《计算机控制技术 》课程教学大纲

1、大学本科专业培养方案课程教学大纲编 码：ME06101 Code: ME06101课程名称：计算机控制技术 Course Title: Computer control technology课程类别：专业选修 Course category: Elective Courses in Specialty学 分：2 Credit(s): 2开课单位：机械与运载工程学院 Offering College/School: College of Mechanical & Vehicle Engineering课程描述：本课程是为机械设计制造及其自动化、车辆工程等专业学生开设的专业选修课，通过该课

2、程的教学使学生能够掌握自动控制及计算机控制技术的基本概念、基本理论和基本操作技能和初步分析、设计方法，掌握工控机的结构及指标，掌握计算机控制系统设计及仿真的软件使用，了解数据采集卡的功能和使用方法，培养学生具有完成简单成套计算机控制系统设计、实时软件编制以及系统调试的基本知识和能力，为学生学习相关后续专业课程，如机电一体化设计、智能控制等打下良好的基础；通过计算机控制技术的整个教学过程逐渐培养学生分析问题、解决问题的能力，培养学生具有比较熟练的应用计算机控制理论解决机电工程实际问题的能力，对计算机控制系统设计及分析方法能予以理解和利用；主要内容为计算机控制理论的基本方法和基本原理，具体包括：Z

3、变换、采样、零阶保持器、数字控制器的设计、计算机控制系统的稳态误差、计算机控制系统的稳定性判据、计算机A/D,D/A转换及·输入输出通道的接口设计、数据处理，工控机的结构及指标，信号采集及处理常用板卡，计算机控制系统设计工程软件。Course description: This course is the required course for mechanical design, manufacturing and automation, vehicle engineering and power engineering. Its an abstract technical

4、0;basic course. Through the course of learning, students are able to master the basic concepts, basic theory of classical control theory and the basic analysis method. The main contents include: building common mathematical model of the system，time d

5、omain analysis and frequency domain analysis of a second order and two order system and the system stability judgment etc. Students should understand the basic calibration methods of system identification and system correction to lay the foundation o

6、f studying the relevant follow-up professional courses, such as the basis of computer control technology, electromechanical transmission and control, which gradually develop students ability to analyze and solve the problem. Through this course, students can acquire the

7、 basic theories,the basic knowledge and the basic skills in mechanical engineering, foster and improve their abilities such as analyzing and solving complex practical engineering problems and independent learning and independent innovation.课程内容（一）课程教学目标通过这门课程的教学，要求学生掌握离散控制系统的基本概念、基本理论和分析方法，并学会运用所掌握的

8、知识解决工程实践中计算机控制系统的性能分析和系统设计（硬、软件）等问题。培养科学思维及利用计算机控制技术解决实际问题的初步能力，为后面的毕业设计及将来的技术工作打下良好的基础。随着微型机算计技术和控制理论、控制技术的不断发展，计算机控制系统已成为工业控制中的一个重要分支，并在不断拓宽应用领域，因此在人才培养计划中本课程起着十分重要和独特的作用，对培养新世纪的高级科学与工程技术人才是至关重要的，必须引起充分的重视。教学中注重理论的严谨性及各部分内容之间的内在联系，注重理论联系实际。（相应毕业要求：1.1、1.3、3.2、5.2）（二）基本教学内容第一章 绪论教学目的与要求：1、了解计算机控制系统

9、一般概念2、熟悉对计算机控制系统的要求3、掌握计算机控制系统的组成与功能、计算机控制系统分类教学重点：计算机控制系统的组成与功能、计算机控制系统分类教学难点：计算机控制系统的组成与功能相应毕业要求指标点：1.3教学内容：掌握计算机控制系统的组成（从控制系统的概念、硬件及软件的组成等方面了解）、计算机控制系统的分类及计算机控制系统的发展概况。学时分配：2学时。第二章 离散系统分析的数学基础教学目的与要求：1、了解信号的采样过程。2、熟悉采样周期的选择。3、掌握采样定理、零阶保持法、一阶保持法。4、了解线性常系数差分方程、脉冲响应。5、熟悉Z变换、脉冲传递函数教学重点：信号的采样过程，零阶保持法，

10、Z变换教学难点：信号的采样过程，零阶保持法，Z变换相应毕业要求指标点：1.1，1.3教学内容：（1）掌握采样、采样周期、采样信号、香农定理（采样信号的恢复）、单位脉冲函数等描述离散系统特征的基本概念。能正确理解采样过程及其数学描述。能根据系统有效信号的最大频率计算出相应的采样频率。（2）熟练掌握z变换的定义、z变换的重要性质、求取z变换的方法及常用的z变换公式。能用级数求和法（即根据定义直接求）求取z变换。（3）熟练掌握z反变换的含义及求取的方法（长除法和部分分式法）。能用z变换求解差分方程，理解离散系统、差分方程和z变换之间的关系，明白z变换在研究分析采样系统中所起的作用。学时分配：4学时。

11、第三章 计算机控制系统的数学描述教学目的与要求：1、掌握闭环系统脉冲传递函数。2、掌握离散系统稳态误差分析、离散系统稳定性分析。教学重点：闭环系统脉冲传递函数、离散系统稳态误差分析、离散系统稳定性分析。教学难点：闭环系统脉冲传递函数求取、离散系统稳态误差分析、离散系统稳定性分析。相应毕业要求指标点：1.1，1.3教学内容：（1）理解为建立计算机控制系统数学模型常用的两种方法的思想。掌握脉冲传递函数、广义对象的脉冲传递函数、闭环系统脉冲传递函数等重要概念的定义及求取方法。（2）掌握串联、并联、反馈环节的脉冲传递函数的求取。能从本质特点上理解并运用脉冲传递函数的概念解决采样系统性能分析的相关问题。

12、（3）理解采样系统的零极点分布情况对系统性能的影响，掌握计算机控制系统稳定性的判断方法及稳态误差的计算方法，理解影响稳态误差的主要因素。学时分配：4学时。第四章 数字控制器的设计方法教学目的与要求：1、熟悉计算机控制系统设计。2、掌握数字PID控制器的设计。3、掌握最少拍有纹波系统和无纹波系统。教学重点与难点： 教学重点：数字PID控制器的设计，最少拍有纹波系统和无纹波系统。教学难点：数字PID控制器的设计计算，掌握最少拍有纹波系统和无纹波系统设计计算。相应毕业要求指标点：3.2教学内容：（1）理解计算机控制系统设计中所包括的硬件设计和软件设计两方面的内容，掌握数字控制器设计中常用的模拟设计法

13、和直接数字设计法的思想和基本步骤。（2）掌握比例、积分、微分各环节对系统性能的影响，理解比例调节器、比例积分调节器和比例积分微分调节器在过程控制中所起的作用。掌握位置式及增量式PID算法的含义、表达式及各自的优缺点。（3）掌握数字PID调节器参数整定方法的种类及整定的步骤。理解标准PID算法中存在的缺陷及改进的方法。掌握采样周期的选择原则。能对系统进行仿真。（4）掌握最少拍控制系统的概念，掌握最少拍控制系统中数字控制器D(z)的设计步骤及计算方法。能根据已知条件设计最少拍数字控制器 D(z)，能分别绘制数字控制器和系统输出的波形图并加以分析。（5）理解最少拍控制系统所存在的缺陷，针对不同的缺陷

14、理解其对应的解决方法。掌握最少拍无纹波控制系统的设计方法及达林算法。理解振铃现象产生的原因、所造成的危害及克服的方法。学时分配：10学时。第五章 A/D,D/A及输入输出通道接口教学目的与要求：掌握数模转换的实现，输入输出通道组成及其接口教学重点：数字量模拟量相互转换的具体实现，相关接口及信息传递过程教学难点：数字量模拟量相互转换的具体实现相应毕业要求指标点：3.2教学内容：（1）理解过程输入输出通道的组成、功能、控制方式及接口设计中应考虑的问题。（2）理解模拟量输入通道的结构、各组成部分的作用、多路转换开关与CPU的接口、D/A、A/D转换器的原理、主要技术指标及其接口。（3）理解模拟量输出

15、通道的结构、D/A转换器产生尖峰的原因及抑制方法。（4）理解开关量输入输出通道的结构形式、各组成部分的作用、整形与电平变换、与CPU的接口。（5）理解干扰的来源、分类及相应的抗干扰措施。理解串模干扰和共模干扰的概念。学时分配：4学时第六章 工业控制计算机教学目的与要求：熟悉工控机硬件结构，掌握板卡的安装与测试，熟悉数据采集控制卡的工作原理教学重点：工控机硬件结构，板卡的安装与测试，数据采集控制卡的用途与种类教学难点：工控机硬件结构，板卡的安装与测试，数据采集控制卡的工作原理相应毕业要求指标点：5.2教学内容：（1）工控机硬件结构特点，工控机硬件组成，工控机选配，板卡的安装与测试，I/O信号的种

16、类与接线方式；（2）数据采集控制系统组成与功能，插入式数据采集控制卡的用途与种类工作原理，常用的数字量I/O卡，计数器接口卡，远程数据采集和控制模块。学时分配：2学时第七章 计算机控制系统的应用实例教学目的与要求：了解计算机控制系统的硬件设计和软件设计的基本流程。教学重点：通过实际机电控制系统的分析，从系统设计、算法、控制方式，控制分析，仿真全面理解计算机控制系统的设计与应用教学难点：理论与实际应用系统的结合讲解相应毕业要求指标点：3.2教学内容：（1）通过实际机电控制系统，了解计算机控制系统的硬件设计和软件设计的基本流程；（2）MATLAB及Simulink软件工具简介学时分配：2学时考核方式本课程考核采用闭卷考试的形式，考试的目的是不但要考查学生对本课程所学知识的掌握情况，而且要考核学生独立的见解和创造性的思维，采用科学公平的课程总成绩评定方法，提高学生学习本课程的主动性和积极性。采用多样化的考试方法，营造一个宽松的课程学习环境，减轻学生不必要的考试压力，激发学生对本课程的学习兴趣，促进学生的个性发展。总评成绩具体组成如下：总成绩=25%平时成绩（出勤、作业、测验）+25%实验成绩+50%期末考试成绩持续改进方法1、采用结合实际系统场景，理论结合实际。2、各章节布置一定量的习题。3、中段安排随堂测试。4、新一代计算机信息控制技术介绍。6、虚拟仿