《微型计算机控制系统》课程电子教案

课程名称：计算机控制技术课程编号：学分学时：45学时分配:理论学时38实验学时7上机学时授课时间:～学年第学期授课班级：学生人数:人开课学院：电气学院任课教师:选用教材：《微型计算机控制技术》

第一章微型计算机控制系统概述主要知识点及教学用时安排1微型计算机控制系统的概念；2微型计算机控制系统的组成；3微型计算机控制系统的典型形式；4典型工业受控对象及其微型计算机控制系统；5实用计算机控制设备介绍；6微型计算机控制系统的发展概况及趋势。2课时备注（实验、上机、课外学习等安排）无本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：1.让学生从宏观的角度去了解计算机控制系统是什么样的一个东西，了解作为自动化专业的学生为什么要熟悉和学习计算机控制系统课程，知道计算机控制系统的发展由来及基本概况；2.了解计算机控制系统在工业、农业、航空以及日常生活中各个领域的发展和应用方式及特点，激发学生对学习计算机控制系统的浓厚兴趣；3.对计算机控制系统有基本的了解，增宽学生对计算机控制系统背景知识的了解。本章教学内容摘要：1.为什么学习计算机控制系统；2.什么是计算机控制系统；3.计算机控制系统的实时性概念；4.计算机控制系统的应用领域；5.本课程的要求与安排；6.计算机控制系统的基本构成和相应的基本功能；7.计算机控制系统发展概况；8.计算机控制系统的应用特点；9.计算机控制系统的典型形式；10．计算机控制系统的发展趋势；本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：本章节的教学重点与难点：在了解计算机控制系统知识的基础上，激发学生对计算机控制系统的学习兴趣，让学生知道如何去学习计算机控制系统，对学好本课程有足够的信心，知道应该在接下来的课程学习中如何去学习；教学方法和手段：以基本介绍为主，多举学生生活中天天见到的计算机控制系统为例子，挖掘他们对课程的潜在兴趣，激发他们的学习欲望。教学反馈（作业、测试、答疑、交流等情况）：课间和课后与学生进行交流，以反馈学生对计算机控制系统的了解和兴趣程度，掌握学生对这门课程知识的求知欲望和兴趣，了解学生对学好本课程的信心程度。学生通过本章学习对计算机控制系统有了基础的认识，普遍对课程产生了较大的兴趣。课程教学小结：学生可以基本掌握本章内容，本章内容的教学将对学生掌握该课程的学习内容后熟悉未来就业方向和就业企业会有较大影响。课程考核及教学目标达成情况:作为课程考核的内容，以及课程认识和入门的关键部分，教学目标基本达成，学生对课程有了较深入的认识，兴趣浓厚。教学反思（存在的主要问题）：课程内容不够形象生动。改进方案：PPT中应加入一些生动的动画或者形象的例子来加深学生的认识，引起学生的兴趣。第二章PC总线工控机和专用控制器介绍主要知识点及教学用时安排1工控机的主要特点及结构；2PC总线标准规范；3PC总线工控机主要类型、主板及扩展板卡；4专用控制器介绍。1课时备注（实验、上机、课外学习等安排）无本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：1.让学生对工业控制计算机的基本概念以及分类能有基础的认识，从根本上熟悉工业控制计算机；2.掌握工业控制计算机的组成结构；3.掌握工业控制计算机的主要特点；4.了解PC总线标准规范；5.增宽学生对专用控制器知识的了解本章教学内容摘要：1.工业控制计算机的主要特点及结构；2.PC总线标准规范；3.PC总线工控机主要类型、主板及扩展板卡；4.部分专用控制器的介绍。本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：重点是工控机的主要特点与结构、PC总线标准规范；难点是PC总线标准规范。针对本章零散的知识点，如何让学生能够将这些知识点连贯起来，学过一遍之后能够记住这些知识点。多提为什么，将诸多零散的知识点串接的讲，将本章节内容连贯起来，抓住主线，帮助学生掌握对本章内容和知识点。采用电子课件进行课堂教学，将工控机进行课堂展示。教学反馈（作业、测试、答疑、交流等情况）：课后与学生进行答疑和交流，以反馈学生对本章内容的掌握程度，学生对于总线标准和规范的理解不够深入，学生希望这部分内容在教学时更偏向于实际应用，理论部分过多，难以消化和掌握。课程教学小结：作为课程考核的内容，以及课程认识和入门的关键部分，教学目标基本达成。学生基本可以理解本章内容，但是无法掌握和深入理解，对总线规范部分比较陌生。课程考核及教学目标达成情况:本章节作为课程考核中基本知识点的主要内容，可作为填空、选择等提醒；考核情况良好，可以达成教学目标。教学反思（存在的主要问题）：内容不够新，知识点提炼不够，理论部分过多，知识点不够形象，难以让学生更直接具体的理解教学内容。改进方案：不断更新课堂教学内容，提炼重要知识点进行讲解，并配以图片、比较、实物图等辅助教学工具和手段，不断提高教学效果。第三章输入输出接口及输入输出通道主要知识点及教学用时安排1输入输出接口设计；2数据信息的输入输出控制方式；3数字量和模拟量输入输出通道的基本组成；4基于实际系统的输入输出接口与通道的设计。4课时备注（实验、上机、课外学习等安排）实验2个，4个课时。本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：1掌握数据信息的输入输出控制方式。2掌握输入输出接口设计。3掌握模拟量输入输出通道设计。4掌握数字量输入输出通道设计。5掌握脉冲量输入输出接口设计。对于学生毕业时能够掌握计算机控制系统以及反馈或者I/O输出通道的熟悉与设计等要求，可起到辅助掌握和设计依据。本章教学内容摘要：1输入输出接口设计；2数据信息的输入输出控制方式；3数字量和模拟量输入输出通道的基本组成；4基于实际系统的输入输出接口与通道的设计。本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：重点是数据信息的输入输出控制方式、输入输出接口设计、输入输出通道设计。；难点是模拟量输入输出通道设计。采用电子课件进行课堂教学，实验课教学。教学反馈（作业、测试、答疑、交流等情况）：教学反馈表明学生对于这部分内容比较感兴趣，但是对于各种I/O接口和信号量会在哪种实际场合中用到感到无法深刻体会和掌握；此外，由于部分学生对于电路和电子技术课程的学习不够扎实，对于各种硬件电路中的基本原理掌握不到位。课程教学小结：学生基本可以掌握本章内容，少部分学生对硬件电路原理掌握不到位。课程考核及教学目标达成情况:本章内容可作为考核中的基本知识点，作为填空选择题和简答题等题型，也可作为设计应用类等题型；基本达成教学目标。教学反思（存在的主要问题）：面对不同层次的学生，没有照顾到学习基础较差的学生，对教学中各种电路的应用没有做一些实践和实例方面的介绍，提升理论知识的方面有所欠缺。改进方案：面对不同层次的学生，尽量在教学过程中对学过的课程中的基本知识点进行简要的复习，提高教学效果；同时对教学中各种电路的应用场合和适用范围作一些实例的简要介绍。第四章数字控制器的模拟化设计技术主要知识点及教学用时安排1.数字控制器的模拟化设计步骤；2.数字PID控制器的设计、改进、参数整定。6课时备注（实验、上机、课外学习等安排）实验1个，3个课时本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：1.掌握数字PID控制器的设计；2.积分作用的改进；3.微分作用的改进以；4.数字PID控制器的参数整定。对于学生毕业时能够掌握数字PID控制器的设计，可起到帮助作用。本章教学内容摘要：1.数字控制器的模拟化设计步骤；2.数字PID控制器的设计；3.数字PID控制器的改进；4.数字PID控制器的参数整定。本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：重点是数字PID控制器的设计、积分作用的改进、微分作用的改进以及数字PID控制器的参数整定；难点是数字PID控制器的参数整定。采用电子课件进行课堂教学，实验课教学。教学反馈（作业、测试、答疑、交流等情况）：学生的作业反应了学生对于设计的方法没有全部掌握，PID中各个参数对于系统的影响和作用无法融会贯通，对于参数整定的内容只是一知半解。课程教学小结：学生基本可以掌握本章内容，对于部分内容理解不深刻，无法全面掌握。课程考核及教学目标达成情况:本章内容可作为考核中的主要知识点，主要作为设计应用类等题型；基本达成教学目标。教学反思（存在的主要问题）：学生对于本课程的一些前期应该具备的课程知识掌握较薄弱，学生对于知识的应用不够灵活，应用到其他相关课程的知识时经常需要反复，回去复习后才能熟练运用。改进方案：加强对理论部分的提炼，对PID的设计与理论学习部分内容加入适当的实例，让学生更加形象、更加深入地掌握该部分的知识，对于参数整定内容也可适当加入实践教学。第五章数字控制器的直接设计技术主要知识点及教学用时安排1.数字控制器的直接设计步骤；2.最少拍无差系统的设计；3.达林控制算法。5课时备注（实验、上机、课外学习等安排）无本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：1.掌握最少拍快速有波纹系统的设计方法；2.最少拍无波纹控制系统设计；3.达林控制算法。对于学生毕业时能够掌握数字控制器的直接设计，可起到帮助作用。本章教学内容摘要：1.最少拍快速有波纹控制器的设计步骤；2.最少拍快速无波纹控制器的设计步骤；3.达林控制算法控制器的设计步骤。本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：重点是最少拍快速有波纹控制器的设计、最少拍快速无波纹控制器的设计、达林控制算法控制器的设计；难点是闭环系统脉冲传递函数的构造、振铃现象的消除。采用电子课件进行课堂教学，实验课教学。教学反馈（作业、测试、答疑、交流等情况）：根据作业和答疑交流，学生对于最少拍快速有波纹和最少拍无波纹系统的设计有所混淆，而对于大林算法中的计算存在不少困惑。课程教学小结：学生基本可以掌握本章内容，学生对于设计中用到的自动控制原理方面的知识比较欠缺。课程考核及教学目标达成情况:本章内容可作为考核中的主要知识点，主要作为设计应用类等题型；基本达成教学目标。教学反思（存在的主要问题）：没有考虑到学生对课程所需基础知识的欠缺问题，造成学生学习效果不理想。改进方案：根据教学需要，可帮助学生复习和讲解应用到的其他相关课程知识点，同时加强实践教学。第六章现代控制技术主要知识点及教学用时安排1自适应控制算法；2模糊控制算法。2课时备注（实验、上机、课外学习等安排）无本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：1掌握模型参考自适应算法原理。2掌握自校正算法原理。3了解PID自整定控制算法。4掌握模糊控制算法原理。5了解模糊自适应整定PID控制算法。对于学生毕业时能够了解自适应控制算法和模糊控制算法，可起到帮助作用。本章教学内容摘要：1自适应控制算法；2模糊控制算法。本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：重点是自适应控制算法和模糊控制算法的原理，参数自整定PID控制算法。难点是基于自适应控制技术和模糊控制技术的参数自整定PID控制算法。采用电子课件进行课堂教学。教学反馈（作业、测试、答疑、交流等情况）：根据答疑交流，学生对参数自整定PID控制算法的设计感到比较困惑。课程教学小结：学生基本可以理解本章内容，但是无法掌握和深入理解，对现代控制理论比较陌生。课程考核及教学目标达成情况:本章内容仅作为考核中的基本知识点，作为填空、选择题、简答题和简单计算题等题型；基本达成教学目标。教学反思（存在的主要问题）：理论部分过多，学生理论基础不足，知识点不够形象，难以让学生更直接具体的理解教学内容。改进方案：不断更新课堂教学内容，提炼重要知识点进行讲解，并配以图片、比较、实物图等辅助教学工具和手段，不断提高教学效果；加强先导课程的学习。第七章微型计算机控制系统应用软件主要知识点及教学用时安排1计算机控制系统软件概述；2常用控制程序设计。4课时备注（实验、上机、课外学习等安排）无本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：掌握常用控制程序，包括报警程序、数字滤波程序、线性化处理程序、标度变换程序和PID算法程序。对于学生毕业时能够掌握一些常用控制程序的设计，可起到帮助作用。本章教学内容摘要：1计算机控制系统软件概述；2常用控制程序设计。本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：重点是报警程序、数字滤波程序、线性化处理程序、标度变换程序和PID算法程序；难点是数字滤波程序、PID算法程序。采用电子课件进行课堂教学。教学反馈（作业、测试、答疑、交流等情况）：根据作业和反馈交流，学生基本掌握本章内容知识，仅在各种数字滤波算法适用的场合存在疑问。课程教学小结：学生基本可以理解本章内容，但是对各种数字滤波算法的不同原理与应用的掌握上有所欠缺。课程考核及教学目标达成情况:本章内容可作为考核中的主要知识点，主要作为设计应用类等题型；基本达成教学目标。教学反思（存在的主要问题）：学生对知识的应用不够灵活，尤其是对于滤波算法的编程和应用不够熟练。改进方案：加强学生对于编程和计算机控制技术的融合，多举例讲解，充分认识不同滤波算法的应用和可能取得的效果，课后布置相关的作业提高学习效果。第八章组态软件应用技术主要知识点及教学用时安排1常用组态软件基础；2基于项目案例的组态软件应用。4课时备注（实验、上机、课外学习等安排）无本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：了解实时工业控制软件包iFIX、MCGS组态软件、WinCC组态软件。对于学生毕业时能够了解控制系统组态软件的应用，可起到帮助作用。本章教学内容摘要：1常用组态软件基础；2基于项目案例的组态软件应用。本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：重点是基于项目案例的组态软件应用。难点是监控软件的具体设计方法。采用电子课件进行课堂教学。教学反馈（作业、测试、答疑、交流等情况）：课后与学生进行答疑和交流，学生对本章内容学习不存在困难和疑问。课程教学小结：学生基本可以掌握本章内容。课程考核及教学目标达成情况:本章考核时作为设计应用类题；考核情况良好，可以达成教学目标。教学反思（存在的主要问题）：由于课时限制，所能了解的组态软件有限。改进方案：增加生活和生产中更形象的例子讲解，提高学生的学习兴趣，拓宽视野。第九章微型计算机控制系统设计及应用实例主要知识点及教学用时安排1微型计算机控制系统设计的原则；2微型计算机控制系统设计的步骤；3温度控制系统的软硬件设计。3课时备注（实验、上机、课外学习等安排）无本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：掌握掌握微型计算机控制系统设计的原则、步骤。对于学生毕业时能够了解整个计算机控制系统的设计过程，可起到帮助作用。本章教学内容摘要：1微型计算机控制系统设计的原则；2微型计算机控制系统设计的步骤；3温度控制系统的软硬件设计。本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：重点是微型计算机温度控制系统设计的过程与方法；难点是温度控制系统中模拟量输入输出通道的具体设计，相关应用软件的设计。采用电子课件进行课堂教学。教学反馈（作业、测试、答疑、交流等情况）：课后与学生进行答疑和交流，学生对本章内容学习不存在困难和疑问。课程教学小结：学生基本可以掌握本章内容。课程考核及教学目标达成情况:本章考核时作为设计应用类题；考核情况良好，可以达成教学目标。教学反思（存在的主要问题）：例子过于陈旧。改进方案：增加生活和生产中更形象的例子讲解，提高学生的学习兴趣，拓宽视野。第十章微型计算机控制系统的可靠性设计主要知识点及教学用时安排1噪声的种类与抗干扰三要素；2微型计算机控制系统硬件可靠性设计；3微型计算机控制系统软件可靠性设计。2课时备注（实验、上机、课外学习等安排）无本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：掌握掌握噪声的种类与抗干扰三要素、微型计算机控制系统软硬件可靠性设计的方法。对于学生毕业时能够了解计算机控制系统的可靠性设计，可起到帮助作用。本章教学内容摘要：1噪声的种类与抗干扰三要素；2微型计算机控制系统硬件可靠性设计；3微型计算机控制系统软件可靠性设计。本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：重点是微型计算机控制系统硬件电路和系统软件的可靠性设计方法；难点是微型计算机控制系统硬件电路的抗噪声干扰设计。采用电子课件进行课堂教学。教学反馈（作业、测试、答疑、交流等情况）：根据答疑和交流的结果，学生对于基本掌握了理论知识部分，但是对于知识应用有所欠缺。课程教学小结：学生基本可以掌握书本上的理论知识，但对于实际系统的可靠性设计仍束手无策。课程考核及教学目标达成情况:作为课程基本知识点考核，作为选择填空题或者简答题类型。基本达成教学目标。教学反思（存在的主要问题）：学生对知识的应用不够灵活，无法将知识点与实际相结合。改进方案：加强知识点与实例的结合进行讲解，加强学生对知识点的掌握。第十一章网络集成计算机控制系统主要知识点及教学用时安排1.集散控制系统；2.现场总线控制系统。2课时备注（实验、上机、课外学习等安排）无本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：掌握集散控制系统和现场总线控制系统的基本原理与结构。对于学生毕业时能够了解计算机网络控制系统的情况，可起到帮助作用。本章教学内容摘要：1.集散控制系统的原理、结构、数据通信和实例；2.现场总线控制系统的原理、总线标准和实例。本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：重点是集散控制系统的结构、数据通信和实例；现场总线控制系统的原理、总线标准和实例；难点是集散控制系统的数据通信，现场总线控制系统的总线标准。采用电子课件进行课堂教学。教学反馈（作业、测试、答疑、交流等情况