25030212《計算機控制技術》教學大綱(版)

1、 計算機控制系統(tǒng)教學大綱 學時： 44 （其中理論 36 學時，實驗 8 學時） 學分： 2 課程類別：專業(yè)核心課程 課程編碼： 25030212 開設年級：大三第二學期 撰寫人：梁絨香 審核人：張軍利 、課程說明 計算機控制系統(tǒng)是自動化專業(yè)學生的一門專業(yè)核心課程，本課程是一門綜合 性的、理論 和實踐并重的科學。本課程涉及的知識范圍較廣除了計算機的知識外 還涉及到自動控制技術 等領域。本課程要求先修課程：自動控原理、 現(xiàn)代 控制理論、微機原理、過程控制與儀表、檢測技術、單片機 等，同時， 它是綜合自動化技術等前序課程 二、教學目標 計算機控制系統(tǒng)主要是指計算機參與控制的閉環(huán)系統(tǒng)。本課程將重點講

2、授 計算機控制系統(tǒng)的基本理論以及各種設計方法和工程實現(xiàn)中的一些問題， 并安排 系列實驗，對學生進行構建、調試計算機控制系統(tǒng)能力的培養(yǎng)與教育。 本課程是 自動控制專 業(yè)學生的重要技術基礎課。通過本門課程的學習，將培養(yǎng)學生具有扎 實的計算機控制理論基 礎、掌握各種設計方法和初步解決計算機制系統(tǒng)工程實現(xiàn) 問題和構建、調試系統(tǒng)力，為以后 參與計算機控制系統(tǒng)開發(fā)、調試和維護打下初 步基礎。 三、學時分配 早 課程內(nèi)容 學時 1 微型計算機控制系統(tǒng)概述 2 2 輸入 /輸出通道及接口技術 10 3 順序控制與數(shù)字控制技術 6 4 常規(guī)及復雜控制技術 12 5 控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術 4 6 微機控制系統(tǒng)設計

3、 2 四、教學方式 以課堂理論授課為主，同時注重實踐教學和實踐技能的培養(yǎng)；采用多媒體及 仿真技術教 學，提高教學效率和教學效果。計算機控制系統(tǒng)課程屬計算機和自動 化控制的交叉課程，偏 重于應用，在課堂教學中應特別注意應用方法的講解， 在 基本內(nèi)容講述清楚的基礎上，結合當前計算機控制新技術的發(fā)展增加典型應用實 例的分析， 在教學方法上要注意課堂教學與實踐教學的密切結合，注意物理意義 的闡述，培養(yǎng)學生既具 有靈活的思維能力又具有解決實際問題的綜合設計能力。 使學生形成計算機控制系統(tǒng)設計的 整體概念，融會貫通、靈活應用。 課程的每一主要內(nèi)容都應配合一定數(shù)量的課外作業(yè)，習題量每兩學時 23 題，全收查

4、看并批改一半。 在課程研討中，同學們可以提出疑難問題，也可以是教師引導啟發(fā)，然后學 生一起分析 研討，并提出解決方案。 在此過程中，可以將多門相關課程的內(nèi)容綜 合起來，也可以是對某 些概念的理解或學習心得體會， 也可以交換學習和實驗的 內(nèi)容，以相互促進，共同提高。也可以提交小論文或相關知識的綜述。課程研討 在期中和期 末各進行一次，可以占用課堂時間，也可以在課外時間進行。 五、教材及參考資源 （一） 教材 于海生編 ?微型計算機控制技術 ?清華大學出版社， 2008 （2） （二） 參考書 1 . 羅文廣等編 ?計算機控制技術 ?機械工業(yè)出版社， 2013 （ 1） 2 . 王平 , 肖瓊 .

5、計算機控制系統(tǒng) .高等教育出版社 ，2004 （ 1） 3.高國琴等編 ?微型計算機控制技術 .機械工業(yè)出版社， 2008 ( 1) 六、教學基本內(nèi)容 第一章：微型計算機控制系統(tǒng)概述 教學目的 通過本章的學習，使學生理解計算機控制系統(tǒng)的一般概念，掌握硬件組成及典型應用，了解微型計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展 重點難點 重點：計算機控制系統(tǒng)組成，計算機控制系統(tǒng)分類，工業(yè)控制計算機 難點：計算機控制系統(tǒng)分類 教學內(nèi)容 1.1 微型計算機控制系統(tǒng)組成 1.2 微型計算機控制系統(tǒng)分類 1.3 微型計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況與趨勢 考核目標 通過本章學習，要求學生熟練掌握計算機控制系統(tǒng)的分類、構成， 能區(qū)分不同 的

6、計算機控制系統(tǒng)類型，能以方框圖形式表達計算機控制系統(tǒng)的整體 構成。 第二章：輸入 /輸出通道及接口技術 教學目的 通過本章的學習，使學生理解信號的采樣與量化，過程通道掌握常 用傳感器和 執(zhí)行元件，開關量、模擬量的輸入 /輸出通道，了解 A/D 轉換與 D/A 轉換技術，了解 硬件抗 干擾措施 。 重點難點 重點：數(shù)字量輸入輸出通道及接口，模擬量輸入通道，多路轉換器 ，S/H 器， ADC0809,AD574A,A/D 專換接口及編程， D/A 轉換及接口，硬件抗干擾措施難點： A/D 轉換接口及編程， D/A 轉換及接口。 教學內(nèi)容 2.1 數(shù)字量輸入輸出通道及接口技術 2.2 模擬量輸入通道

7、接口技術 多路開關及采樣保持器 轉換器與接口技術 2.3 模擬量輸出通道接口技術 模擬量輸出通道結構形式 轉換器與接口技術 2.4 硬件抗干擾技術 考核目標 了解輸入輸出通道的 的接口技術和軟件編程 以及硬件抗干擾技 術。通過本 章的學習，要求能根據(jù)題目要求進行硬件設計，并編寫相應 程序。 第三章：順序控制與數(shù)字控制技術 教學目的 了解數(shù)字程序控制原理及發(fā)展，掌握直線插補原理，了解圓弧插補； 掌握步機 電機工作原理以及步進電機計算機控制技術。 重點難點 重點：數(shù)字程序控制原理，直線插補算法，圓弧插補算法，步機電機工作原理， 步進電機計 算機控制 難點：逐點比較法插補算法，步進電機計算機控制方法

8、。 教學內(nèi)容 3.1 順序控制技術 3.2 數(shù)字程序控制技術 數(shù)字程序控制基礎 逐點比較法插補原理 步進電機控制技術 考核目標 能根據(jù)出發(fā)點及目標點設計直線插補過程， 理解步進電機工作原理， 能區(qū)分步 進電機不同工作方式差異即選擇并能根據(jù)步進電機工作方式要求設計 接口電路以及編制程 序。 第四章：常規(guī)及復雜控制技術 教學目的 通過本章學習，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)設計及 一些改進算法，理解 大林控制算法、史密斯預估控制算法。 重點難點 重點：數(shù)字控制器模擬化設計方法，數(shù)字 PID 控制算法，改進

9、的數(shù)字 PID 控制器 設計，數(shù)字 PID 參數(shù)整定方法；數(shù)字控制器離散化設計方法，最少拍有紋波控制， 最少拍無紋波控制，大 林算法， Smith 算法 難點 ：數(shù)字 PID 控制算法及其改進， PID 參數(shù)整定 , 最少拍有紋波控制，最少拍 無紋波控制。 教學內(nèi)容 4.1 PID 算法的數(shù)字實現(xiàn) 4.2 數(shù)字 PID 調節(jié)中的幾個實際問題 4.3 幾種發(fā)展的 PID 算法 4.4 PID 參數(shù)的整定方法 4.5 最少拍隨動系統(tǒng)的設計 4.6 最少拍無波紋隨動系統(tǒng)的設計 4.7 大林算法 4.8 smith 算法 考核目標 考核過程中，要求掌握數(shù)字控制器模擬化設計方法及步驟，掌握數(shù) 字 PID

10、 基本算法及其改進算法，了解 PID 參數(shù)整定的意義以及整定方法，掌握最 少拍設計過程，理解純滯后控制技術，熟練掌握大林算法、 Smith 算法原理以及在工業(yè)控制中的應用。 第五章：控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術 教學目的 通過本章的學習，使學生理解測量數(shù)據(jù)的預處理技術，掌握常用的 幾種數(shù)字濾 波方法，了解標度變換算法、查表方法 重點難點 重點：系統(tǒng)誤差處理方法，量程轉換，標度變換，常用數(shù)字濾波方法 難點：標度變換，常用數(shù)字濾波方法。 教學內(nèi)容 5.1 測量數(shù)據(jù)預處理技術 5.2 量程自動轉換和標度變換 5.3 數(shù)字濾波技術 考核目標 本章主要掌握數(shù)字濾波、量程自動轉換、標度變換、測量數(shù)據(jù)預處 理的原理

11、及 應用，能運用標度變換算法、查表方法進行數(shù)據(jù)預處理。 第六章：微機控制系統(tǒng)設計 教學目的 了解計算機控制系統(tǒng)的設計方法與實現(xiàn)手段，了解控制系統(tǒng)可靠性 技術。理解 典型工程設計范例。 重點難點 重點：微機控制系統(tǒng)設計步驟 難點：微機控制系統(tǒng)應用設計 教學內(nèi)容 6.1 微機控制系統(tǒng)設計方法及步驟 6.2 微機控制系統(tǒng)設計舉例 考核目標 重點掌握微型計算機控制系統(tǒng)設計方法及實用系統(tǒng)的設計方法。 七、實驗環(huán)節(jié) （一） A/D D/A 轉換實驗 實驗內(nèi)容 1、 A/D 轉換：對實驗臺的電壓輸出電路通過實驗臺數(shù)據(jù)采集卡內(nèi) ADC0809 進行 模數(shù)轉 換，運行程序，觀察軟件窗口輸出數(shù)字量跟隨輸入電壓的變

12、化情況并記錄。 2、 D/A 轉換：通過手動輸入數(shù)字量經(jīng)由實驗臺數(shù)據(jù)采集卡內(nèi) DAC0832 進行數(shù)模 轉換，運 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。實驗要求 通過實驗掌握用微型計算機控制模數(shù)、數(shù)模轉換原理。實驗學時數(shù) 2 學時 實驗方式 在實驗臺完成硬件連線、軟件編程并查看、記錄實驗結果 實驗場所 自動控制實驗室 （ 二）步進電機控制實驗 實驗內(nèi)容 用實驗室現(xiàn)有的四相步進電機連接數(shù)據(jù)采集卡，通過編程實現(xiàn)步進電機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。 實驗要求 能通過連線及編程控制步進電機的運行方向、工作方式。 實驗學時周數(shù) 2 實驗方式 在實驗臺完

13、成硬件連線、軟件編程并查看、記錄實驗結果 實驗場所 自動控制實驗室 （三）單閉環(huán)溫度恒值控制實驗 實驗內(nèi)容 以電爐為控制對象，按照要求連線，通過編程觀察不同 P、I、D 數(shù)配置對溫度控制系統(tǒng)的影響，以及不同步長設置對溫度控制系統(tǒng)的效果。 實驗要求 理解溫度閉環(huán)控制的基本原理，了解溫度傳感器的使用，學習溫度 的配置。 實驗學時周數(shù) 2 參 PID 控制參數(shù) 實驗方式 在實驗臺完成硬件連線、軟件編程并查看、記錄實驗結果 實驗場所 自動控制實驗室 （四）具有純滯后系統(tǒng)的大林算法控制 實驗內(nèi)容 具有純滯后一階慣性環(huán)節(jié)大林算法的實現(xiàn)，在實驗中觀察振鈴現(xiàn)象除的方法，并且和 PID 算法作對比。 并研究其消 實驗要求 了解達林算法的基本原理；掌握用于具有純滯后對象的達林控制算