微型计算机控制技术与系统.doc

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1、天津市高等教育自学考试课程考试大纲课程名称：微型计算机控制技术与系统 课程代码：0818、4179、4660第一部分课程性质与设置目的一、 课程性质与特点 本课程是我国高等学校各类自动化、电子与电气工程、计算机应用、机电一体化等专业的主干专业课程。本课程以计算机在过程控制中的应用技术为中心，主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。它以计算机控制系统的结构及特点为基础，讨论一些常用的、新型的控制算法和技术实现，是一门理论联系实际，系统性、实践性很强的课程。二、 课程设置的目的和要求 设置本课程，为了使考生能够掌握一些常用控制技术的原理、算法和设计

2、思想；学习计算机这种新型的工具，在工业控制应用中的特点和基本规律。具备对“工业计算机控制系统”进行分析的能力，扩展“微机应用”和“自控”方面的知识面，为今后从事相关的设计和生产活动打下基础。 通过本课程的学习，要求考生理解“微型计算机控制技术”的基本工程概念和原理，理解常用的系统结构和控制算法的应用，理论联系实际，提高对计算机过程控制的认识，在自控学科领域内，掌握基本的学习方法及分析问题，解决问题的能力。三、 与本专业其他课程的关系“微型计算机控制技术与系统”是电子、自控类专业的主干专业课程，它是“计算机应用”为了适应“工业控制领域”需要而发展起来的一项专门技术。这门课与“电子信息工程”专业许

3、多其他课程有着密切的关系。自动控制原理、单片微型计算机及其应用、微型计算机接口技术、可编程控制器、信号与系统是本课程的基础，数字电路、数字信号处理也与本课程有密切联系。第二部分课程内容与考核目标第一章 绪论一、 学习目的与要求通过本章学习，掌握计算机控制系统与工业控制机的组成和相关概念，了解计算机控制系统的发展概况和趋势。二、 考核知识点与考核目标（一）计算机控制系统概述（一般）识记：计算机控制系统的概念、组成、典型形式理解：计算机控制系统的工作原理（二）工业控制机的组成结构及特点（一般）识记：工业控制机的组成、特点理解：内部总线，外部总线的概念（三）计算机控制系统的发展概况和趋势（一般）识记

4、：计算机技术的发展阶段，计算机控制理论的发展过程了解：计算机控制理论的发展趋势第二章 输入输出接口与过程通道一、 学习目的与要求通过学习本章内容，掌握输入输出口与过程通道的相关概念，理解数字/模拟量输入输出通道的结构原理。能够对A/D转换器的转换误差和转换信号频率作相应计算，能够使用汇编指令编写简单的接口程序和A/D、D/A转换程序，了解硬件抗干扰技术。二、 考核知识点与考核目标（一）数字量输入输出通道（次重点）理解：数字量输入/输出通道的结构图，输入调理电路和输出驱动电路的功能（二）A/D转换器及其接口技术（重点）识记：A/D转换器的技术指标，A/D转换器常用芯片理解：A/D转换器原理，A/

5、D转换数在其与CPU接口的读入方法应用：能够编写8255对A/D转换器的采集程序（三）模拟量输入通道（重点）理解：模拟量输入通道的任务、组成，采样、量化、孔径时间的概念，I/V变换、多路模拟开关和采样保持的功能和原理。理解模拟量输入通道设计思路。（四）D/A转换器及其接口技术（重点）识记：D/A转换器的技术指标与常用芯片理解：D/A转换器的工作原理及其与PC总线的接口技术应用：能够编写应用于PC总线工业控制机接口的D/A转换程序。（五）模拟量输出通道（重点）理解：模拟量输出通道的任务和结构形式。单/双极性电压输出电路的输入输出关系式，模拟量输出通道的设计应用：设计简单的模拟量输出通道电路，并编

6、制输出程序。（六）硬件抗干扰技术（次重点）识记：供电、接地技术理解：干扰的来源和传播途径，串/共模干扰、长线传输干扰的定义及其抑制方法第三章 数字程序控制技术一、 学习目的与要求通过本章的学习，使考生掌握数字程序控制的基本概念、原理及应用技术。这里重点要求同学们掌握一种常用算法逐点比较法插补计算，理解逐点比较法插补的原理，并能够编写相应的汇编程序。同时对作为数字程序控制系统输出装置的“步进电机控制技术”做一了解。二、 考核知识点与考核目标（一）数字程序控制基础（重点）理解：数字程序控制的概念、原理，以及控制方式。（二）逐点比较法插补原理（重点）理解：逐点比较法插补的定义，直线插补计算和圆弧插补

7、计算的特点，区别，以及它们的程序实现 应用：按照逐点直线插补和圆弧插补法对给定条件进行列表计算、制图，并编制相应的汇编程序。（三）步进电机控制技术（次重点）理解：步进电机的功能、原理，工作方式。应用：绘制步进电机的时序波形图、电路原理图、和输出字表第四章 常规及复杂控制技术一、 学习目的与要求通过本章内容，学习计算机控制系统的常规及复杂控制技术，掌握它们的概念、工作方式以及应用，理解数字控制器的多种控制算法和各种数字控制器的设计思路。要求考生能够根据要求采用学到的知识求解数字控制器设计方面的问题。二、 考核知识点与考核目标（一）数字控制器的连续化设计技术（重点）理解：数字控制器的连续化设计步骤

8、，数字PID控制器的概念、控制算法、参数整定，数字PID控制器的改进应用：能够使用双线性变换法、前/后相插分法将连续控制器离散化为数字控制器。对数字PID控制器位置型/增量型控制算法能够进行简单的编程。（二）数字控制器的离散化设计技术（重点）识记：数字控制器离散化设计步骤理解：最少拍控制器的设计、最少拍有/无纹波控制器的设计思想和方法应用：能够应用所学到的知识完成对最少拍有/无纹波控制器系统的设计（三）纯滞后控制技术（重点）识记：振铃现象及其消除方法理解：史密斯预估控制，达林算法应用：能够通过史密斯预估控制求解控制器输出，使用达林算法设计数字控制器。（四）串级控制技术（重点）识记：串级控制系统

9、具有的功能理解：串级控制的结构和原理，串级控制算法（五）前馈-反馈控制技术（重点）识记：前馈控制的结构理解：前馈控制原理，前馈-反馈控制算法（六）解耦控制技术（次重点）理解：解耦控制原理和数字解耦控制算法（七）模糊控制技术（次重点）识记：模糊矩阵的概念理解：模糊控制原理和模糊控制器的设计第五章 现代控制技术一、 学习目的与要求通过本章学习，可以掌握三种现代控制理论中的设计法采用状态空间的输出反馈设计法、极点配置设计法、最优化设计法。通过这些方法，可以分析多输入、多输出系统和多变量系统。要求考生学会用这些方法解答相关习题，同时掌握这些新的控制系统分析工具。二、 考核知识点与考核目标（一）采用状态

10、空间的输出反馈设计法（重点）识记：连续状态方程的等效离散状态方程，最少拍无纹波系统的跟踪条件理解：输出反馈设计法的设计步骤应用：能够求解设计最少无纹波控制器D（z）得习题。（二）采用状态空间的极点配置设计法（次重点）理解：按极点配置设计控制规律的方法（三）采用状态空间的最优化设计法（次重点）理解：LQ最优控制器设计、状态最优估计器设计、LQG最忧控制器设计第六章 应用程序设计与实现技术一、 学习目的与要求通过本章学习，使考生了解计算机控制系统的应用程序的设计与实现技术，从而对计算机控制系统的软件部分形成整体的、结构化的认识，要求考生从计算机语言、数据结构、预处理、工程实现、可靠性等多方面掌握计

11、算机控制系统应用程序的设计和实现，提高软件开发能力。二、 考核知识点与考核目标（一）程序设计技术（次重点）理解：结构化、模块化设计的概念，程序设计的步骤（二）数据结构及其应用技术（重点）识记：数据、数据元素、数据对象、数据结构的概念理解：顺序结构、链型结构、树型结构应用：能使用数据查找技术和数据排序技术编写汇编程序（三）测量数据与处理技术（重点）识记：系统误差，越限报警处理理解：线性化处理和非线性补偿、标度变换方法（四）数字控制器的工程实现（次重点）识记：给定值处理、偏差处理的划分理解：自动手动切换（无平衡无扰动切换）（五）系统的有限字长数值问题（重点）识记：量化误差概念及其来源理解：A/D、

12、D/A即运算字长的选择（六）软件抗干扰技术（重点）理解：数字滤波技术（四种软件滤波法）、指令冗余技术，软件陷阱技术应用：能够编制相应的汇编程序来实现滤波和陷阱第七章 分散型测控网络技术一、 学习目的与要求通过本章的学习，掌握数据通信的一些基本知识和概念，进而对分散型测控网络技术有一个整体认识，要求能够对数据通信、工业局部网络、IEEE802标准以及现场总线建立起概念。二、 考核知识点与考核目标（一）数据通信技术）（重点）识记：异步传送、同步传送；面向字符和面向位的传送理解：平衡与不平衡传输技术，RS-422/RS-485接口应用及特点（二）工业网络技术（一般）识记：网络拓补结构、常用传输访问控

13、制方式，OSI层次结构，工业网络性能评价和选型理解：信息交换技术（分组交换），差错控制技术，IEEE802标准（三）分散型控制系统（DCS）（次重点）识记：DCS特点理解：DCS的概念，体系结构，MIS概念，MIS的组成（四）位总线（bitbus）通信网络技术（一般）理解：位总线的概念，位总线的通信规程（五）现场总线（Fieldbus）技术（次重点）理解：现场总线的概念，五种典型的现场总线及其特点第八章 计算机控制系统设计与实现一、 学习目的与要求通过本章的学习，掌握从计算机控制系统的整体设计到硬件、软件的开发过程，通过实例认识计算机控制系统时怎样实现，使考生对前面学过的内容做一应用上的总结，

14、同时激发其实践的兴趣。要求考生通过本章的学习，对计算机控制系统有一个整体上的认识。二、 考核知识点与考核目标（一）系统设计的原则与步骤（一般）理解：系统设计的原则和步骤（二）系统的工程设计与实现（一般）理解：系统总体方案设计、硬件总体方案设计、软件总体方案设计（三）计算机控制系统设计举例（一般）理解：该实例的设计思路和实现过程第三部分实践考核要求实验一、 A/D实验实验目的：了解ADC0809的工作原理，掌握它与CPU的接口方式及编程方法。实验内容：用电位器改变模拟电压的输入值，经A/D变换后读入单片机内部寄存器（A/D时钟由CPU挂箱时钟发生电路提供）。通过设置断点查看寄存器的内容。实验二、

15、 D/A实验实验目的：了解DAC0832的工作原理，掌握它与CPU的接口方式及编程方法。实验内容：单片机输出8位数字量，经D/A变换后输出。改变数字量，用万用表观察其输出电压的变化。实验三、8279键盘显示扩展实验实验目的：了解8279键盘显示控制器的工作原理，掌握其编程方法。实验内容：键盘操作时，CPU通过8279读取键值，再通过8279送至数码管显示。实验四、 炉温控制实验实验目的：了解温度控制系统的特点，研究大时间常数系统PID控制器的参数的整定方法。实验内容：学习应用PID算法进行炉温控制。 实验五、 电机调速实验实验目的：了解直流电机调速系统的特点，研究采样周期T对系统特性的影响，研

16、究电机调速系统PID控制器的参数的整定方法。实验内容：学习应用PID算法进行电机调速实验。 第四部分有关说明与实施要求一、 考核目标的能力层次表述本大纲在考核目标中，按照“识记”、“理解”、“应用”三个能力层次规定其应达到的能力层次要求，各能力层次之间为递进等级关系，后者必须建立在前者基础上。其含义为：识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述，是低层次的要求。理解：在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法分析和解决有关的理论问题和实际问题。应用：一般分为“简单应用”和“综合应用”，其中，“简单应用”指在理解的基础上能用学过的一两个知识点分析和解决简单的问题；“

17、综合应用”指在简单应用的基础上能用学过的多个知识点综合分析和解决比较复杂的问题，是最高层次的要求。二、 教材指定教材：微型计算机控制技术于海生主编清华大学出版社1999年版参考教材：微型计算机控制技术与系统 林敏主编中国轻工业出版社 1999版 计算机控制技术俞光昀主编电子工业出版社2000年版三、 自学方法指导1、考生在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅本大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点能力层次要求和考核目标，以便心中有数，重点突出，有的放矢地学习。2、在了解大纲内容的基础上，认真阅读教材，把握各章节的具体内容，吃透每个知识点，对基本概念深刻理解，对基本原理要彻底弄清，基本方法要牢固掌

18、握。3、在自学过程中，要做好阅读笔记，遇到不懂的问题、数学公式，要主动寻找相关资料，找到答案后，将资料名称和所在记录下来，养成纪录书目的习惯，为长期学习提供便利。要多整理，多总结。4、应尽可能的多做书后习题，注重理论联系实际，具体问题具体分析，在做题的过程中理解、消化、巩固所学知识。遇到困难的题目，首先回到教材中寻求答案，在解决实际问题的过程中进一步学习。四、 对社会助学的要求1、应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。2、应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。3、辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删内容，以免与大纲脱节。4、辅导时，应

19、对学习方法进行指导，宜提倡“认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动争取帮助，依靠自己学通”的方法。5、辅导时，要突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。6、注意对应考者能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导学生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，做出判断，解决问题。7、要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中会存在着不同难度的试题。8、助学学时：本课程共5学分，建议总课时不少于90学时章次课程内容助学学时1绪论42输入输出接口与过程通道123数字程序控制技术44常规及复杂控制技术165现代控制技术86应用程序设计与实现技术87分散

20、型测控网络技术128计算机控制系统设计与实现4实践18机动4总计90五、关于命题考试的若干规定1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章，适当突出重点。2、试卷中对不同能力层次的试题比例大致是：“识记”为20%、“理解”为50%、“应用”为30%。3、试题难易程度应合理：易、较易、较难、难比例为2：3：3：2。4、每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点65%，次重点25%，一般占10%。5、试题类型一般为：选择题、演算题、问答题、编程题6、考试采用闭卷笔试，考试时间150分钟，采用百分制评分，60分合格。六、题型示例： 选择题：当模拟全量程为-10+10V，求12位A/D转换器的转换结果。+2V对应的二进制数是多少？（ ）A、1BB、1BC、1BD、0B 演算题：已知模拟调节器的传递函数Gc（s）=（1+0.17s）/(0.085s),欲用数字PID算式实现,试分别写出相应的位置型和增量型PID算式.设采样周期T=1s问答题：（1） 前馈控制完全补偿的条件是什么？前馈和反馈相结合有什么好处？（2） 多变量控制系统解耦的条件是什么？ 编程题编制一个能完成中位值滤波加上算术平均值滤波的子程序。设对变量采样7次，7个采样值排序后取中间的3个采样值平均，每个采样值为12位二进制数。