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1、计算机控制技术一课程教学大纲课程中文名称：计算机控制技术I课程英文名称：Computer ControI Ied System I课程编号：C1134开课学期：6学时数：24学 分：1.5适用专业：电气工程及其自动化课程类型：专业拓展课先修课程：微机原理、传感器与检测技术、自动控制理论等一、课程性质本课程为电力系统及其自动化专业的专业拓展课，是一门理论和实践性结合非常密切的 技术课程，主要介绍计算机控制系统设计与分析的基础知识、原理和实现等技术。主要内容 包括数字程序控制的基本原理和设计，数字采样控制的基本理论，数字控制器的设计方法以 及微型计算机控制系统硬件构成和软件的组织与设计方法。课程理
2、论联系实际，硬件和软件 相结合，控制原理和典型应用相结合，旨在培养学生对计算机控制系统的分析和设计能力， 提高学生对计算机控制系统工程问题的分析问题和解决问题能力。二 课程目标通过本课程的学习，使学生了解计算机控制系统的类型和组成，对计算机控制系统的现 状及发展有一定的了解，初步掌握简单计算机控制系统的分析和设计方法，具备将计算机控 制技术的基本原理和方法应用于电气工程复杂工程问题的初步能力。课程内容要求掌握和熟悉计算机控制系统的输入输出、数据采集、数据处理、接口技术、 常用控制算法、抗干扰技术、计算机控制系统设计方法和步骤等技术；了解常用的现场总线 技术。为学生以后从事电气工程及其自动化专业
3、与计算机控制系统有关的工作打下初步基础, 培养工程创新能力。三、支撑的毕业要求课程对毕业要求的 支撑课程教学目标、达成途径和评价依据等毕业要求2具有从 事电气工程工作所 需的相关数学、自 然科学以及经济和 管理知识。教学目标：针对一些常用被控对象，能够建立被控对象数学模型 并进行系统性能分析，合理选择控制性能指标和计算机控制方案、 并进行方案对比和选择；设计可行的计算机控制律，并进行稳定性、 稳定精度及动态性能分析；对控制系统进行仿真控制，依据指定的 性能指标进行控制器参数调整，评估系统控制性能。对计算机控制 系统设计方法有较深刻的了解。达成途径：课堂讲解；课后作业；课后讨论。评价依据：平时课
4、堂表现，作业评定，大型作业报告结果，试卷成 绩等。评价方式：根据平时课堂表现、作业情况、大型作业报告步骤及仿 真结果，试卷成绩综合评定个人成绩。毕业要求5掌握基本的创新方法， 具有追求创新的态 度和意识；具有综 合运用理论和技术 手段设计电气工程领域的系统和过程 的能力，设计过程 中能够综合考虑经 济、环境、法律、 安全、健康、伦理 等制约因素。毕业要求4具备 设计和实施电气工 程实验的能力，并 能够对实验结果进 行分析；6掌握文献 检索、资料查询及 运用现代信息技术 获取相关信息的基 本方法。教学目标：理解计算机控制系统的基本概念；掌握计算机控制系 统分析和设计的基本理论、方法；掌握信号采样
5、、保持的有关知识; 掌握计算机控制系统的程序实现方法；掌握数字PID控制器设计方 法；掌握最小拍控制的设计方法以及纯滞后控制系统的设计方法。 了解计算机控制系统的抗干扰技术，了解计算机控制技术的发展现 状和发展趋势。达成途径：课堂讲解；平时作业；专题讨论。评价依据：平时作业；课程实验报告；期末考试试题。评价方式：评估平时作业的正确性与完整性，给出成绩；评估课 程实验报告的正确性与完整性，给出成绩；评价期末考试的得分率。教学目标：掌握计算机控制系统的组成、原理、接口技术、控制 算法、抗干扰技术、设计方法和步骤；通过一些简单的计算机控制 系统如液位控制、电机控制的设计，通过查阅文献，选择控制方案,
6、 设计控制算法，进行控制系统性能分析，仿真论证；选择传感器、 控制主机等硬件设备，编写控制程序，对系统进行仿真控制运行； 掌握计算机控制系统的仿真和分析方法；掌握对计算机控制技术以 及自动化相关知识的应用有较深刻了解。达成途径：课堂讲解；控制系统设计报告。评价依据：仿真结果或实验结果；专题讨论与报告。评价方式：评估仿真结果的合理性，实验控制运行结果的正确性, 给出成绩；结合设计报告，平时课堂表现，给出个人成绩。四、教学内容和学时安排 共24学时一计算机控制概论2学时1.1计算机控制系统的组成；L2计算机控制系统的分类、结构；1.3计算机控制系统的 发展趋势。重点和难点：计算机控制系统的组成及分
7、类；计算机控制系统的各种分类及工作方式。二计算机控制系统基础4学时2.1 信号的采样与Z变换采样理论，采样频率的选择。Z变换定义、Z变换和Z反变换性质和定理。2.2 离散控制系统的分析差分方程、脉冲传递函数、连续状态方程的离散化；计算机控制系统性能分析等。重点：z变换，差分方程、脉冲传递函数、连续状态方程的离散化；计算机控制系统的性 能分析。难点：连续状态方程的离散化；计算机控制系统的性能分析。三计算机控制系统的硬件技术2学时教学内容:计算机控制控制系统硬件结构;过程通道的一般结构;数字量输入输出接口； 模拟量输入接口；模拟量输出接口；计算机控制系统的总线简介。教学要求：了解过程通道的一般结构
8、；熟悉和掌握模拟量输入通道设计方法；熟悉和掌 握模拟量输出通道的设计方法；熟悉和掌握数字量尤其是开关量输入输出通道的实现方法。 了解计算机控制系统一般硬件结构及总线技术。重点和难点：模拟量输入输出通道设计；数字量输入输出通道的实现；模拟量输入输出 通道中信号的检测、变换过程。四计算机数字程序控制技术6学时4.1 数字程序控制基础一逐点比较法插补原理直线插补、圆弧插补；4.2 步进电机控制技术；4.3交流伺服电机概述重点和难点：数字程序控制的直线插补和圆弧插补原理及编程实现;步进电机控制原理。五计算机控制系统设计方法 6学时5.1 计算机控制系统的模拟化设计方法按连续系统设计的离散化方法，数字P
9、ID控制器设计。5.2 计算机控制系统的离散化设计方法最少拍无差系统的控制器设计方法有纹波控制器、元纹波控制器；纯滞后对象的控制算法大林算法、Smith预估器。5.3 数字控制器的程序实现方法重点和难点：PID控制器的程序实现；最小拍设计方法；Smith预估器原理。六集散控制系统及现场总线2学时1 ,分散型控制系统的结构及特点；2.工业网络技术、现场总线技术基本概念。重点和难点：集散控制系统的结构体系。七计算机控制系统抗干扰技术2学时1.硬件抗干扰技术；2.软件抗干扰技术，测量数据预处理技术。重点和难点：硬件抗干扰技术；各种干扰源和抗干扰方法。五 教学方法与手段本课程教学主要采用讲授、多媒体教
10、学、计算机仿真等教学方法与手段。六 考核方式课程考核成绩由平时成绩和课程结束考核成绩两部分组成。其中平时成绩占40%综合平 时课堂表现和平时作业综合评定，课程结束考查成绩占60%o七、教学参考书1 .教材：施保华.计算机控制技术.武汉：华中科技大学出版社20062 .参考书：于海生编，计算机控制技术，机械工业出版社，2011高金源编著，计算机控制系统，高等教育出版社，2010K. J. Astrom & B. Wittenmark,计算机控制系统-理论与设计（第三版），清华大学出版 社，2002高金源，计算机控制系统一理论、设计与实现，北京航空航天大学出版社，2001孙增圻，智能控制理论与技术，清华大学出版社，2000