《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》教學(xué)大綱(2013版).doc

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)教學(xué)大綱學(xué)時(shí)：44（其中理論36學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)） 學(xué)分： 2課程類(lèi)別：專(zhuān)業(yè)核心課程 課程編碼：25030212開(kāi)設(shè)年級(jí)：大三第二學(xué)期 撰寫(xiě)人：梁絨香審核人：張軍利 一、課程說(shuō)明 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生的一門(mén)專(zhuān)業(yè)核心課程，本課程是一門(mén)綜合性的、理論和實(shí)踐并重的科學(xué)。本課程涉及的知識(shí)范圍較廣除了計(jì)算機(jī)的知識(shí)外還涉及到自動(dòng)控制技術(shù)等領(lǐng)域。本課程要求先修課程：自動(dòng)控原理、現(xiàn)代控制理論、微機(jī)原理、過(guò)程控制與儀表、檢測(cè)技術(shù)、單片機(jī)等，同時(shí)，它是綜合自動(dòng)化技術(shù)等前序課程 二、教學(xué)目標(biāo) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要是指計(jì)算機(jī)參與控制的閉環(huán)系統(tǒng)。本課程將重點(diǎn)講授計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本理論以及各種設(shè)計(jì)方法和工程實(shí)現(xiàn)中的一些問(wèn)題，并安排系列實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行構(gòu)建、調(diào)試計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能力的培養(yǎng)與教育。本課程是自動(dòng)控制專(zhuān)業(yè)學(xué)生的重要技術(shù)基礎(chǔ)課。通過(guò)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)，將培養(yǎng)學(xué)生具有扎實(shí)的計(jì)算機(jī)控制理論基礎(chǔ)、掌握各種設(shè)計(jì)方法和初步解決計(jì)算機(jī)制系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)問(wèn)題和構(gòu)建、調(diào)試系統(tǒng)力，為以后參與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、調(diào)試和維護(hù)打下初步基礎(chǔ)。章課程內(nèi)容學(xué)時(shí)1微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述22輸入/輸出通道及接口技術(shù) 103順序控制與數(shù)字控制技術(shù)64常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù) 125控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)46微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 三、學(xué)時(shí)分配四、教學(xué)方式以課堂理論授課為主，同時(shí)注重實(shí)踐教學(xué)和實(shí)踐技能的培養(yǎng)；采用多媒體及仿真技術(shù)教學(xué)，提高教學(xué)效率和教學(xué)效果。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程屬計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化控制的交叉課程，偏重于應(yīng)用，在課堂教學(xué)中應(yīng)特別注意應(yīng)用方法的講解，在基本內(nèi)容講述清楚的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前計(jì)算機(jī)控制新技術(shù)的發(fā)展增加典型應(yīng)用實(shí)例的分析，在教學(xué)方法上要注意課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的密切結(jié)合，注意物理意義的闡述，培養(yǎng)學(xué)生既具有靈活的思維能力又具有解決實(shí)際問(wèn)題的綜合設(shè)計(jì)能力。使學(xué)生形成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體概念，融會(huì)貫通、靈活應(yīng)用。 課程的每一主要內(nèi)容都應(yīng)配合一定數(shù)量的課外作業(yè)，習(xí)題量每?jī)蓪W(xué)時(shí)23題，全收查看并批改一半。在課程研討中，同學(xué)們可以提出疑難問(wèn)題，也可以是教師引導(dǎo)啟發(fā)，然后學(xué)生一起分析研討，并提出解決方案。在此過(guò)程中，可以將多門(mén)相關(guān)課程的內(nèi)容綜合起來(lái)，也可以是對(duì)某些概念的理解或?qū)W習(xí)心得體會(huì)，也可以交換學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，以相互促進(jìn)，共同提高。也可以提交小論文或相關(guān)知識(shí)的綜述。課程研討在期中和期末各進(jìn)行一次，可以占用課堂時(shí)間，也可以在課外時(shí)間進(jìn)行。五、教材及參考資源（一）教材于海生編. 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 清華大學(xué)出版社，2008（2）（二）參考書(shū) 1. 羅文廣等編. 計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社，2013（1） 2. 王平,肖瓊. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng).高等教育出版社,2004（1）3. 高國(guó)琴等編. 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社，2008（1）六、教學(xué)基本內(nèi)容 第一章：微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述教學(xué)目的 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念，掌握硬件組成及典型應(yīng)用，了解微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類(lèi)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)難點(diǎn)： 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類(lèi) 教學(xué)內(nèi)容 1.1微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成1.2微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類(lèi) 1.3 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況與趨勢(shì)考核目標(biāo) 通過(guò)本章學(xué)習(xí)，要求學(xué)生熟練掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類(lèi)、構(gòu)成，能區(qū)分不同的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)類(lèi)型，能以方框圖形式表達(dá)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的整體構(gòu)成。 第二章：輸入/輸出通道及接口技術(shù) 教學(xué)目的 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解信號(hào)的采樣與量化，過(guò)程通道掌握常用傳感器和執(zhí)行元件，開(kāi)關(guān)量、模擬量的輸入/輸出通道，了解A/D轉(zhuǎn)換與D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)，了解硬件抗干擾措施。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：數(shù)字量輸入輸出通道及接口，模擬量輸入通道，多路轉(zhuǎn)換器,S/H器，ADC0809,AD574A,A/D轉(zhuǎn)換接口及編程，D/A轉(zhuǎn)換及接口，硬件抗干擾措施難點(diǎn)：A/D轉(zhuǎn)換接口及編程，D/A轉(zhuǎn)換及接口。教學(xué)內(nèi)容 2.1 數(shù)字量輸入輸出通道及接口技術(shù) 2.2 模擬量輸入通道接口技術(shù)2.2.1 多路開(kāi)關(guān)及采樣保持器2.2.2 A/D轉(zhuǎn)換器與接口技術(shù) 2.3 模擬量輸出通道接口技術(shù) 2.3.1 模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)形式2.3.2 D/A轉(zhuǎn)換器與接口技術(shù)2.4 硬件抗干擾技術(shù)考核目標(biāo) 了解輸入輸出通道的的接口技術(shù)和軟件編程以及硬件抗干擾技術(shù)。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求能根據(jù)題目要求進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，并編寫(xiě)相應(yīng)程序。 第三章：順序控制與數(shù)字控制技術(shù) 教學(xué)目的 了解數(shù)字程序控制原理及發(fā)展，掌握直線插補(bǔ)原理，了解圓弧插補(bǔ)；掌握步機(jī)電機(jī)工作原理以及步進(jìn)電機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：數(shù)字程序控制原理，直線插補(bǔ)算法，圓弧插補(bǔ)算法，步機(jī)電機(jī)工作原理，步進(jìn)電機(jī)計(jì)算機(jī)控制難點(diǎn)：逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)算法，步進(jìn)電機(jī)計(jì)算機(jī)控制方法。教學(xué)內(nèi)容 3.1 順序控制技術(shù)3.2 數(shù)字程序控制技術(shù)3.2.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)3.2.2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理3.2.3 步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)考核目標(biāo) 能根據(jù)出發(fā)點(diǎn)及目標(biāo)點(diǎn)設(shè)計(jì)直線插補(bǔ)過(guò)程，理解步進(jìn)電機(jī)工作原理，能區(qū)分步進(jìn)電機(jī)不同工作方式差異即選擇并能根據(jù)步進(jìn)電機(jī)工作方式要求設(shè)計(jì)接口電路以及編制程序。第4章 ：常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)教學(xué)目的 通過(guò)本章學(xué)習(xí)，理解數(shù)字控制器的實(shí)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(jìn)，數(shù)字PID的參數(shù)整定。掌握最少拍系統(tǒng)設(shè)計(jì)及一些改進(jìn)算法，理解大林控制算法、史密斯預(yù)估控制算法。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn):數(shù)字控制器模擬化設(shè)計(jì)方法，數(shù)字PID控制算法，改進(jìn)的數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì)，數(shù)字PID參數(shù)整定方法；數(shù)字控制器離散化設(shè)計(jì)方法，最少拍有紋波控制，最少拍無(wú)紋波控制，大林算法，Smith算法難點(diǎn): 數(shù)字PID控制算法及其改進(jìn)，PID參數(shù)整定,最少拍有紋波控制，最少拍無(wú)紋波控制。教學(xué)內(nèi)容4.1 PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn) 4.2 數(shù)字PID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)實(shí)際問(wèn)題 4.3 幾種發(fā)展的PID算法 4.4 PID參數(shù)的整定方法4.5 最少拍隨動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.6 最少拍無(wú)波紋隨動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.7大林算法 4.8 smith算法考核目標(biāo) 考核過(guò)程中，要求掌握數(shù)字控制器模擬化設(shè)計(jì)方法及步驟，掌握數(shù)字PID基本算法及其改進(jìn)算法，了解PID參數(shù)整定的意義以及整定方法，掌握最少拍設(shè)計(jì)過(guò)程，理解純滯后控制技術(shù)，熟練掌握大林算法、Smith算法原理以及在工業(yè)控制中的應(yīng)用。 第五章： 控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)教學(xué)目的 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理技術(shù)，掌握常用的幾種數(shù)字濾波方法，了解標(biāo)度變換算法、查表方法重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn): 系統(tǒng)誤差處理方法，量程轉(zhuǎn)換，標(biāo)度變換，常用數(shù)字濾波方法難點(diǎn): 標(biāo)度變換，常用數(shù)字濾波方法。教學(xué)內(nèi)容5.1 測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)5.2 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換和標(biāo)度變換5.3 數(shù)字濾波技術(shù) 考核目標(biāo) 本章主要掌握數(shù)字濾波、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換、標(biāo)度變換、測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理的原理及應(yīng)用，能運(yùn)用標(biāo)度變換算法、查表方法進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。第六章： 微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)目的 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)手段，了解控制系統(tǒng)可靠性技術(shù)。理解典型工程設(shè)計(jì)范例。重點(diǎn)難點(diǎn) 重點(diǎn)：微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟難點(diǎn)：微機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容 6.1 微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及步驟 6.2 微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例考核目標(biāo) 重點(diǎn)掌握微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及實(shí)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。 七、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié) （一） A/D D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、 A/D轉(zhuǎn)換：對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電壓輸出電路通過(guò)實(shí)驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，運(yùn)行程序，觀察軟件窗口輸出數(shù)字量跟隨輸入電壓的變化情況并記錄。2、 D/A轉(zhuǎn)換：通過(guò)手動(dòng)輸入數(shù)字量經(jīng)由實(shí)驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)DAC0832進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，運(yùn)行程序，觀察軟件窗口輸出電壓跟隨輸入數(shù)字量的變化情況并記錄。實(shí)驗(yàn)要求 通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握用微型計(jì)算機(jī)控制模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換原理。實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù) 2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)方式 在實(shí)驗(yàn)臺(tái)完成硬件連線、軟件編程并查看、記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所 自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室 (二) 步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的四相步進(jìn)電機(jī)連接數(shù)據(jù)采集卡，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反方向以及四相單四拍、四相雙四拍、四相八拍的不同控制。實(shí)驗(yàn)要求 能通過(guò)連線及編程控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方向、工作方式。實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)周數(shù) 2實(shí)驗(yàn)方式 在實(shí)驗(yàn)臺(tái)完成硬件連線、軟件編程并查看、記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所 自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室 (三) 單閉環(huán)溫度恒值控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 以電爐為控制對(duì)象，按照要求連線，通過(guò)編程觀察不同P、I、D參數(shù)配置對(duì)溫度控制系統(tǒng)的影響，以及不同步長(zhǎng)設(shè)置對(duì)溫度控制系統(tǒng)的效果。實(shí)驗(yàn)要求 理解溫度閉環(huán)控制的基本原理，了解溫度傳感器的使用，學(xué)習(xí)溫度PID控制參數(shù)的配置。實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)周數(shù) 2實(shí)驗(yàn)方式 在實(shí)驗(yàn)臺(tái)完成硬件連線、軟件編程并查看、記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所 自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室 (四) 具有純滯后系統(tǒng)的大林算法控制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 具有純滯后一階慣性環(huán)節(jié)大林算法的實(shí)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)中觀察振鈴現(xiàn)象并研究其消除的方法，并且和PID算法作對(duì)比。實(shí)驗(yàn)要求 了解達(dá)林算法的基本原理；掌握用于具有純滯后對(duì)象的達(dá)林控