《計算機控制系統(tǒng)》課程教學大綱課程編碼：AL040670課程性質(zhì)：專業(yè)限選課程適用專業(yè)：電氣工程及其自動化學時學分：40學時2.5學分所需先修課：電路原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機原理及應用一、課程說明1．課程簡介計算機控制系統(tǒng)是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)限選課程。本課程的教學內(nèi)容有計算機控制系統(tǒng)的基本原理，計算機控制技術(shù)的應用現(xiàn)狀、最新發(fā)展以及發(fā)展趨勢，計算機控制系統(tǒng)的硬件原理組成，常規(guī)和復雜控制技術(shù)及其程序?qū)崿F(xiàn)，計算機系統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)、計算機系統(tǒng)基本開發(fā)技術(shù)。該課程的先修課是電子技術(shù)、單片機原理及應用等，這些課程的學習，為本課程奠定數(shù)學基礎(chǔ)。本課程是一門應用面較廣，綜合性較強的專業(yè)課，通過學習計算機控制系統(tǒng)的基本開發(fā)技術(shù)，培養(yǎng)學生初步工程設(shè)計的經(jīng)驗。2．教學目標要求本課程以構(gòu)成計算機控制系統(tǒng)的軟、硬件，以及實現(xiàn)工業(yè)自動化的控制策略為核心，主要討論計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)及總線規(guī)范、工業(yè)過程通道與遠程I/O模塊、控制算法與控制規(guī)律、工控機系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)以及工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的設(shè)計方法等。通過本課程的學習，達到以下基本要求：1）了解微機控制技術(shù)在工程中的應用；計算機控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。2）熟悉微型計算機控制系統(tǒng)的一般概念、組成和典型應用方式；輸入輸出接口技術(shù)；過程通道和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；常規(guī)及復雜控制技術(shù)；分散型測控網(wǎng)絡技術(shù)；計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。3）掌握基本輸人輸出接口技術(shù)；基本輸人輸出過程通道的軟硬件設(shè)計與實現(xiàn)；數(shù)字PID控制算法,應用程序設(shè)計與實現(xiàn)；一般的常規(guī)及復雜控制技術(shù)；控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、設(shè)計要點和應用；集散控制系統(tǒng)及其控制器；計算機控制系統(tǒng)的工程設(shè)計與實現(xiàn)等。3．教學重點難點1）過程計算機的輸入輸出接口技術(shù)及其設(shè)計。2）控制策略以及計算機集散控制系統(tǒng)計算與設(shè)計。4．學時分配表次序教學內(nèi)容理論課學時數(shù)實驗課學時數(shù)第一部分緒論2第二部分接口技術(shù)，總線規(guī)范及工業(yè)過程通道8第三部分控制算法與控制技術(shù)144第四部分應用程序設(shè)計技術(shù)4第五部分分布式測控網(wǎng)絡技術(shù)4第六部分工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的設(shè)計方法4小計364總計405．主要教法、學法本課程教學以多媒體教學和動畫演示方式，以課堂講授為主、自學和討論為輔的方式開展教學，著重對學生的分析問題能力、理論綜合能力以及實驗研究能力等方面的培養(yǎng)，提高學生綜合分析問題和解決問題的能力。6．考核方式及標準1）考核目的：考核學生對基本輸人輸出過程通道的軟硬件設(shè)計與實現(xiàn)的掌握程度；數(shù)字PID控制算法，一般的常規(guī)及復雜控制技術(shù)的理解和設(shè)計能力。2）考核形式：開卷筆試。3）主要考核內(nèi)容：微型計算機控制系統(tǒng)的一般概念、組成和典型應用方式；輸入輸出接口技術(shù)；過程通道和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；常規(guī)及復雜控制技術(shù)；應用程序設(shè)計與實現(xiàn)；分散型測控網(wǎng)絡技術(shù)；計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。4）考核題型：填空，選擇，分析，計算。5）成績評定：考試成績占總成績的70%，其他（包括考勤、作業(yè)、討論等）成績占總成績的30%。二、各部分教學綱要第一部分緒論（2學時）教學目標1）了解工控機系統(tǒng)的主要特點、基本要求和分類，工控機系統(tǒng)的工作過程。2）實時性和可靠性對工控機系統(tǒng)的主要作用。本部分重點培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際，掌握計算機控制系統(tǒng)的主要特點和結(jié)構(gòu)。本部分難點計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。教學內(nèi)容1.計算機控制系統(tǒng)概述。2.計算機控制系統(tǒng)的典型型式。第二部分接口技術(shù)及總線規(guī)范及工業(yè)過程通道（8學時）教學目標了解PC/IPC的內(nèi)部總線和外部總線，掌握RS-23/422/485接口電氣規(guī)范，ISA總線、PCI總線的主要性能指標；掌握工業(yè)過程數(shù)字量通道用到的最基本的最典型的單元電路。掌握模擬量輸入過程通道和輸出過程通道的組成、常用器件，掌握（典型）A/D、D/A卡的程序控制訪問的基本步驟。本部分重點理解計算機總線技術(shù)規(guī)范，掌握工業(yè)過程數(shù)字量通道、模擬量輸入過程通道和輸出過程通道的組成、常用器件。本部分難點數(shù)字量輸入輸出通道、模擬量輸入通道和輸出通道的原理和組成。教學內(nèi)容1.內(nèi)部總線及外部總線2.數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道3.模擬量輸入接口與過程通道4.硬件抗干擾技術(shù)第三部分控制算法與控制技術(shù)（14學時）教學目標理解計算機控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，掌握數(shù)字控制器的PID設(shè)計方法，PID算法數(shù)字控制器的改進，PID算法數(shù)字控制器的參數(shù)整定。掌握數(shù)字控制器的直接設(shè)計方法：包括最少拍控制，串級控制，前饋控制，解耦控制，控制算法的實現(xiàn)。本部分重點理解數(shù)字控制器的實現(xiàn)方法和離散控制系統(tǒng)的分析；掌握數(shù)字PID控制算法及其改進，數(shù)字PID的參數(shù)整定。掌握最少拍系統(tǒng)設(shè)計及一些改進算法，理解大林控制算法。本部分難點數(shù)字PID控制算法及其改進，最少拍系統(tǒng)設(shè)計及改進算法，大林控制算法。教學內(nèi)容1.連續(xù)控制器離散化方法2.數(shù)字PID控制器的設(shè)計，改進及參數(shù)整定3.最少拍控制器的設(shè)計4.純滯后控制技術(shù)5.串級控制技術(shù)6.前饋-反饋控制技術(shù)第四部分應用程序設(shè)計技術(shù)（4學時）教學目標了解程序設(shè)計技術(shù)，VB/VC及監(jiān)控組態(tài)軟件的人機界面編寫方法。理解測量數(shù)據(jù)預處理方法，數(shù)字控制器的工程實現(xiàn)及軟件抗干擾技術(shù)。本部分重點測量數(shù)據(jù)預處理方法，數(shù)字控制器的工程實現(xiàn)及軟件抗干擾技術(shù)。本部分難點人機界面的程序編寫及測量數(shù)據(jù)預處理方法。教學內(nèi)容1.程序設(shè)計技術(shù)2.測量數(shù)據(jù)預處理3.數(shù)字控制器的工程實現(xiàn)第五部分分布式測控網(wǎng)絡技術(shù)（4學時）教學目標數(shù)據(jù)通信是工業(yè)測控網(wǎng)絡和分散型測控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，了解工業(yè)網(wǎng)絡協(xié)議及層次結(jié)構(gòu)。理解工業(yè)網(wǎng)絡和通信技術(shù)、分布式控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線技術(shù)。本部分重點

工業(yè)網(wǎng)絡和通信技術(shù)、分布式控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線技術(shù)。本部分難點工業(yè)網(wǎng)絡協(xié)議及層次結(jié)構(gòu)及工業(yè)網(wǎng)絡通信技術(shù)。教學內(nèi)容1.網(wǎng)絡通信編碼、協(xié)議及層次結(jié)構(gòu)。2.基于串行總線的測控網(wǎng)絡技術(shù)3.現(xiàn)場總線技術(shù)第六部分工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的設(shè)計方法（4學時）教學目標將前面各章內(nèi)容知識聯(lián)系起來，通過實例鞏固和加深理解前面章節(jié)所學知識。掌握計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計原則和步驟。本部分重點熟悉計算機控制系統(tǒng)各部分的設(shè)計。本部分難點計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計原則和步驟。教學內(nèi)容1.計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟與方法2.計算機控制系統(tǒng)的可靠性3.計算機控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計4.計算機控制系統(tǒng)設(shè)計舉例三、教材及教學資源