计算机控制系统教学大纲

计算机控制系统ComputerControlSystem教学大纲课程编码：M722001课程学分：2适用学科：检测技术自动化、电气工程、控制理论与控制工程开课学院：电气与控制工程学院一、课程性质本课程是检测技术自动化、电气工程、控制理论与控制工程等研究生专业的专业必修课。二、课程教学目的当今计算机控制已逐渐取代模拟控制而成为工业控制和其它控制领域的主要实现方式，学习和掌握计算机控制的基本理论知识、分析与设计方法、以及常用的实现技术十分必要。本课程介绍计算机控制系统主要的描述、分析、设计及实现的方法和技术。配合上机和实验。使学生既具有扎实的理论知识又具有基本的分析、设计和实现的实际能力。三、教学基本内容及基本要求课程教学内容：1.计算机控制系统概述计算机控制系统的组成和分类。计算机控制系统的硬件构成、输入和输出接口，计算机控制系统的软件。2.计算机控制系统理论基础采样过程的数学表示、采样理论，数据保持原理、零阶保持器，采样频率的选择。Z变换理论：Z变换定义、Z变换方法，Z变换性质和定理，反Z变换方法。计算机控制系统的描述：差分方程描述，Z传递函数描述、复杂结构的Z传递函数，离散状态方程描述，各种描述形式的相互转换。计算机控制系统的分析：S平面、Z平面和W平面，计算机控制系统的稳定性，计算机控制系统的稳态误差，计算机控制系统的动态过程。3.计算机控制系统的间接设计法按连续系统设计的近似条件，离散化方法。4.计算机控制系统的直接设计法Z域根轨迹设计法,解析设计法(有纹波和无纹波最少拍控制器设计)，数字PID及其改进算法。5.纯滞后对象的计算机控制设计纯滞后对象的控制问题，大林控制算法，史密斯控制算法。6.计算机控制系统的状态空间设计方法离散状态方程，能控性与能观性，状态反馈控制器设计，状态观测器设计，极点配置方法等。7.先进控制算法与智能控制最优控制、预测控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制8.计算机控制系统的实现技术数字控制器的工程实现，软件抗干扰技术。课程的教学要求：要求学生掌握基本的信号和Z变换理论、计算机控制系统的描述形式及互相转换、离散系统分析方法，数字控制器的连续化与离散化设计技术、现代控制技术、线性离散系统的状态空间设计法，了解计算机控制系统常用的软、硬件和实现技术。四、本课程与其他课程的联系与分工先修课程：《自动控制原理》、《复变函数与积分变换》、《检测技术》等；后续课程：毕业设计、课题研究等。五、实践环节教学内容的安排与要求本课程拟安排3个实验（6学时）：内容：1.PID与数字PID控制实验（2学时）。2.温度、液位、直流电机（选一）计算机控制实验（2学时）。3.先进控制算法实验（单神经元网络、模糊控制器、纯滞后大林算法、最小拍控制实验任选一）（2学时）六、本课程课外练习的要求七、本课程的教学方法及使用现代化教学手段方面的要求教学过程中，注重理论联系实际，加强学生的概念理解。将工业过程控制、控制系统集成等实际案例引入到课堂教学之中，进行讨论式、互动式和案例式教学。课堂教学采用PPT，板书，课堂演示实验等方式加深学生对知识点的掌握。实验教学采用基于Matlab的硬件在回路实验设备，实现对真实对象的控制。八、本课程成绩的考查方法及评定标准总成绩以百分制计算，平时成绩占50%，期末成绩占50%。平时成绩由课堂成绩，实验成绩，小论文成绩三部分组成，所占比重分别为10%，30%，10%。期末成绩可采用期末考试方式，也可采用其他考核方式，由任课教师灵活制定。九、教材及参考书教材：《计算机控制系统》孙德辉，李志军，史运涛，董哲著国防工业出版社2010参考书：［1］何克忠，李伟编著，《计算机控制系统》，清华大学出版社，1998年［2］高金源，夏洁编著，《计算机控制系统》，清华大学出版社2007年1月十、课程各章节学时分配章节内容总学时讲授课时讨论、论文、实验、设计备注第一章计算机控制系统的基本概念及结构特点22第二章计算机控制系统理论基础：信号变换原理，差分方程，z变换理论，脉冲传递函数，线性离散控制系统的稳定性与稳态误差分析66第三章计算机控制系统间接设计法22第四章计算机控制系统直接设计法42PID与数字PID控制实验（2学时）第五章纯滞后对象的计算机控制设计