展趋势。（2） 掌握基本的计算机接口技术，使学生能在实际应用的角度，掌握模拟量输入输出的接口技术、人机交互接口技术和总线接口技术。（3） 掌握计算机控制系统的模拟化设计方法和直接设计方法，掌握常见控制算法的计算机实现。（4） 能通过学习简单系统，举一反三，提高分析问题和解决问题的能力，为微型计算机控制系统的设计打下坚实基础2通过学习本课程，应具备以下能力：（1） 能独立设计数据采集系统，正确选择芯片；（2） 能设计简单控制系统，正确选择控制算法，合理整定控制参数；（3） 会进行控制系统抗干扰分析；（4） 会进行可靠性计算。三、课程教学内容：第一章：绪论（2学时）1. 基本要求与基本知识点：计算机控制的概念、组成、特点，计算机控制系统的四种类型、特点及应用场合。2. 基本概念、理论、原理计算机控制系统的概念，计算机控制系统硬件组成，计算机控制系统与模拟控制系统的区别与联系，计算机控制系统操作指导型、直接数字控制系统、监督计算机控制系统计分级计算机控制系统的组成方式及特点。3. 重点和难点：计算机控制系统与连续控制系统的主要区别与联系。第二章：输入输出接口技术和输入输出通道（10学时）1. 基本要求与基本知识点：本章主要有接口技术的概述及输入输出接口技术及通道的组成。主要介绍了计算机输入输出接口设计的一般原则；输入输出通道的概念、分类、模拟量和数字量输入输出通道的构成；D/A及A/D转换器基本工作原理、典型8位和12位芯片介绍及其应用；I/O通道的抗干扰措施等内容。2. 基本概念、理论、原理输入输出接口技术的概念，输入输出接口技术一般原理及构成方式，输入输出接口的设计方法，输入输出通道的组成，输入输出通的构成，D/A及A/D转换器基本工作原理，I/O通道的抗干扰措施。3. 本章重点和难点：输入输出通道的概念、分类、模拟量和数字量输入输出通道的构成方式、D/A及A/D转换器基本工作原理及其应用。第三章：数字控制器的模拟化设计（12学时）1. 基本要求与基本知识点：本章主要介绍模拟化设计方法、离散控制系统的概念，z变换的定义和求解方法，差分方程的概念、差分方程的建立和求解方法，脉冲传递函数的概念和建立方法，离散控制系统的稳定性分析，连续函数的离散化方法（差分法、零阶保持器法、双线性法）； PID数字控制器的设计方法、PID控制算法的改进方法（防止积分整量化误差、防止积分饱和误差、不完全微分法及纯滞后的补偿算法等）；PID控制器参数对系统性能的影响、采样周期的选择原则、参数的确定方法及举例。2. 基本概念、理论、原理连续函数离散化方法，z变换，z反变换，z变换的基本定理，差分方程，脉冲传递函数，PID控制器的一般表达式及其三种形式的不同应用场合，积分整量化误差和积分饱和的产生及防止方法，不完全微分法的基本原理，史密斯预估器的构成原理及纯滞后算法的编程方法，PID控制器参数对系统性能的影响规律，采样周期的选择原则、参数的确定方法3. 本章重点和难点：Z变换的定义和求解方法，脉冲传递函数的求法，数字PID的设计方法和基本步骤；PID控制算法的改进方法；PID控制器参数的选择方法。第四章：数字控制器的直接设计（8学时）1. 基本要求与基本知识点：本章主要介绍数字控制器直接设计的典型方法和一般步骤，主要有直接设计方法简介、最少拍无差系统的设计方法及存在问题、最少拍无波纹系统的设计方法、W变换法设计、纯滞后对象的控制算法大林算法等。2. 基本概念、理论、原理直接设计方法的步骤，最少拍无差系统设计的基本要求，最少拍无差系统设计满足物理上可实现性和稳定性的条件，最少拍无差系统设计方法存在问题，最少拍无波纹系统的设计的附加条件和必要条件、W变换法设计、大林算法的设计目标函数，振铃现象产生的原因和消除方法。3. 本章重点和难点：各种典型情况下数字控制器直接设计的方法和步骤。第五章：微型计算机控制系统设计（5学时）1. 基本要求与基本知识点：本章主要介绍控制系统设计的一般步骤（总体方案设计、微型计算机选择、控制算法设计软硬件设计及系统联调）及控制系统软件设计等；常用算法设计（数字滤波、线性化处理、越限报警、数码显示等）；控制系统设计举例微机控制直流伺服系统设计。2. 基本概念、理论、原理计算机控制系统设计的一般步骤，汇编语言与高级语言的互调方法，数字滤波原理及程序实现方法，线性化处理的原理及程序实现方法，越限报警、数码显示等其他常用程序的实现方法。3. 本章重点和难点：常用算法设计方法及系统设计的总体过程。第六章：控制系统可靠性保证（1学时）1. 基本要求与基本知识点：本章主要介绍可靠性的基本概念及提高软硬件可靠性的措施。2. 基本概念、理论、原理可靠性的基本概念（固有可靠性，工作可靠性，可靠度，失效率，平均寿命，平均修复时间和利用率），系统可靠性分析方法，系统故障的来源，提高可靠性的途径，提高可靠性的措施，冗余设计概念和方法。3. 本章重点和难点：系统可靠性分析方法，冗余设计概念和方法，提高软硬件可靠性的措施