計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教(學(xué))案

1、下載可編輯青島大學(xué)教案學(xué)院：自動(dòng)化工程學(xué)院教 研室：控制系課程名稱 ：微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)任課教師 ：丁軍航青島大學(xué)教務(wù)處制.專業(yè) .整理 .下載可編輯1.課程性質(zhì) ：該課程是青島大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的主干專業(yè)課程，也是電子信息工程、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)的選修課，理論性 、應(yīng)用性 、實(shí)踐性和綜合性強(qiáng)。2.學(xué)習(xí)目的和要求目的 :通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論與技術(shù)，受到較好的工程實(shí)踐基本訓(xùn)練 ，具有分析 、設(shè)計(jì)、開發(fā)和研究計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本能力。要求 :（ 1 ）了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 、接口和過程通道設(shè)計(jì)的基本知識(shí) ；（ 2 ）掌握數(shù)字程序控制的基本原理和程序

2、編制；（ 3 ）掌握常規(guī)及復(fù)雜控制策略 、應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù) ；（ 4 ）學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件 、軟件設(shè)計(jì)與研制方法 ；（ 5 ）初步了解分散型測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。3.選用教材與課程地位（ 1 ）本課程選用的教材 ，由本課程組編寫 ，是國(guó)家級(jí) “十一五 ”規(guī)劃教材 ，由機(jī)械工 業(yè)出版社 2007 年 6 月出版（ 2 ）本課程曾選用的教材 ，也由本課程組編寫 ，2002 年獲全國(guó)高等學(xué)校優(yōu)秀教材二等獎(jiǎng)。由清華大學(xué)出版社出版 ，先后印刷 21 次，發(fā)行量近 12 萬冊(cè) ，被許多高校選作教材 ，在國(guó)內(nèi)產(chǎn)生了很大影響 。（ 2 ）本課程于 2004 年被評(píng)為山東省精品課程 。4.內(nèi)容

3、簡(jiǎn)介全書共分 9 章 。第 1 章是緒論 ，介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其組成、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典 型型式 、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢(shì)；第 2 章討論了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)； 第3 章討論了數(shù)字控制技術(shù) ，重點(diǎn)介紹了逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理、多軸步進(jìn)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)和多軸伺服驅(qū)動(dòng)控制技術(shù) ；第 4 章討論了常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)，主要介紹了數(shù)字控制器的各種控制算法；第 5 章討論了現(xiàn)代控制技術(shù) ，主要介紹了采用狀態(tài)空間的輸出反饋設(shè)計(jì)法、極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)法 、最優(yōu)化設(shè)計(jì)法 ；第 6 章討論了先進(jìn)控制技術(shù)，重點(diǎn)介紹了模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) 、專家控制技術(shù)和預(yù)測(cè)控制技術(shù)；第 7 章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件

4、設(shè)計(jì)技術(shù)；第 8章討論了分布式測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ；第 9 章討論了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、步驟和工程實(shí)現(xiàn) ， 并給出了設(shè)計(jì)實(shí)例 。書中配有習(xí)題可供選用。全書內(nèi)容豐富 ，體系新穎 ，理論聯(lián)系實(shí)際 ，系 統(tǒng)性和實(shí)踐性強(qiáng) 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯章節(jié)講授主要內(nèi)容重點(diǎn)難點(diǎn)第1次課3學(xué)時(shí)1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.2 工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理；實(shí)時(shí) ，在線 ，離線的含義計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的五種典型形式控制系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)：內(nèi)部總線和外部總線1.關(guān)于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的理解實(shí)時(shí)指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都要在一定的時(shí)間范圍內(nèi)完成，這里輸入 、計(jì)算、輸出實(shí)際是指計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的三個(gè)步驟；另外，

5、一定的時(shí)間范圍則是指本次采樣的計(jì)算結(jié)果輸出需在下一個(gè)采樣時(shí)刻到來之前完成，針對(duì)不同的系統(tǒng)，該時(shí)間范圍肯定是有區(qū)別的 。2.區(qū)分內(nèi)部總線與外部總線內(nèi)部總線是指計(jì)算機(jī)內(nèi)部模塊之間的通訊；而外部總線是指計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之要求掌握知識(shí)點(diǎn)和分析方法1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的定義，以及實(shí)時(shí) 、在線 、離線的含義 ，進(jìn)行課堂討論和舉例2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的五種典型形式，并分析各種形式的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)框圖進(jìn)行分析3.工業(yè)控制機(jī)的組成和總線結(jié)構(gòu)本課程采用多媒體課件教學(xué) ，能夠提供較大的信息量 ，所有用到原理圖 ，結(jié)構(gòu)框圖皆投影可得 ，減少了課上繪圖所需時(shí)間 。 不需要設(shè)計(jì)板書 。教授思路，采用的教學(xué)方法和1.依據(jù)計(jì)算機(jī)

6、控制系統(tǒng)原理圖（圖 1.1）和組成框圖 （圖 1.2），說明：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機(jī)和生產(chǎn)過程兩部分組成；在本質(zhì)上 ，將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理歸納為三個(gè)步驟：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集 、實(shí)時(shí)控制決策以及實(shí)時(shí)控制輸出。輔助手段，采用比較和提問的方式，理解在線 ，離線和實(shí)時(shí)的含義。板書設(shè)計(jì)，2.針對(duì)五種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式，給出相應(yīng)的系統(tǒng)框圖，指出實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控重點(diǎn)如何制的過程 ，并且給出每種典型形式各自的優(yōu)缺點(diǎn)。突出，難點(diǎn)3.了解工業(yè)控制機(jī)的組成和總線結(jié)構(gòu)，并重點(diǎn)分析外部總線： RS-232C 串行通訊如何解決，總線與 IEEE-488 并行通訊總線 。師生互動(dòng)4.讓學(xué)生了解學(xué)科的發(fā)展概況、發(fā)展方向以

7、及發(fā)展趨勢(shì)是專業(yè)課教育的必要所在，等因此，對(duì)于這部分內(nèi)容 ，不但在課上帶學(xué)生一塊熟悉教材內(nèi)容，同時(shí)，給學(xué)生指出相1.1 ， 1.2 ，1.4作業(yè)布置補(bǔ)充作業(yè) ：將所閱讀的參考書籍 、期刊和網(wǎng)站的部分內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，寫出自己對(duì)該課程或者學(xué)科發(fā)展的認(rèn)識(shí)。主要微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（教材 ），于海生 ，清華大學(xué)出版社微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，謝劍英 ，國(guó)防工業(yè)出版社參考資料工業(yè)過程控制工程，王樹青 ，化學(xué)工業(yè)出版社備注.專業(yè) .整理 .下載可編輯章節(jié)講授主要內(nèi)容重點(diǎn)難點(diǎn)要求掌握知識(shí)點(diǎn)和分析方法教授思路 ，采用的教學(xué)方法和輔助手段， 板書設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)如何 突出，難點(diǎn) 如何解決， 師生互動(dòng)等作業(yè)布置主要參考資料備注

8、2.1 總線技術(shù)總線的定義 、層次結(jié)構(gòu)及種類串行外部總線簡(jiǎn)介總線擴(kuò)展技術(shù)基于 ISA 總線端口擴(kuò)展1. 總線的定義2. 總線擴(kuò)展技術(shù)3. 基于 ISA 總線端口擴(kuò)展1. 總線的定義2. 總線擴(kuò)展技術(shù)3. 基于 ISA 總線端口擴(kuò)展本課程采用多媒體課件教學(xué) ，能夠提供較大的信息量 ，所有用到電路圖皆投影而得，減少了課上繪圖所需時(shí)間 。 不需要設(shè)計(jì)板書 。該部分內(nèi)容與微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用有相似之處 ，故接口電路分析較為容易，學(xué)生容易接受和理解。難點(diǎn)在于輸入調(diào)理電路和輸出驅(qū)動(dòng)電路。通過圖 2.4 ，2.5 和圖 2.7 ， 2.8 進(jìn)行詳細(xì)的分析，尤其重視分析電路中各部分器件的作用。A/D 轉(zhuǎn)換

9、器及其接口技術(shù)，屬于微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)容，重點(diǎn)在于與PC 總線的連接電路，以及相應(yīng)的控制轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)讀取程序。在分析芯片ADC0809 與 ADC574A 之后，即可由接口電路圖的連接方式，寫出相應(yīng)程序 。教材中所給程序?yàn)?086 匯編語(yǔ)言程序，鼓勵(lì)學(xué)生將其寫成C語(yǔ)言程序 （參考第六章第一節(jié) ，高級(jí)語(yǔ)言編程 ）。2.2， 2.3， 2.4微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) （教材 ），于海生 ，清華大學(xué)出版社微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用 ，劉樂善 ，華中科技大學(xué)出版社電力電子技術(shù) ，王兆安 ，機(jī)械工業(yè)出版社.專業(yè) .整理 .下載可編輯2.3 模擬量輸入通道章節(jié)2.4 D/A 轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)2.

10、5 模擬量輸出通道模擬量輸入通道的組成無源 I/V 變換電路與有源I/V 變換電路采樣、量化及常用的采樣保持器模擬量輸講授主要內(nèi)容入通道設(shè)計(jì)D / A 轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)V/I 變換和自動(dòng) / 手動(dòng)切換模擬量輸出通道設(shè)計(jì)1.無源 I/V 變換電路與有源 I/V 變換電路重點(diǎn)2.采樣 、量化及采樣保持原理難點(diǎn)3.模擬量輸入通道設(shè)計(jì)及 8 通道數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)4.單極性與雙極性電壓輸出電路要求掌握1.無源 I/V 變換電路與有源 I/V 變換電路 ，電路分析2.模擬量輸入通道設(shè)計(jì)及 8 通道數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)，程序分析知識(shí)點(diǎn)和3.D/A 轉(zhuǎn)換器及其與 PC 總線工業(yè)控制機(jī)接口技術(shù)，接口電路與工作時(shí)序

11、分析分析方法4.8 通道模擬量輸出電路設(shè)計(jì)，程序分析本課程采用多媒體課件教學(xué)，能夠提供較大的信息量 ，所有用到電路圖皆投影而得，減少了課上繪圖所需時(shí)間。不需要設(shè)計(jì)板書 。 無源 I/V 變換電路與有源 I/V 變換電路 ，介紹教材中出現(xiàn)的兩個(gè)電路 ，難度都不大 ，教授思路 ，需要注意的是電路中各個(gè)元件的作用；采用的教 學(xué) 采樣的采樣過程由教材圖2.21描述，信號(hào)的采樣頻率由香農(nóng)采樣定理給出；量化及方法和 輔助量化單位 ，量化誤差描述了A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的數(shù)學(xué)過程；采樣保持手段， 板書器的作用是為了保證 A/D 轉(zhuǎn)換期間輸入恒定 。設(shè)計(jì)， 重點(diǎn) 模擬量輸入通道設(shè)計(jì)原理圖由圖2.25

12、 給出，在分析該模板采集一個(gè)數(shù)據(jù)的四步過程如何 突出，以后，寫出 8 通道數(shù)據(jù)采集匯編語(yǔ)言程序。難點(diǎn) 如何解 簡(jiǎn)單分析 D/A 轉(zhuǎn)換器及其與 PC 總線工業(yè)控制機(jī)接口技術(shù)，接口電路與工作時(shí)序，以決， 師生互此為基礎(chǔ) ，設(shè)計(jì)模擬量輸出通道。動(dòng) 強(qiáng)化單極性與雙極性電壓輸出電路分析，做出更詳細(xì)的電路圖 。等 該部分內(nèi)容與 微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用 有相似之處 ，故接口電路分析較為容易，學(xué)生容易接受和理解 。作業(yè)布置2.5， 2.6， 2.10 ， 2.12主要微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) （教材 ），于海生 ，清華大學(xué)出版社參考資料微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用，劉樂善 ，華中科技大學(xué)出版社備注.專業(yè) .整理 .下

13、載可編輯青島大學(xué)教案 （理論教學(xué)用 ）章節(jié)講授主要內(nèi)容重點(diǎn)難點(diǎn)要求掌握知識(shí)點(diǎn)和分析方法教授思路 ，采用的教學(xué)方法和輔助手段， 板書設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)如何 突出，難點(diǎn) 如何解決， 師生互動(dòng)等第4次課3學(xué)時(shí)2.6 硬件抗干擾技術(shù)串模干擾及其抑制方法共模干擾及其抑制方法長(zhǎng)線傳輸干擾及其抑制方法CPU抗干擾技術(shù)接地技術(shù)1.共模干擾及其抑制方法2.長(zhǎng)線傳輸干擾與匹配電阻3.CPU 抗干擾技術(shù)1.共模干擾及其抑制方法2.長(zhǎng)線傳輸干擾與匹配電阻3.CPU 抗干擾技術(shù)1.首先闡述干擾的含義和來源，描述干擾的危害。以作過的實(shí)際項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng)碰到的各種問題 ，指出未考慮干擾所引起的后果以及需要注意的方面（比如電源 、接地

14、、模擬量輸入 、數(shù)字量的輸入輸出隔離、串行通信接口等）2.串模干擾 ：所謂串模干擾是指疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾噪聲。串模干擾的抑制方法應(yīng)從干擾信號(hào)的特性和來源入手，分別對(duì)不同情況采取相應(yīng)的措施。3.共模干擾 ：所謂共模干擾是指模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器兩個(gè)輸入端上公有的干擾電壓。通過分析被測(cè)信號(hào)的輸入方式，來指出共模干擾的引入和抗共模干擾能力。共模干擾的抑制方法有 變壓器隔離 、 光電隔離 、 浮地屏蔽 、 采用儀表放大器提高共模抑制比。4.長(zhǎng)線傳輸干擾與匹配電阻信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸遇到三個(gè)問題：一是長(zhǎng)線傳輸易受到外界干擾，二是具有信號(hào)延時(shí)，三是高速度變化的信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)波反射現(xiàn)象。采用終端阻抗匹

15、配或始端阻抗匹配，可以消除長(zhǎng)線傳輸中的波反射或者把它抑制到最低限度 。 終端匹配 始端匹配5.CPU 抗干擾技術(shù) ：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的CPU 抗干擾措施常常采用Watchdog( 俗稱看門狗 )、電源監(jiān)控 (掉電檢測(cè)及保護(hù))、復(fù)位等方法 。微處理器監(jiān)控電路M AX1232 具有 (1) 電源監(jiān)控 、(2) 按鈕復(fù)位輸入 、(3) 監(jiān)控定時(shí)器(Watchdog)功能。作業(yè)布置2.14 ， 2.15單片機(jī)系統(tǒng)的硬件抗干擾技術(shù), 楊秀敏 , 微處理機(jī) , 1996/04主要智能儀器的抗干擾技術(shù), 高輝 , 工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置 , 2000/04微參考資料機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中幾種抗干擾技術(shù), 羅文廣 , 測(cè)控

16、技術(shù) , 1997/06工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的抗干擾技術(shù), 陳勇 , 工業(yè)控制計(jì)算機(jī) , 1996/05.專業(yè) .整理 .直線插補(bǔ)的過程 ，規(guī)定好必要的步驟 。根據(jù)直線插補(bǔ)的程序流程 ，寫出插補(bǔ)的程序 。講完以上內(nèi)容以后 ，第二節(jié)課大約還有 20 分鐘時(shí)間 ，修改例題 （比如改為第二象限），讓學(xué)生當(dāng)堂完成 ，可以查書 ，可以討論 。 理解插補(bǔ)原理 。逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)較逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)要麻煩許多。但是整個(gè)的分析過程還是有很多的相似之處 。 不同點(diǎn)在于 ，當(dāng)計(jì)算偏差判別公式 F m 的值的時(shí)候 ，需要計(jì)算和3.2， 3.4， 3.5微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) （教材 ），于海生 ，清華大學(xué)出版社數(shù)字控制技術(shù)

17、 ，葉蓓華 ，清華大學(xué)出版社 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)在機(jī)床改造中章節(jié)講授主要內(nèi)容重點(diǎn)難點(diǎn)要求掌握知識(shí)點(diǎn)和分析方法下載可編輯第5次課3學(xué)時(shí)3.1數(shù)字程序控制基礎(chǔ)3.2逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理數(shù)字程序控制原理數(shù)字程序控制方式逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)1.數(shù)字程序控制原理2.逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)3.逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)1.數(shù)字程序控制原理，利用平面圖形的重現(xiàn)，來分析程序控制原理；2.逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)3.逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)所謂數(shù)字程序控制 ，就是計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù) ，控制生產(chǎn)機(jī)械 (如各種加工機(jī)床 )按規(guī)定的工作順序 、運(yùn)動(dòng)軌跡 、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)地完成工作的自動(dòng)控制 。教授思路 ，

18、首先分析圖31 所示的平面圖形 ，利用計(jì)算機(jī)在繪圖儀上重現(xiàn) ，來簡(jiǎn)要說明數(shù)字采用的教 學(xué)程序控制的基本原理 ，以及脈沖當(dāng)量 （步長(zhǎng) ）的含義 。方法和 輔助所謂逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)，就是刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)手段， 板書行比較 ，看這點(diǎn)在給定軌跡的上方或下方，或是給定軌跡的里面或外面，從而決定下設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)一步的進(jìn)給方向 。由第一象限直線表達(dá)式，推倒出相應(yīng)的偏差計(jì)算公式，并給出偏差如何 突出，判別公式 Fy x-x y，由 FM的值，判斷相應(yīng)的進(jìn)給方向 。 利用教材上的例題 ，演示mm em e難點(diǎn) 如何解決， 師生互動(dòng)等作業(yè)布置主要的應(yīng)用 , 王德洪 , 文教資料 , 20

19、05/23加工中心數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型設(shè)計(jì)與實(shí)踐, 王參考資料文熙 , 青島大學(xué)學(xué)報(bào) (工程技術(shù)版 ),2001/02備注.專業(yè) .整理 .下載可編輯章節(jié)3.步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)步進(jìn)電機(jī)的工作原理講授主要步進(jìn)電機(jī)的工作方式步進(jìn)電機(jī)內(nèi)容控制接口及輸出字表步進(jìn)電機(jī)控制程序重點(diǎn)1.步進(jìn)電機(jī)的工作原理難點(diǎn)2.步進(jìn)電機(jī)控制程序要求掌握1.步進(jìn)電機(jī)的工作原理2.步進(jìn)電機(jī)的工作方式知識(shí)點(diǎn)和3.步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表分析方法4.步進(jìn)電機(jī)控制程序步進(jìn)電機(jī)又叫脈沖電機(jī)，它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的機(jī)電式數(shù)模(DA)轉(zhuǎn)換器 。 常采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件。步進(jìn)電機(jī)控制線路接收計(jì)算機(jī)發(fā)來的指令脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)作相

20、應(yīng)地轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)或刀具 。 指令脈沖總數(shù)決定數(shù)控系統(tǒng)總移動(dòng)量，指令脈沖的頻率決定移動(dòng)速度。教授思路 ， 步進(jìn)電機(jī)的工作就是步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。電源采用單極性的直流電源。對(duì)步進(jìn)電機(jī)定子的各采用的教 學(xué)相繞組以適當(dāng)?shù)臅r(shí)序進(jìn)行通電步,使進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 。要特別說明 ，該處的 “相”指的是定子的方法和 輔助對(duì)數(shù) 。 步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)過程可以用圖3.14 來說明 。另外 ，對(duì)于單三相工作方式下的步進(jìn)手段，板書過程 ，在多媒體課件中 ，用圖形的形式描述了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)過程，使學(xué)生更直觀的認(rèn)識(shí)齒距設(shè)計(jì)，重點(diǎn)角和步距角的含義 。如何突出， 步進(jìn)電機(jī)可工作于單相通電方式，也可工作于雙相通電方式和單相、雙相交叉通電難點(diǎn) 如何解決

21、， 師生互方式 。選用不同的工作方式 ，可使步進(jìn)電機(jī)具有不同的工作性能，如減小步距 ，提高定位動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性等 。對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)則有單相三拍(簡(jiǎn)稱單三拍 )方式 、雙相三拍 (簡(jiǎn)稱等雙三拍 )方式、三相六拍工作方式 。依據(jù)電壓波形 ，做出說明 。 微機(jī)控制取代脈沖分配器，同時(shí)用微機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù)、轉(zhuǎn)向以及速度控制等 。 通過 8255A 并行接口芯片 ，做出如圖 3.18所示的接口示意圖 ，設(shè)定好繞組通斷電的輸出值以后 ，即可根據(jù)工作方式 ，做出輸出字表 。作業(yè)布置 步進(jìn)電機(jī)的走步控制程序包括輸出步數(shù)控制、轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制以及速度控制，當(dāng)某種3.6， 3.7微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) （教材

22、 ），于海生 ，清華大學(xué)出版社主要單片機(jī)在步進(jìn)電機(jī)控制中的應(yīng)用, 陸陽(yáng) , 鐵道機(jī)車車輛 , 1995/02參考資料步進(jìn)電機(jī)模糊控制技術(shù)的研究,高向東 ,微特電機(jī) ,1999/03基于 DSP 的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),李為民 ,微特電機(jī) ,2001/03.專業(yè) .整理 .下載可編輯章節(jié)4.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)講授主要數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟數(shù)字 PID 控制器的設(shè)計(jì)內(nèi)容數(shù)字 PID 控制器的改進(jìn)重點(diǎn)1.將 D(S)離散化為 D(Z)2.數(shù)字 PID 控制器的改進(jìn)難點(diǎn)要求掌握1. 將 D(S)離散化為 D(Z)知識(shí)點(diǎn)和2.數(shù)字 PID 位置型控制算法和數(shù)字PID 增量型控制算法分析方

23、法3.數(shù)字 PID 控制器的改進(jìn)數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟首先是利用自動(dòng)控制原理學(xué)過的知識(shí)（頻率特性法 、根軌跡法等 ）設(shè)計(jì)出假想的連續(xù)控制器 D(S)，選擇好采樣周期 T，即可將 D (S)離散化 為D(Z) ，對(duì)于雙線性變換 、前向差分 、后向差分都要從級(jí)數(shù)展開和數(shù)值積分定義來分析，教授思路 ，而且使用雙線性變換 ，一個(gè)穩(wěn)定的連續(xù)控制系統(tǒng)在變換之后仍將是穩(wěn)定的，可是 使用采用的教 學(xué)前向差分法 ，就可能把它變換為一個(gè)不穩(wěn)定的離散控制系統(tǒng)（要求學(xué)生根據(jù)在自動(dòng)控方法和 輔助制原理課中所學(xué)知識(shí) ，給出證明 ）。手段， 板書在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中 ，PID 控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周

24、期設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)相當(dāng)短時(shí) ，用求和代替積分 、用后向差分代替微分 ，使模擬 PID 離散化變?yōu)椴罘址匠?。如何 突出，有兩種型式 ：數(shù)字 PID 位置型控制算法和數(shù)字 PID 增量型控制算法 ，做出比較 。難點(diǎn) 如何解數(shù)字 PID 控制器的改進(jìn)是非常重要的內(nèi)容，包括： 積分項(xiàng)的改進(jìn) (1)積分分決， 師生互離 (2)抗積分飽和 (3)梯形積分 (4) 消除積分不靈敏區(qū)微分項(xiàng)的改進(jìn)(1) 不完全微分動(dòng)PID 控制算法 (2)微分先行 PID 控制算式 只有發(fā)揮計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快、邏輯判斷功等能強(qiáng) 、編程靈活等優(yōu)勢(shì) ，才能在控制性能上超過模擬調(diào)節(jié)器 。 而對(duì)于積分項(xiàng)和微分項(xiàng)的改進(jìn)，正是為了更合理的應(yīng)用

25、PID 控制技術(shù) 。 針對(duì)梯形積分 、消除積分不靈敏區(qū) 、不完全微分 ，可以從數(shù)學(xué)表達(dá)式上看出作業(yè)布置主要參考資料4.2， 4.3， 4.4， 4.5微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) （教材 ），于海生 ，清華大學(xué)出版社實(shí)用 PID 的幾種改進(jìn)方法 , 付冬梅 , 自動(dòng)化博覽 , 1997/01基于積分分離的PID 位置控制器的設(shè)計(jì), 胡科峰 , 機(jī)床與液壓 , 2004/05備注.專業(yè) .整理 .下載可編輯章節(jié)4.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù) 數(shù)字 PID 控制器的參數(shù)整定4.2 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)技術(shù)講授主要1.數(shù)字 PID 控制器的參數(shù)整定2.數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)步驟內(nèi)容3.最少拍控制器的設(shè)計(jì)

26、重點(diǎn)1.數(shù)字 PID 控制器的參數(shù)整定2.最少拍控制的定義難點(diǎn)3.最少拍控制器的設(shè)計(jì)及最少拍控制器的基本形式要求掌握1.數(shù)字 PID 控制器的參數(shù)整定2.廣義對(duì)象的定義 包括零階保持器與被控過程。知識(shí)點(diǎn)和3.誤差脈沖傳遞函數(shù) 誤差信號(hào)的 Z 變換除以輸入函數(shù)的 Z 變換分析方法4.最少拍控制器的設(shè)計(jì)及最少拍控制器的基本形式 數(shù)學(xué)推導(dǎo).專業(yè) .整理 .下載可編輯PID 控制器性能的好壞，控制效果的優(yōu)劣跟PID 控制器的參數(shù)選擇有直接的關(guān)系。對(duì)于連續(xù)控制器進(jìn)行離散化，最重要的一點(diǎn)就是要求采樣周期要相當(dāng)小，因此，對(duì)于數(shù)字控制器 ，首要一點(diǎn)是根據(jù)影響因素選擇合適的采樣周期T。PID 控制器在使用過程中

27、，另有 K P，TI，TD 三個(gè)參數(shù)需要整定。簡(jiǎn)易工程整定法是由經(jīng)典的頻率法簡(jiǎn)化而來的，雖然稍微粗糙一點(diǎn)，但是簡(jiǎn)單易行，適于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。湊試法更多的應(yīng)用于仿真實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，要求對(duì) P、 I、 D 三部分的參數(shù)有深刻的理解。由于控制任務(wù)的需要，當(dāng)所選擇的采樣周期比較大或?qū)刂瀑|(zhì)量要求比較高時(shí)，必須從被控對(duì)象的特性出發(fā) ，直接根據(jù)計(jì)算機(jī)控制理論 (采樣控制理論 )來設(shè)計(jì)數(shù)字控制器，這類方法稱為離散化設(shè)計(jì)方法 。教授思路 ，所謂最少拍控制 ，就是要求閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)于某種特定的輸入在最少個(gè)采樣周期內(nèi)達(dá)采用的教 學(xué) 到無靜差的穩(wěn)態(tài) ，且閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)具有以下形式方法和輔助手段， 板書設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)如何 突出，難點(diǎn)

28、 如何解決， 師生互動(dòng)等( z) f z 1 f z 2f zNN12根據(jù) z 變換的終值定理 ，得到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差的表達(dá)式，針對(duì)典型輸入函數(shù)的Z變換表達(dá)式 R( z)青 B( z)，得到 (z)=1-(1-z-1q，最少拍控制器 D(z) 為)(1 z1 ) q1(z ) q1(1zD ( z )1(z)G( z)(1z 1 )G( z) 1q通過對(duì)典型輸入下的最少拍控制系統(tǒng)分析，得到最少拍控制器的局限性：(1)針對(duì)一種典型的輸入函數(shù)R(z)設(shè)計(jì)，得到系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)(z)，用于次數(shù)較 低的輸入函數(shù) R(z)時(shí)，系統(tǒng)將出現(xiàn)較大的超調(diào)，響應(yīng)時(shí)間也會(huì)增加，但在采樣時(shí)刻的誤差為零。 反之，當(dāng)

29、一種典型的最少拍特性用于次數(shù)較高的輸入函數(shù)時(shí)，輸出將不能完全跟蹤輸入以致產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差 。 由此可見 ，一種典型的最少拍閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù) (z) 只適應(yīng)一種特定的輸入而不能適應(yīng)于各種輸入。 (2) 只有當(dāng) G(z)是穩(wěn)定的 (即在 z 平面單位圓上和圓外沒有極點(diǎn))，且不含有純滯后環(huán)節(jié)時(shí) ，式(z)=1-(1-z-1)q 才成立 。 如果 G(z) 不作業(yè)布置4.6， 4.7， 4.8主要微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（教材 ），于海生 ，清華大學(xué)出版社計(jì)算機(jī)控制理論及應(yīng)用，孫增圻 ，清華大學(xué)出版社數(shù)字控制器離散設(shè)計(jì)參考資料的新探討 , 劉玉文 , 甘肅廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào), 1998/02備注.專業(yè) .整理 .

30、下載可編輯4.2數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)技術(shù) 有紋波和無紋波控制器章節(jié)4.3純滯后控制技術(shù) 史密斯 (Smith) 預(yù)估控制最少拍有紋波控制器的設(shè)計(jì)講授主要最少拍無紋波控制器的設(shè)計(jì)內(nèi) 容史密斯 (Smith) 預(yù)估控制1.最少拍有紋波控制器的設(shè)計(jì)方法、步驟和舉例分析重點(diǎn)2.最少拍無紋波控制器的設(shè)計(jì)的必要條件分析難點(diǎn)3.史密斯 (Smith) 預(yù)估控制數(shù)字化分析要求掌握1.最少拍有紋波控制器的設(shè)計(jì)方法、步驟和舉例分析知識(shí)點(diǎn)和2.最少拍無紋波控制器的設(shè)計(jì)分析方法3.史密斯 (Smith) 預(yù)估控制zdubi z11.(1)設(shè) G(z) 是 G(z)中不含單位圓上或圓外的零極點(diǎn)部分，這樣，i1G( z

31、 )vG ( z )(1 1a z)ii 1教授思路 ，采用的教學(xué)方法和輔助手段， 板書設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)如何 突出，難點(diǎn) 如何解決， 師生互動(dòng)等在分析對(duì)該控制對(duì)象設(shè)計(jì)最少拍控制器時(shí)，為了避免使 G(z)在單位圓外或圓上的零點(diǎn)、極點(diǎn)與 D(z) 的零點(diǎn) 、極點(diǎn)對(duì)消 ，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的補(bǔ)償，選擇系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)時(shí)必須滿足下面的約束條件：（ 1） (z)的零點(diǎn)中 ，必須包含 G(z)在 z 平面單位圓外或圓上的所有極點(diǎn)，即ee ( z) 1( z)v11qF ( z )(1ai z ) (1z)1i1（ 2）(z)的零點(diǎn)中 ，必須包含 G(z)在 z平面單位圓外或圓上的所有零點(diǎn)，即u( z)

32、z d(1b z 1 ) F( z)i2i 1以上的計(jì)算公式中 ，還需要確定 F (z)=1+fz-1-2-m-1-211 +f z12 +f z 1m和 F (z)=f z+f z+ 221222n-n 以及相應(yīng)的階數(shù) m ， n 確定 。 根據(jù)此約束條件 ，可求得最少拍控制器為+f zF2(z), jq1(z)G (z)(1z1 )q j F1(z) D(z)F2 (z)G(z) 1(z), j qG (z)F (z)1根據(jù)教材例 4.1，熟悉整個(gè)設(shè)計(jì)和計(jì)算過程。 僅根據(jù)上述約束條件設(shè)計(jì)的最少拍控制系統(tǒng)，只保證了在最少的幾個(gè)采樣周期后系統(tǒng)的響應(yīng)在采樣點(diǎn)時(shí)是穩(wěn)態(tài)誤差為零，而不能保證任意兩個(gè)采

33、樣點(diǎn)之間的穩(wěn)態(tài)誤差為零。 這種控制系統(tǒng)輸出信號(hào)y(t)有紋波存在 ，故稱為最少拍有紋波控制系統(tǒng)，相應(yīng)的控制器為最少拍有紋波控制器。y(t) 的紋波在采樣.專業(yè) .整理 .下載可編輯作業(yè)布置主要參考資料備注2. 設(shè)計(jì)最少拍無紋波控制器的必要條件： Gc(s)中必須含有足夠的積分環(huán)節(jié) ，以保證u(t) 為常數(shù)時(shí) ， Gc(s)的穩(wěn)態(tài)輸出完全跟蹤輸入，且無紋波 。最少拍無紋波系統(tǒng)確定 (z)的約束條件 ：(z)必須包含 G(z)的分子多項(xiàng)式 B(z)，即 (z)必須包含 G(z)的所有零點(diǎn) 。這樣 ，原來最少拍有紋波系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)確定(z)的( z)z d B( z) F ( z) zdw1 ) F (

34、 z) ，其余環(huán)節(jié)均與公式應(yīng)修改為(1 b z有2i2i 1紋波控制器設(shè)計(jì)方法相同。 以例題 4.2，觀察數(shù)字控制器輸出和系統(tǒng)輸出。3. 由于物料或能量的傳輸延遲引起的滯后稱為純滯后。根據(jù)教材圖 4.19 ，可以得出經(jīng)補(bǔ)償后的系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為 ( )GP( )csD( )( )c(s)D ss es G PsesD s G s e csD s Gs1( )P ( )1( )P ( )說明 ，經(jīng)補(bǔ)償后 ，消除了純滯后部分對(duì)控制系統(tǒng)的影響，因?yàn)槭街械?e cs 在閉環(huán)控制回路之外 ，不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，拉氏變換的位移定理說明， e cs 僅將控制作用在時(shí)間坐標(biāo)上推移了一個(gè)時(shí)間，控制系統(tǒng)的過渡過程

35、及其它性能指標(biāo)都與對(duì)象特性為Gp(s)時(shí)完全相同 。采用零階保持器法，使系統(tǒng)離散化 ，得到數(shù)字 PID 控制器和史密斯預(yù)估器。給出4.9， 4.10 ，4.11微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（教材 ），于海生 ，清華大學(xué)出版社計(jì)算機(jī)控制理論及應(yīng)用，孫增圻 ，清華大學(xué)出版社用 MATLAB 進(jìn)行數(shù)字控制器計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì), 陳曉天 , 廣東自動(dòng)化與信息工程,1997/02最少拍控制器的設(shè)計(jì)方法 , 涂源釗 , 四川大學(xué)學(xué)報(bào) (工程科學(xué)版 ), 1997/04 最少拍爐溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) , 陳學(xué) , 計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化 , 1998/03青島大學(xué)教案 （理論教學(xué)用 ）第10 次課3學(xué)時(shí)4.3純滯后控制技術(shù) 達(dá)林

36、(Dahlin) 算法章節(jié)4.4串級(jí)控制技術(shù)4.5前饋 - 反饋控制技術(shù).專業(yè) .整理 .下載可編輯講授主要內(nèi)容重點(diǎn)難點(diǎn)要求掌握知識(shí)點(diǎn)和分析方法達(dá)林 (Dahlin) 算法串級(jí)控制的結(jié)構(gòu)和原理數(shù)字串級(jí)控制算法副回路微分先行串級(jí)控制算法前饋控制的結(jié)構(gòu)和原理前饋 -反饋控制結(jié)構(gòu)數(shù)字前饋 -反饋控制算法1.達(dá)林 (Dahlin) 算法與振鈴現(xiàn)象2.串級(jí)控制的結(jié)構(gòu)和原理3.前饋控制的結(jié)構(gòu)和原理1.串級(jí)控制的結(jié)構(gòu)和原理2.前饋控制的結(jié)構(gòu)和原理1.達(dá)林算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使整個(gè)閉系統(tǒng)所期望的傳遞函數(shù)(s)相當(dāng)于一個(gè)延遲環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)，即(s)1e cs，代入 =NT, 并進(jìn)行 z 變換Tcs1(1e

37、 T Tc) zN 1D(z)1(z)( z)eT Tc1 進(jìn)而G(z) 1(z ) c1zN11zT T(1e)G(z) 1T Tc1(1T TcN 1eze)z教授思路 ，采用的教 學(xué)對(duì)于一階和二階環(huán)節(jié) ，簡(jiǎn)單進(jìn)行分析 。振鈴 (Ringing) 現(xiàn)象 ，是指數(shù)字控制器的輸出以二分之一采樣頻率大幅度衰減的振方法和 輔助手段， 板書蕩。針對(duì)振鈴現(xiàn)象 ，提出一種最簡(jiǎn)單的輸入R(z)和u ( z) 表達(dá)式 ，分析出產(chǎn)生振鈴現(xiàn)設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)象的原因 。如何 突出，難點(diǎn) 如何解2.由圖 4.23 所示爐溫控制系統(tǒng) ，引出計(jì)算機(jī)串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。對(duì)于串級(jí)控制系統(tǒng)決， 師生互的分析有一個(gè)原則 ，就是不管

38、串級(jí)控制有多少級(jí) ，計(jì)算的順序總是從最外面的回路向內(nèi)進(jìn)行 。這樣 ，針對(duì)圖 4.25 所示系統(tǒng) ，給出相應(yīng)計(jì)算方法和步驟；為了防止主控制器動(dòng)輸出 (也就是副控制器的給定值 )過大而引起副回路的不穩(wěn)定 ，同時(shí) ，也為了克服副對(duì)等象慣性較大而引起調(diào)節(jié)品質(zhì)的惡化，在副回路的反饋通道中加入微分控制，稱為副回路微分先行 。副回路的引入給系統(tǒng)帶來了很多的優(yōu)點(diǎn)：更強(qiáng)的抑制擾動(dòng)的能力；克服對(duì)象純滯后的影響 ；把非線性對(duì)象包含在副回路中，由于副控回路是隨動(dòng)系統(tǒng)，能夠適應(yīng)操作條件和負(fù)荷的變化 ，自動(dòng)改變副控調(diào)節(jié)器的給定值。.專業(yè) .整理 .下載可編輯3. 前饋控制是按擾動(dòng)量進(jìn)行控制的 ，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí) ，前饋控制就按擾動(dòng)量直接產(chǎn)生校正作用 ，以抵消擾動(dòng)的影響 。采有前饋與反饋控制相結(jié)合的控制結(jié)構(gòu)，既能發(fā)揮前饋控制對(duì)擾動(dòng)的補(bǔ)償作用，又能保留反饋控制對(duì)偏差的控制作用。三沖量給水控制系統(tǒng)是典型的前饋- 反饋控制結(jié)構(gòu)，通過圖 4.30 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)示意圖，分析出系統(tǒng)框圖，然后采用零階保持器法進(jìn)