1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程簡(jiǎn)介課程編號(hào)1240523007課程名稱計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程性質(zhì)必修學(xué) 時(shí)48學(xué) 分3學(xué)時(shí)分配授課：40 實(shí)驗(yàn)： 8 上機(jī)： 實(shí)踐： 實(shí)踐（周）：考核方式閉卷考試，平時(shí)成績(jī)占30% ，期末成績(jī)占70% 。開課學(xué)院信息工程學(xué)院更新時(shí)間適用專業(yè)自動(dòng)化專業(yè)先修課程高等數(shù)學(xué)、積分變換、電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、微機(jī)原理、單片機(jī)及接口技術(shù)、傳感器原理及應(yīng)用、自動(dòng)控制原理和現(xiàn)代控制理論等。課程內(nèi)容：本課程是自動(dòng)化專業(yè)（本科）的主干專業(yè)課，是一門實(shí)用性很強(qiáng)的、理論與實(shí)踐結(jié)合很緊密的課程。本課程從實(shí)用的角度，深入淺出地講述了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論和應(yīng)用。首先概括地介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2、的硬件基礎(chǔ)、數(shù)學(xué)模型以及系統(tǒng)特性；其次以經(jīng)典控制算法PID為基礎(chǔ)，講述了數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)方法，較深入地分析了PID算法的性能和參數(shù)整定；隨后重點(diǎn)講述了數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)方法，給出了最少拍控制器和狀態(tài)空間設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法；最后還對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)給予一定地闡述。本課程列舉了大量例題，使理論能聯(lián)系實(shí)際，給學(xué)生學(xué)習(xí)提供方便。Brief Introduction Code1240523007TitleComputer Control SystemCourse natureRequiredSemester Hours48Credits3Semester Hour St

3、ructureLecture：40 Experiment：8 Computer Lab： Practice：Practice (Week)：AssessmentClosed book examination, usually results accounted for 30%, the final grade accounted for 70%.Offered bySchool of Information EngineeringDateforAutomation ProfessionalsPrerequisiteAdvanced Mathematics, Functions of Compl

4、ex Variables & Integral Transformations, Electrical Circuits, Analog Electronic Technique, Digital Electronic Technique, Principle of Microcomputer, Single-chip Microcomputer and Interface Technology, Principle and Application of Sensing Device, Automatic Control Theory, etcCourse Description: This

5、course (for undergraduates) is a main professional lesson of the automation major, which is a very practical course combining theory with practice closely.From the application, in this course, the profound theory and application of computer control system are explained in a simple way. Firstly, the

6、basic hardware knowledge, mathematics pattern and characteristic of computer control system are introduced; Secondly, with the classic PID control algorithm as a basis, the continuous design method of the digital controller is discussed, and the function of PID control algorithm and how to confirm p

7、arameters of PID are thoroughly analyzed; Then, the discrete design method of the digital controller is stressed and the realization methods of the least step controller and the state space design are given out; Finally, the design and realization of computer control system and computer control netw

8、ork are discussed .A great deal of examples are enumerated in this course, which make theory link with practice closely and convenient for the students.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程教學(xué)大綱課程編號(hào)1240523007課程名稱計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程性質(zhì)必修學(xué) 時(shí)48學(xué) 分3學(xué)時(shí)分配授課：40 實(shí)驗(yàn)： 8 上機(jī)： 實(shí)踐： 實(shí)踐（周）：考核方式閉卷考試，平時(shí)成績(jī)占30% ，期末成績(jī)占70% 。開課學(xué)院信息工程學(xué)院更新時(shí)間適用專業(yè)自動(dòng)化專業(yè)先修課程高等數(shù)學(xué)、積分變換

9、、電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、微機(jī)原理、單片機(jī)及接口技術(shù)、傳感器原理及應(yīng)用、自動(dòng)控制原理和現(xiàn)代控制理論等。一、教學(xué)內(nèi)容第一章 緒論1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型1.3 計(jì)算機(jī)控制理論1.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例1.5 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展教學(xué)難點(diǎn)：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成和分類。教學(xué)重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成和分類。第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)2.1開關(guān)量輸入2.2開關(guān)量輸出2.3 模擬量輸入2.4 模擬量輸出2.5 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的電源2.6 信號(hào)的采樣與重構(gòu)2.7 數(shù)字濾波教學(xué)難點(diǎn)：輸入、輸出通道設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)處理。教學(xué)重點(diǎn)：模擬和數(shù)字輸入、輸出通道設(shè)計(jì)

10、以及數(shù)字濾波。第三章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型3.1 差分方程3.2 Z變換3.3 逆Z變換3.4 脈沖傳遞函數(shù)教學(xué)難點(diǎn)：脈沖傳遞函數(shù)。教學(xué)重點(diǎn)：Z變換、逆Z變換和脈沖傳遞函數(shù)。第四章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特性分析4.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性4.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性4.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差4.4 離散系統(tǒng)的根軌跡和頻率特性教學(xué)難點(diǎn)：離散系統(tǒng)的根軌跡法和頻率特性分析。教學(xué)重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性判定、動(dòng)態(tài)特性分析以及穩(wěn)態(tài)誤差求解。第五章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的間接設(shè)計(jì)法5.1 間接設(shè)計(jì)法概述5.2 基本設(shè)計(jì)方法5.3 數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)5.4 數(shù)字PID控制器算法的改進(jìn)5.5 數(shù)

11、字PID控制器的參數(shù)整定教學(xué)難點(diǎn)：改進(jìn)型數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)、數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定。教學(xué)重點(diǎn)：常規(guī)數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)以及數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定。第六章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的直接設(shè)計(jì)法6.1 直接設(shè)計(jì)法概述6.2 最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.3 純滯后對(duì)象的控制算法6.4 設(shè)計(jì)數(shù)字控制器的根軌跡法6.5 數(shù)字控制器的頻域設(shè)計(jì)法教學(xué)難點(diǎn)：數(shù)字控制器的根軌跡法和頻域設(shè)計(jì)法。教學(xué)重點(diǎn)：最少拍有波紋和無(wú)波紋數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)，史密斯預(yù)估器的設(shè)計(jì)，一階被控對(duì)象的大林算法以及振鈴現(xiàn)象抑制。第七章 數(shù)字控制器的狀態(tài)空間設(shè)計(jì)方法7.1 線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述及線性離散系統(tǒng)狀態(tài)空間7.2 線性定常離散系統(tǒng)的能

12、控性和能觀性7.3 狀態(tài)反饋設(shè)計(jì)法7.4 輸出反饋設(shè)計(jì)法7.5 狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)教學(xué)難點(diǎn)：狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)。教學(xué)重點(diǎn)：線性定常離散系統(tǒng)的能控性、能觀性判定以及狀態(tài)反饋設(shè)計(jì)法。第八章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟8.2 數(shù)字伺服系統(tǒng)8.3 雙閉環(huán)直流數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)8.4 電阻爐溫度控制系統(tǒng)8.5 數(shù)字程序控制系統(tǒng)教學(xué)難點(diǎn)：數(shù)字程序控制系統(tǒng)。教學(xué)重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和數(shù)字插補(bǔ)算法。第九章 嵌入式系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)控制9.1 概述9.2 嵌入式系統(tǒng)9.3 網(wǎng)絡(luò)控制教學(xué)難點(diǎn)：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。教學(xué)重點(diǎn)：嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)和分類，五種有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線。第十章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)10

13、.1 概述10.2 干擾的來(lái)源10.3 電源與供電系統(tǒng)的抗干擾措施10.4 信號(hào)傳輸通道的抗干擾措施10.5 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)10.6 故障診斷技術(shù)教學(xué)難點(diǎn)：系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)和故障診斷技術(shù)。教學(xué)重點(diǎn)：電源與供電系統(tǒng)的抗干擾措施和信號(hào)傳輸通道的抗干擾措施。二、教學(xué)要求第一章 緒論教學(xué)要求：熟悉計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成和系統(tǒng)分類；了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)教學(xué)要求：了解數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成、過程通道的作用與分類；掌握信號(hào)的采樣和量化，模擬和數(shù)字輸入、輸出通道的組成，A/D和D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)； 熟悉數(shù)據(jù)處理和數(shù)字濾波等方法。第三章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)

14、模型教學(xué)要求：掌握描述離散系統(tǒng)的差分方程和脈沖傳遞函數(shù)兩種數(shù)學(xué)模型；熟練掌握Z(yǔ)變換方法和逆Z變換方法。第四章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特性分析教學(xué)要求：熟悉計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性判定、動(dòng)態(tài)特性分析以及穩(wěn)態(tài)誤差求解；了解離散系統(tǒng)的根軌跡法和頻率特性分析。第五章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的間接設(shè)計(jì)法教學(xué)要求：熟練掌握數(shù)字控制器的間接設(shè)計(jì)方法；能夠設(shè)計(jì)數(shù)字PID控制器；理解抑制積分飽和的PID算法、不完全微分的PID算法、微分先行的PID算法、帶死區(qū)的PID控制、時(shí)間最優(yōu)PI控制；熟悉采樣周期的選擇原則，能用擴(kuò)充臨界比例度法選擇PID參數(shù)，用擴(kuò)充響應(yīng)曲線法選擇PID參數(shù)以及用歸一參數(shù)整定法、試湊法來(lái)確定PID參數(shù)。第

15、六章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的直接設(shè)計(jì)法教學(xué)要求：熟練掌握求解直接數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)以及最少拍有波紋和無(wú)波紋數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)；掌握史密斯預(yù)估器的設(shè)計(jì)以及一階、二階被控對(duì)象的大林算法實(shí)現(xiàn)；了解數(shù)字控制器的根軌跡法和頻域設(shè)計(jì)法。第七章 數(shù)字控制器的狀態(tài)空間設(shè)計(jì)方法教學(xué)要求：了解和掌握線性離散系統(tǒng)狀態(tài)空間描述以及線性定常離散系統(tǒng)的能控性和能觀性；熟悉狀態(tài)反饋設(shè)計(jì)法、輸出反饋設(shè)計(jì)法；掌握全維、降維狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法。第八章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)要求：了解和掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則和要求；掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)方法和步驟；通過實(shí)例熟悉計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、調(diào)試以及運(yùn)行的全過程；熟練掌握數(shù)字插補(bǔ)算法。第九章 嵌入式系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)控制教學(xué)要求：了解和掌握嵌入式系統(tǒng)的定義、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和分類，并通過具體實(shí)例熟悉其設(shè)計(jì)過程；熟悉工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)特征，了解五種有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線。第十章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)教學(xué)要求：掌握電源與供電系統(tǒng)的抗干擾措施，信號(hào)傳輸通道的抗干擾措施；了解系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)和故障診斷技術(shù)。三、章節(jié)學(xué)時(shí)分配章次總課時(shí)課堂講授實(shí)驗(yàn)上機(jī)實(shí)踐備 注11128623224225862686278628559441022總計(jì)48408四、教材與主要參考資料教材1李元春等計(jì)算機(jī)