2010版030532011计算机控制技术教学大纲.pdf

030532011 计算机控制技术教学大纲 课程代码：030532011 课程英文名称：Computer Control Technology 课程总学时：40 讲课：40 实验：0 上机：0 适用专业：计算机科学与技术 大纲编写（修订）时间：2010.6 一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标 本课程是计算机科学与技术专业的专业基础选修课，主要任务是使学生掌握计算机控制系统的特点、原理、设计方法和工程设计，使学生掌握计算机控制系统技术及应用，了解 DCS的技术开发方法，并能结合工程实际进行计算机控制系统的设计为今后工作打下基础。通过本门课程的学习，使学生具有分析和设计计算机控制系统所需的知识，培养学生分析问题和解决问题的能力。本课程的目的是使学生了解并熟练掌握计算机控制系统的基本概念、基本理论和基本方法的基础上，并结合本专业的特点，使其能利用计算机完成常规的自动控制过程的分析与设计，为毕业后进行工业控制的运用与设计打下良好的基础。（二）知识、能力及技能方面的基本要求 通过本门课程的学习，要求学生掌握计算机控制系统基本理论知识，并具备一定的实际工作能力。主要掌握运用设计方法对不同应用实例进行分析与总体设计。1 了解计算机系统的组成、分类及特点 2 掌握 DDC系统的组成和结构 3 掌握输入/输出通道的组成原理及通道的设计 4 学会分析系统干扰，并掌握干扰抑制的方法 5 掌握常规及复杂控制算法的分析与设计原理 6 掌握近代控制算法的分析与设计原理 7 掌握 PID算法的工程设计技术及其功能块的实现（三）实施说明 由于本课程是专业基础课，并且内容更新较快，在讲授具体内容时，应注重原理性讲解和特点介绍，使学生摆脱死记硬背的学习方法。要提高学生的基本素质和应用能力，必须改变传统的教学手段。要利用多媒体授课；提高学生的主观能动性，同时根据计算机控制系统发展迅速的特点，应不断更新讲授内容。根据课程的性质和特点，本课程的教学具体应注意以下几点：1 教师必须根据教学大纲的知识层次要求，以文字教材为基本内容进行辅导，在比较抽象的地方加于课件的生动教学，要避免文字教材单纯的重复，而忽视对学生基本编程能力的指导。2 在条件允许的情况下，可安排学生参加一定项目的开发活动。（四）对先修课的要求 本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。本课程主要的先修课程为：复变函数与积分变换。要求学生学习本课程之前应取得复变函数与积分变换课程的学分。（五）对习题课、实验环节的要求 讲授每个部分内容同时适当多指导学生做习题，题量因各章内容各异，故不专门安排单独的习题课。（六）课程考核方式 1.考核方式：考查 2.考试方法：笔试、开卷，大作业 3.总评成绩的计算方法为：总评成绩=期末考试成绩70%+平时总评成绩30%（七）主要参考书目 计算机控制技术（第 2 版），姜学军编著，清华大学出版社，2010年 微型计算机控制技术，于海生编，清华大学出版社，1999 微型计算机控制技术，赖寿宏编，机械工业出版社，1999 计算机控制基础（第 2 版），李嗣福编，中国科学技术大学出版社，2006 计算机控制系统的原理与方法，刘松强编，科学出版社，2007 二、中文摘要 本课程为计算机科学与技术专业的专业选修课之一。它以自动控制理论和计算机技术为基础，以计算机为控制工具，介绍计算机控制系统的基本知识和基本应用技术，讲授数字控制系统的基本原理，数字采样控制的基本理论，是一门综合性较强的课程。通过本课程的学习，培养学生的创新意识、创新能力，培养学生的独立思考、分析问题和解决问题的能力，学会和掌握控制器的设计方法以及计算机控制系统硬、软件的组织与设计，为今后控制系统的设计、开发和实现打好坚实的基础。三、课程学时总体分配表 序号 章节名称 学时 讲课 实验 上机 1 绪论 2 2 0 0 2 Z 变换及 Z 传递函数 6 6 0 0 3 计算机控制系统分析 4 4 0 0 4 计算机控制系统离散化设计 8 8 0 0 5 计算机控制系统模拟化设计 8 8 0 0 6 离散最优控制 4 4 0 0 7 复杂控制规律系统设计 8 8 0 0 合计 40 40 四、教学内容及基本要求 第 1 部分 绪论 总学时(单位：学时)2学时 讲课 2 学时 实验 0 学时 上机 0 学时 具体内容 1 计算机控制系统概述 2 信号的采样过程 3 采样定理 4 信号的恢复与零阶保持器 重点：信号的采样过程、采样定理、信号的恢复与零阶保持器 第 2 部分 Z 变换及 Z 传递函数 总学时(单位：学时)6 学时 讲课 6 学时 实验 0 学时 上机 0 学时 具体内容 1 Z 变换定义与常用函数的 Z 变换 2 Z 变换的性质与定理 3 Z 反变换 4 线性定常离散系统的差分方程及其解 5 Z 传递函数 重点：Z 变换定义、Z 变换的性质与定理 难点：Z 传递函数 第 3 部分 计算机控制系统分析 总学时(单位：学时)4 学时 讲课 4 学时 实验 0 学时 上机 0 学时 具体内容 1 S 平面与 Z 平面关系 2 离散系统输出响应的一般关系式 3 Routh稳定性准则在离散系统的应用 4 离散系统的过渡响应分析 5 离散系统的稳态准确度分析 重点：S 平面与 Z 平面关系 难点：Routh稳定性准则在离散系统的应用 第 4 部分 计算机控制系统的离散化设计 总学时(单位：学时)8 学时 讲课 8 学时 实验 0 学时 上机 0 学时 具体内容 1 最少拍计算机控制系统设计 2 无波纹最少拍计算机控制系统设计 3 扰动作用下计算机控制系统设计 4 复合控制系统设计 5 数字控制器的计算机程序设计 重点：无波纹最少拍计算机控制系统设计 难点：数字控制器的计算机程序设计 第 5 部分 计算机控制系统模拟化设计 总学时(单位：学时)8 学时 讲课 8 学时 实验 0 学时 上机 0 学时 具体内容 1 模拟控制器的离散化方法 2 PID控制的基本形式及数字化 3 数字 PID的控制效果 4 数字 PID控制算法 5 数字 PID控制算法的改进 5 数字 PID控制器的参数整定 重点：PID控制的基本形式及数字化，数字 PID控制算法 难点：数字 PID控制器的参数整定 第 6 部分 离散最优控制 总学时(单位：学时)4 学时 讲课 4 学时 实验 0 学时 上机 0 学时 具体内容 1 离散极小值原理 2 离散极小值控制 3 离散动态规划原理 4 离散动态控制 重点：离散极小值原理、离散动态规划原理 难点：离散极小值控制、离散动态控制 第 7 部分 复杂控制规律系统设计 总学时(单位：学时)8 学时 讲课 8 学时 实验 0 学时 上机 0 学时 具体内容 1 大林算法 2 史密斯预估算法 3 纯滞后信号的产生 4 串级控制 5 前馈控制 6 解耦控制原理 7 解耦控制器设计 重点：大林算法、纯滞后信号的产生、解耦控制原理 难点：大林算法、解耦控制器设计 编写人：姜学军 李筠 王琢 审核人：姜学军 批准人：张焕君