計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程教學(xué)大綱

1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程教學(xué)大綱一、課程性質(zhì)和教學(xué)目標(biāo)在人才培養(yǎng)中的地位與性質(zhì)及主要內(nèi)容，指明課程名稱：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程代碼： ELEA3042英文名稱：Computer Control System課程性質(zhì)：專業(yè)學(xué)位課程學(xué)分/學(xué)時(shí)：4學(xué)分/72 學(xué)時(shí)（54+18）開課學(xué)期：第 7 學(xué)期適用專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化先修課程：復(fù)變函數(shù)與積分變換、信號與系統(tǒng)、自動(dòng)控制原理后續(xù)課程：無開課單位：機(jī)電工程學(xué)院課程負(fù)責(zé)人：楊歆豪大綱執(zhí)筆人：楊歆豪 大綱審核人：余雷學(xué)生需掌握知識與能力及其應(yīng)達(dá)到的水平）課程性質(zhì)： 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)學(xué)位課 程。本課程針對電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的特

2、點(diǎn)， 以離散控制理論等基礎(chǔ)知識為 主，同時(shí)結(jié)合自動(dòng)控制理論、 現(xiàn)代控制理論和復(fù)變函數(shù)等概念， 并且以實(shí)際應(yīng)用 為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生熟練的運(yùn)算能力及進(jìn)行科學(xué)分析、 歸納和總結(jié)的能力， 提高分 析問題和解決問題的能力， 從而為以后的從事實(shí)際工作和科學(xué)研究奠定一定的基 礎(chǔ)。教學(xué)目標(biāo)：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是將計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)的控制器， 從而實(shí)現(xiàn)對生 產(chǎn)對象的有效控制， 所以在本質(zhì)上計(jì)算機(jī)控制討論的就是系統(tǒng)的離散控制。 本課 程的主要內(nèi)容包括： 信號的離散和恢復(fù)， Z 變換與 Z 反變換，差分方程及其求解， 離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、過渡過程和穩(wěn)態(tài)誤差，系統(tǒng)的 離散化設(shè)計(jì)和模擬化設(shè)計(jì)，數(shù)字 PI

3、D 技術(shù)和改進(jìn)，離散系統(tǒng)的能控性和可測性。 通過本課程的學(xué)習(xí)， 要使學(xué)生了解和掌握計(jì)算機(jī)控制的基本概念、 工作原理、 初 步分析、具有實(shí)用價(jià)值的設(shè)計(jì)方法， 培養(yǎng)學(xué)生完成簡單計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成、 實(shí) 時(shí)軟件編制以及系統(tǒng)調(diào)試維護(hù)的基本能力，為畢業(yè)后參與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)、 調(diào)試和維護(hù)打下初步基礎(chǔ)。本課程的具體教學(xué)目標(biāo)如下：1. 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的定義、分類、結(jié)構(gòu)和組成，較好的掌握香農(nóng)采樣 定理和零階保持器， 理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的本質(zhì)是離散控制系統(tǒng)， 從而掌握線性 離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述（差分方程、Z傳遞函數(shù)）和分析方法（Z變換、Z反變換）；2. 領(lǐng)會(huì) S 平面與 Z 平面的映射關(guān)系，掌握線性離散系統(tǒng)

4、的穩(wěn)定域，熟練靈 活運(yùn)用線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)，能夠利用 Z 傳遞函數(shù)分析離散系統(tǒng)的過渡 過程特性和離散系統(tǒng)的誤差特性， 能夠利用系統(tǒng)的離散狀態(tài)方程和輸出方程分析 系統(tǒng)的能控性和可測性；3. 了解離散化設(shè)計(jì)方法的基本思路，重點(diǎn)掌握最少拍設(shè)計(jì)方法及其改進(jìn)算法那，掌握數(shù)字控制器計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的三種方法：直接程序設(shè)計(jì)法、串行程序設(shè)計(jì)法和并行程序設(shè)計(jì)法，會(huì)應(yīng)用這三種方法得到數(shù)字控制器的差分方程表達(dá)式；4. 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的模擬化設(shè)計(jì)思路及其成立的條件，掌握模擬控制器的各種離散化方法，并會(huì)用來求解數(shù)字控制器，重點(diǎn)掌握數(shù)字PID控制方法,了解數(shù)字PID控制的各種改進(jìn)方法以及參數(shù)整定方法。5. 了解并

5、掌握基于差分方程和 Z傳遞函數(shù)的離散狀態(tài)空間表達(dá)式建立過 程，掌握線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程和輸出方程的離散化方法，掌握離散系統(tǒng)的特征 方程以及狀態(tài)方程與傳遞函數(shù)距陣的關(guān)系，了解線性離散系統(tǒng)離散狀態(tài)方程的求 解方法。教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系:畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)對應(yīng)關(guān)系說明畢業(yè)要求1： 工程知識1-2掌握自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、 檢測技術(shù)與儀表的基礎(chǔ)知 識，能用于自動(dòng)化系統(tǒng)的反 饋和控制問題教學(xué)目標(biāo)1理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概 念及其數(shù)學(xué)仿真模型表述（差 分方程、傳遞函數(shù)），并能從實(shí) 際應(yīng)用出發(fā)理解信號的離散和 恢復(fù)（香濃采樣定理和零階保 持器）。畢業(yè)要求3： 設(shè)計(jì)/開發(fā)解 決方案3-1能針對復(fù)雜問

6、題進(jìn)行調(diào) 研并明確約束條件，完成電 氣或自動(dòng)化系統(tǒng)的軟硬件需 求分析教學(xué)目標(biāo)3基于離散化設(shè)計(jì)思路將最少拍 控制器設(shè)計(jì)方法用于計(jì)算機(jī)控 制系統(tǒng)的控制中。教學(xué)目標(biāo)4通過模擬化設(shè)計(jì)思路，能采取 合理的離散化方法對所設(shè)計(jì)的 模擬控制器進(jìn)行離散化；能夠 將數(shù)字PID技術(shù)用于計(jì)算機(jī)控 制系統(tǒng)中。畢業(yè)要求6： 工程與社會(huì)6-2理解電氣工程對工業(yè)自 動(dòng)化、智能制造和社會(huì)進(jìn)步 的影響，并理解電氣工程實(shí) 踐承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任教學(xué)目標(biāo)5由于現(xiàn)代工業(yè)被控對象基本上 屬于多輸入多輸出，非零初始 條件系統(tǒng)，所以將狀態(tài)空間表 示法引入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中， 嘗試解決一些復(fù)雜的實(shí)際工程 問題。畢業(yè)要求7： 環(huán)境和課持 續(xù)發(fā)展7-2能

7、針對實(shí)際自動(dòng)化項(xiàng)目， 評價(jià)效率，制訂安全防范措 施，判斷產(chǎn)品可能對人類造 成的損害，并能夠表達(dá)自己 見解與認(rèn)知教學(xué)目標(biāo)2從系統(tǒng)的穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)、靜態(tài) 性能指標(biāo)以及能控性、可測性 的角度出發(fā)，提高系統(tǒng)的控制 性能和安全系數(shù)。二、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配 （含課程教學(xué)、自學(xué)、作業(yè)、討論等內(nèi)容和要求，指明重點(diǎn)內(nèi)容和難點(diǎn)內(nèi)容。重點(diǎn)內(nèi)容： ；難點(diǎn)內(nèi)容： ?）1、計(jì)算機(jī)控制概論 （3 學(xué)時(shí)）（支撐教學(xué)目標(biāo) 1）1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念1.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成1.1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類1.1 4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1.2 信號的采樣與恢復(fù)1.2.1 信號的采

8、樣過程（香農(nóng)采樣定理）1.2.2 信號的恢復(fù)過程（零階保持器）1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢目標(biāo)及要求：1）掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式、主要構(gòu)成環(huán)節(jié)、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，掌 握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的定義、主要構(gòu)成環(huán)節(jié)、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，掌握計(jì)算機(jī)控制 系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)的作用；2）掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、相互關(guān)系及其在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的作用， 掌握過程通道在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的作用和過程通道的基本類型；3）掌握根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的控制功能和控制目的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分 類及其與與一般模擬控制系統(tǒng)相比具有的優(yōu)點(diǎn)；4）掌握什么是采樣過程，掌握采樣開關(guān)是實(shí)現(xiàn)采樣過程的關(guān)鍵，掌握香農(nóng)（shannor）采樣定理，掌握采樣

9、周期選擇的幾個(gè)原則；5）知道采樣保持器是將數(shù)字序列恢復(fù)乘連續(xù)信號的裝置，掌握零階保持器 和一階保持器的時(shí)域表示形式，會(huì)推導(dǎo)零階保持器的傳遞函數(shù)，知道計(jì)算機(jī) 控制中最廣泛采用的是零階保持器。討論內(nèi)容：結(jié)合本學(xué)科的相關(guān)專業(yè)知識，討論計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。2、Z 變換及 Z 傳遞函數(shù)（ 14 學(xué)時(shí)）（支撐教學(xué)目標(biāo) 1）2.1 Z 變換定義與常用信號 Z 變換2.1.1 級數(shù)求和法2.1.2 部分分式法2.1.3 常用信號的 Z 變換2.2 Z 變換的性質(zhì)和定理2.3 Z 反變換2.3.1 部分分式法2.3.2 留數(shù)法2.4 線性定長離散系統(tǒng)的差分方程及其求解2.5 Z 傳遞函數(shù)2.5.1 Z 傳

10、遞函數(shù)的定義2.5.2 Z 傳遞函數(shù)的求法2.5.3 開環(huán) Z 傳遞函數(shù)2.5.4 閉環(huán) Z 傳遞函數(shù)2.5.5 Z 傳遞函數(shù)的物理可實(shí)現(xiàn)性目標(biāo)及要求：1）掌握 Z 變換和 Z 反變換的定義，掌握級數(shù)求和法和部分分?jǐn)?shù)法計(jì)算Z 變換的方法，掌握并會(huì)應(yīng)用長除法、部分分式法和留數(shù)法計(jì)算 Z 反變換； ?2）掌握 Z 變換的線性定理、滯后定理和超前定理，掌握Z 變換的初值定理和終值定理， 并會(huì)應(yīng)用初值定理和終值定理計(jì)算初值和終值， 初步掌握 Z 變 換的卷積定理、求和定理、位移定理、位移定理和微分定理；3）了解差分方程是描述線性定常離散系統(tǒng)的工具，差分方程是離散系統(tǒng)時(shí) 域分析的基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)本質(zhì)

11、是離散系統(tǒng)，會(huì)熟練求解差分方程；4）掌握 Z 傳遞函數(shù)的定義及其與脈沖響應(yīng)函數(shù)的關(guān)系，掌握根據(jù)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G（s）求Z傳遞函數(shù)的步驟，并會(huì)根據(jù)該步驟計(jì)算Z傳遞函數(shù)；5）掌握串聯(lián)環(huán)節(jié)、并聯(lián)環(huán)節(jié)的 Z 傳遞函數(shù)的計(jì)算方法，了解閉環(huán) Z 傳遞函 數(shù)結(jié)構(gòu)形式的多樣性，能夠推導(dǎo)結(jié)構(gòu)簡單的離散系統(tǒng)的閉環(huán) Z傳遞函數(shù)，理 解系統(tǒng)物理可實(shí)現(xiàn)性的概念。 ?作業(yè)內(nèi)容：1、Z變換和Z反變換2、初值定理和中值定理3、差分方程求解4、系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)求解3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析（ 9 學(xué)時(shí)）（支撐教學(xué)目標(biāo) 2）3.1 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析3.1.1 離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件3.1 2 Routh 穩(wěn)定判據(jù)3.2 離

12、散系統(tǒng)的過渡響應(yīng)分析3.3 離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確度分析目標(biāo)及要求：1）了解 S 平面與 Z 平面之間的相互映射關(guān)系，掌握離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件和Routh穩(wěn)定判據(jù)，能熟練判定離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性；？2）掌握控制系統(tǒng)的過渡過程的定義，掌握離散系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)與各個(gè)極點(diǎn) 時(shí)間響應(yīng)的關(guān)系，掌握離散系統(tǒng)的 Z傳遞函數(shù)與單位脈沖響應(yīng)函數(shù)的關(guān)系， 會(huì)求解系統(tǒng)的輸出；3）了解連續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算的方法，會(huì)推導(dǎo)單位負(fù)反饋離散系統(tǒng)的閉環(huán)誤差 Z 傳遞函數(shù)， 并根據(jù)此應(yīng)用終值定理求穩(wěn)態(tài)誤差， 掌握在給定傳遞函數(shù)的 基礎(chǔ)上，計(jì)算系統(tǒng)在單位階躍輸入、單位速度輸入、單位加速度輸入下系統(tǒng) 的穩(wěn)態(tài)誤差。討論內(nèi)容：與自動(dòng)控制原理所學(xué)

13、內(nèi)容進(jìn)行比較， 分析連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)在計(jì)算系 統(tǒng)控制性能時(shí)的不同之處。作業(yè)內(nèi)容：1、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和參數(shù)待定2、求解系統(tǒng)的輸出3、穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算4、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的離散化設(shè)計(jì)（ 12 學(xué)時(shí)）（支撐教學(xué)目標(biāo) 3）4.1 最少拍計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1.1 基本概念4.1.2 廣義最少拍控制器設(shè)計(jì)4.1.3 無波紋最少拍控制器設(shè)計(jì)4.2 數(shù)字控制器的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)4.2.1 直接程序法4.2.2 改進(jìn)型直接程序法4.2.3 串行程序法4.2.4 并行程序法 目標(biāo)及要求：1）理解離散化設(shè)計(jì)的基本思路，掌握最少拍設(shè)計(jì)的定義，掌握在典型輸入 下，最少拍數(shù)字控制器的確定；2）了解最少拍系統(tǒng)的不足之處，會(huì)

14、設(shè)計(jì)廣義最少拍控制器和無波紋最少拍 控制器； ?3）掌握數(shù)字控制器計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的三種方法：直接程序設(shè)計(jì)法、串行程 序設(shè)計(jì)法和并行程序設(shè)計(jì)法， 會(huì)應(yīng)用這三種方法得到數(shù)字控制器的差分方程 表達(dá)式。作業(yè)內(nèi)容：1、最少拍控制器設(shè)計(jì)2、控制器程序框圖及控制器的差分方程表達(dá)5、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的模擬化設(shè)計(jì)（ 14 學(xué)時(shí)）（支撐教學(xué)目標(biāo) 4）5.1 概述5.2 模擬控制器的離散化方法5.2.1 沖激不變法522加零階保持器的Z變換法5.2.3 差分變換法5.2.4 雙線性變換法5.3數(shù)字PID控制5.3.1 PID控制的基本形式及數(shù)字化5.3.2數(shù)字PID控制器的控制效果5.3.3數(shù)字PID控制算法5.4數(shù)

15、字PID控制算法的改進(jìn)5.4.1積分分離PID控制算法5.4.2不完全微分PID算法5.4.3微分先行PID算法5.4.4帶死區(qū)的PID控制5.4.5抗積分飽和PID算法5.5 數(shù)字 PID 控制器的參數(shù)整定目標(biāo)及要求：1）了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的模擬化設(shè)計(jì)基本思路和適用條件，掌握模擬化設(shè) 計(jì)方法的一般步驟，重點(diǎn)掌握零階保持器對輸出的影響；2）掌握模擬控制器的離散化方法，包括：沖激不變法、加零階保持器的Z變換法、后向 /前向差分變換法和雙線性變換法， 會(huì)用這些方法求解離散化的 控制器； ?3）掌握 PID 控制器的定義，掌握數(shù)字 PID 控制器的 Z 傳遞函數(shù)，掌握比例 調(diào)節(jié)器、掌握比例積分調(diào)節(jié)器

16、、比例積分微分調(diào)節(jié)器的控制作用特點(diǎn)，掌握 數(shù)字 PID 控制算法的位置式算法和增量式算法；4） 掌握改進(jìn)PID算法的基本原理和設(shè)計(jì)思路，包括：積分分離PID、不完 全微分PID、微分先行PID、帶死區(qū)的PID、抗積分飽和PID ；5）掌握數(shù)字 PID 控制的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 和穩(wěn)態(tài)性能的影響，掌握應(yīng)用試湊法、擴(kuò)充臨界比例度法和擴(kuò)充響應(yīng)曲線法 的 PID 參數(shù)整定步驟。作業(yè)內(nèi)容：模擬控制器的離散化方法自學(xué)拓展：查閱相關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合所學(xué) PID 相關(guān)知識，撰寫與 PID 相關(guān)的科技報(bào)告。6、線性離散系統(tǒng)狀態(tài)空間分析（ 12 學(xué)時(shí)） （支撐教學(xué)目標(biāo) 2 和教學(xué)目標(biāo) 5）6.

17、1 線性離散系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式6.1.1 由差分方程導(dǎo)出離散狀態(tài)空間表達(dá)式6.1.2由Z傳遞函數(shù)建立離散狀態(tài)空間表達(dá)式6.2 連續(xù)狀態(tài)方程的離散化6.3 線性離散散系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣和特征值6.4 線性離散系統(tǒng)性能分析6.4.1 穩(wěn)定性6.4.2 可控性6.4.3 可測性目標(biāo)及要求：1）掌握由差分方程求解狀態(tài)方程的方法，掌握由并行程序法、串行程序法 和直接程序法求狀態(tài)方程的方法；2） 掌握連續(xù)狀態(tài)方程的離散化方法；?3）掌握線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程的一般形式，掌握離散系統(tǒng)的 特征方程，掌握狀態(tài)方程與傳遞函數(shù)距陣的關(guān)系， 知道特征方程的為特征值， 也為系統(tǒng)的極點(diǎn)；4）掌握并應(yīng)用基于狀態(tài)空

18、間表達(dá)式的線性離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件，掌握 系統(tǒng)可控性、可測性的含義，掌握并應(yīng)用線性離散系統(tǒng)的可控性、可測性的 充要條件。 ?討論內(nèi)容：狀態(tài)空間表示法與傳遞函數(shù)的不同之處。作業(yè)內(nèi)容： 1、狀態(tài)方程及輸出方程的表示2、基于狀態(tài)空間表示的穩(wěn)定性、可控性和可測性7、實(shí)驗(yàn)一： A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換（2 學(xué)時(shí)）（支撐教學(xué)目標(biāo) 1）7.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái) “ THKKL 6”試驗(yàn)箱基本操作7.2 典型模擬信號（階躍信號、斜坡信號）的離散化目標(biāo)及要求：1）了解實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)和基本使用方法， 包括電源、基本元器件、 Easy 51Pro 軟件和虛擬示波器等；2）了解模擬通道中模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)方法和結(jié)果。

19、8、實(shí)驗(yàn)二：數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器算法研究實(shí)驗(yàn)（ 2 學(xué)時(shí)）（支撐教學(xué)目標(biāo) 4）8.1 利用本實(shí)驗(yàn)箱，設(shè)計(jì)并構(gòu)成一個(gè)用于混合仿真實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)閉環(huán)實(shí)時(shí)控 制系統(tǒng)8.2 采用常規(guī)的 PI 和 PID 調(diào)節(jié)器，構(gòu)成計(jì)算機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)，并對調(diào)節(jié)器的參 數(shù)進(jìn)行整定，使之具有滿意的動(dòng)態(tài)性能8.3 對系統(tǒng)采用積分分離 PID 控制，并整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)目標(biāo)及要求：1）學(xué)習(xí)并熟悉常規(guī)的數(shù)字 PID 控制算法的原理；2）學(xué)習(xí)并熟悉積分分離 PID 控制算法的原理；3）掌握具有數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法。9、實(shí)驗(yàn)三：離散化方法研究實(shí)驗(yàn)（ 2 學(xué)時(shí)）（支撐教學(xué)目標(biāo) 4）9.1 利用實(shí)驗(yàn)箱，設(shè)計(jì)

20、一個(gè)數(shù)?；旌戏抡娴挠?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)， 并利用 D（S） 離散化后所編寫的程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行控制9.2 研究采樣周期變化時(shí)，不同離散化的方法對閉環(huán)控制系統(tǒng)性能的影響9.3 對上述連續(xù)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能作比較研究 目標(biāo)及要求：1）學(xué)習(xí)并掌握數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法；2）熟悉將模擬控制器D（S）離散為數(shù)字控制器的原理與方法；3）通過數(shù)?；旌蠈?shí)驗(yàn)，對 D（S）的多種離散化方法作比較研究，并對 D（S ）離 散化前后閉環(huán)系統(tǒng)的性能進(jìn)行比較，以加深對計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理解。10、實(shí)驗(yàn)四：最少拍控制算法實(shí)驗(yàn)（ 2 學(xué)時(shí)）（支撐教學(xué)目標(biāo) 3）10.1 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)具有一個(gè)積分環(huán)節(jié)的二階系統(tǒng)的最少拍控制10.2

21、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)具有一個(gè)積分環(huán)節(jié)的二階系統(tǒng)的最少拍無紋波控制，并通 過混合仿真實(shí)驗(yàn)，觀察該閉環(huán)控制系統(tǒng)輸出采樣點(diǎn)間紋波的消除目標(biāo)及要求：1）學(xué)習(xí)并熟悉最少拍控制器的設(shè)計(jì)和算法；2）研究最少拍控制系統(tǒng)輸出采樣點(diǎn)間紋波的形成；3）熟悉最少拍無紋波控制系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。三、教學(xué)方法在教學(xué)方式上，根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容，綜合運(yùn)用課堂講授和演示、課堂討論、 課堂練習(xí)、發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法和自學(xué)指導(dǎo)法，通過引入問題和啟發(fā)式教學(xué)，使學(xué)生更加 明確教學(xué)內(nèi)容的知識體系，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，激發(fā)內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提高課堂的 積極性。在目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件基礎(chǔ)上， 及時(shí)采用實(shí)驗(yàn)練習(xí)法，強(qiáng)化所學(xué)知識的 理解和運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的

22、能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn) 問題，思考解決方案，為后續(xù)教學(xué)內(nèi)容作鋪墊。教學(xué)內(nèi)容體系、前后關(guān)聯(lián)和相關(guān)重點(diǎn)結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容，本課程所采用的教學(xué)方法說明如下：1. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論。教學(xué)內(nèi)容主要是對于所學(xué)課程的概述性介紹以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù) 一信號的采樣與恢復(fù)。在教學(xué)中采用講授法、演示 法、討論法和實(shí)驗(yàn)練習(xí)法 相結(jié)合，將抽象問題具體化，增加學(xué)生對于課程學(xué)習(xí)的 興趣。在講授原理的基礎(chǔ)上，通過一些實(shí)際工程例子，加深學(xué)生對于計(jì)算機(jī)控制 系統(tǒng)的認(rèn)識以及對于采樣周期的選擇原則； 通過實(shí)驗(yàn)一使得學(xué)生對于 A/D與D/A 技術(shù)有一個(gè)更直觀的概念；此外，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合相關(guān)所學(xué)知識來談一談?dòng)?jì)算機(jī)控

23、 制技術(shù)的興起對于我們生活的改變以及其未來的發(fā)展趨勢。2. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析和線性離散系統(tǒng)狀態(tài)空間分析。教學(xué)內(nèi)容與前置課程（自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論）具有一定的關(guān)聯(lián)性。在教學(xué)中采用講授法、 演示法和討論法 相結(jié)合。在講授系統(tǒng)性能指標(biāo)基礎(chǔ)上，通過演示簡單的數(shù)值算例， 加深學(xué)生對于各性能指標(biāo)的認(rèn)識。 此外，在課程中引導(dǎo)學(xué)生思考和討論離散系統(tǒng) 與連續(xù)系統(tǒng)在個(gè)性能指標(biāo)的計(jì)算上有何異同，以及兩者在狀態(tài)空間表示上的差異，加深學(xué)生對于離散系統(tǒng)的理解和認(rèn)識。3. Z變換及Z傳遞函數(shù)。教學(xué)內(nèi)容涉及較多的定理定義和理論推導(dǎo)，內(nèi)容 比較抽象，且具有一定的難度。教學(xué)中采用 講授法和發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法 相結(jié)合。例如， 在開始教學(xué)時(shí)，我們僅基本 Z變換和Z反變換部分分式法的基本原理和過程，然后通過例題引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)齊次和分子帶有常數(shù)項(xiàng)的特殊解法， 從而加深學(xué)生對 于定理定義的理解。發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法也可被用于差分方程求解、 Z傳遞函數(shù)，初值、 終值定理的教學(xué)環(huán)節(jié)中。4. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的離散化設(shè)計(jì)和模擬化設(shè)計(jì)。教學(xué)內(nèi)容主要涉及離散系 統(tǒng)下的控制器設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)， 具有一定的實(shí)際應(yīng)用性。 教學(xué)中主要采用 講授法、實(shí) 驗(yàn)法和自學(xué)指導(dǎo)法 相結(jié)合。組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)，首先使學(xué)生掌握數(shù)字 PID 和最少 拍控制器的基礎(chǔ)應(yīng)用， 然后通過實(shí)驗(yàn)二、 三和四培養(yǎng)學(xué)