《計(jì)算機(jī)控制》課程教學(xué)大綱

《計(jì)算機(jī)控制》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱計(jì)算機(jī)控制ComputerControl課程編碼CTL110721020開課院部控制科學(xué)與工程學(xué)院課程團(tuán)隊(duì)（未設(shè)置）學(xué)分2.0課內(nèi)學(xué)時(shí)36講授24實(shí)驗(yàn)12上機(jī)0實(shí)踐0課外學(xué)時(shí)32適用專業(yè)自動(dòng)化授課語言中文先修課程微機(jī)原理、自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論課程簡(jiǎn)介（限選）本課程重點(diǎn)介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)及發(fā)展趨勢(shì)、數(shù)字控制器設(shè)計(jì)理論、系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)及綜合應(yīng)用等內(nèi)容。通過該課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)理論及實(shí)踐知識(shí)，提升學(xué)生基于專業(yè)理論，根據(jù)被測(cè)/控對(duì)象特征，針對(duì)自動(dòng)化專業(yè)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題設(shè)計(jì)可行的控制方案的能力，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，充分考慮可靠性、可持續(xù)性等問題，促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和踏實(shí)做事的風(fēng)格。為學(xué)生進(jìn)入后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐等環(huán)節(jié)奠定必要的基礎(chǔ)。（指標(biāo)點(diǎn)2.4，3.2，4.1，5.4）Thiscoursefocusesonthecomposition,structureanddevelopmenttrendofcomputercontrolsystem,designtheoryofdigitalcontroller,andtheengineeringdesignandintegratedapplicationofcomputercontrolsystem.Throughlearningthiscourse,thestudentscanmastertherelevanttheoryandpracticalknowledgeofcontrolsystemdesign,also,enhancetheabilityofstudentstodesignfeasiblecontrolschemesbasedontheprofessionaltheoryandthecharacteristicsofthecontrolledobjectsforthecomplexengineeringproblems.Intheprocessofsystemdesign,promotestudentstodevelopascientificandrigorousattitudeanddowntoearthstylebytakingfullconsiderationoftheproblemsofreliability,sustainabilityandsoon.Itlaysthenecessaryfoundationforthestudentstoenterthefollow-upgraduationdesign,engineeringpracticeandotherlinks.（Indexpoints2.4,3.2,4.1,5.4）負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號(hào)代號(hào)課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：通過查閱文獻(xiàn)，了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及控制方法的最新進(jìn)展，能夠針對(duì)特定的控制問題，通過理論及工程分析，提出可行的數(shù)字控制思路。是2.42M2目標(biāo)2：掌握數(shù)據(jù)控制器設(shè)計(jì)理論，能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行理論分析，掌握控制算法的工程實(shí)現(xiàn)流程。是3.23.23M3目標(biāo)3：針對(duì)石油石化行業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的過程控制問題，能夠基于數(shù)字控制器設(shè)計(jì)理論，根據(jù)對(duì)象的特征，設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)方案。是4.14M4目標(biāo)4：根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案選擇合適的軟、硬件工具，開展具體的實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)控制結(jié)果能夠進(jìn)行理論分析，討論控制方案的不足，并提出可行的改進(jìn)方案。是5.4三、課程內(nèi)容序號(hào)章節(jié)號(hào)標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點(diǎn)支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時(shí)教學(xué)方式課外學(xué)時(shí)課外環(huán)節(jié)11.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概念，工作原理，基本組成M10.5講授3查閱資料21.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式介紹操作指導(dǎo)系統(tǒng)，直接數(shù)字控制系統(tǒng)，監(jiān)督控制系統(tǒng)，分布式控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的形式，掌握各種計(jì)算機(jī)控制形式的區(qū)別及應(yīng)用場(chǎng)合。M31講授1作業(yè)/自學(xué)31.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)理論的發(fā)展過程，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢(shì)。M10.5講授/討論4查閱資料42.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件體系構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型硬件，工業(yè)總線技術(shù)。M30.5講授/討論0.5自學(xué)52.2開關(guān)量輸入/輸出接口及過程通道的結(jié)構(gòu)開關(guān)量輸入/輸出通道的結(jié)構(gòu)及各類型開關(guān)量輸入/輸出模塊.M31講授0.5作業(yè)62.3模擬量輸入/輸出接口及過程通道的結(jié)構(gòu)模擬量輸入/輸出通道的結(jié)構(gòu)及各類型模擬量輸入/輸出模塊M30.5講授1作業(yè)/自學(xué)73.1采樣系統(tǒng)理論簡(jiǎn)介信號(hào)采樣理論，z變換理論，差分方程理論等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)與前述課程的理論銜接.M22講授2作業(yè)83.2數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)方法數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)思想，連續(xù)控制器離散化方法（前向差分，后向差分，雙線性變換），PID控制器的離散化設(shè)計(jì)及改進(jìn)措施分析。M22講授1作業(yè)93.3數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)方法最小拍控制器的設(shè)計(jì)原理及實(shí)現(xiàn)。M22講授/討論3作業(yè)/自學(xué)103.4純滯后控制技術(shù)Smith預(yù)估控制器的設(shè)計(jì)原理及計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。M22講授1作業(yè)/自學(xué)114.1狀態(tài)空間的輸出反饋設(shè)計(jì)法連續(xù)狀態(tài)方程的離散化，輸出反饋設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)步驟。M22講授3作業(yè)124.2狀態(tài)空間的極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)法按極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)控制規(guī)律，跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)。M22講授2作業(yè)135.1測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理測(cè)量校準(zhǔn)，標(biāo)度變換。M21講授1作業(yè)145.2數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn)工程數(shù)字控制器的結(jié)構(gòu)，數(shù)字控制器在工程設(shè)計(jì)中要考慮的可靠性、靈活性等問題。M31講授1作業(yè)155.3工業(yè)組態(tài)軟件通用工業(yè)組態(tài)軟件的功能，控制組態(tài)、流程圖組態(tài)、趨勢(shì)曲線組態(tài)等功能實(shí)現(xiàn)。M42講授/討論2作業(yè)/自學(xué)166.1硬件抗干擾技術(shù)串模、共模干擾抑制，電源抗干擾措施、系統(tǒng)接地技術(shù)。M31.5講授1作業(yè)176.2軟件抗干擾技術(shù)數(shù)字濾波方法，故障自診斷。M30.5講授1作業(yè)187.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則及步驟計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則及步驟M20.5講授1作業(yè)/自學(xué)197.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，系統(tǒng)總體方案文檔內(nèi)容，硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，軟件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試方法、運(yùn)行過程注意事項(xiàng)等。M30.5講授1作業(yè)/自學(xué)207.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例結(jié)合專業(yè)領(lǐng)域工程實(shí)際，選擇綜合性強(qiáng)、內(nèi)容全面、技術(shù)水平適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)例進(jìn)行分析及設(shè)計(jì)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工程實(shí)際應(yīng)用的直觀印象。M41講授/討論2作業(yè)/自學(xué)四、考核方式序號(hào)考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評(píng)占比1平時(shí)表現(xiàn)通過課堂回答問題，平時(shí)作業(yè)、隨堂測(cè)試等情況考察學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)。20%2課程實(shí)驗(yàn)通過實(shí)驗(yàn)過程中的出勤情況，實(shí)驗(yàn)態(tài)度，遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)范情況，實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫情況等進(jìn)行考核。30%3期末考試根據(jù)考試分?jǐn)?shù)評(píng)定50%五、評(píng)分細(xì)則序號(hào)課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評(píng)分等級(jí)1M1平時(shí)表現(xiàn)100%A-能夠熟練掌握?qǐng)D書館文獻(xiàn)查閱系統(tǒng)，能夠進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作，在討論過程中能夠提出可行的見解并起主導(dǎo)作用。 B-能夠主動(dòng)查閱文獻(xiàn)，積極參與團(tuán)隊(duì)討論，并能夠提出有效的補(bǔ)充意見。 C-能夠查閱文獻(xiàn)，能夠參與團(tuán)隊(duì)討論，并在討論中起到一定作用。 D-不能完成文獻(xiàn)查閱任務(wù)，在分組討論中不發(fā)言，并且不能提出有效的意見和建議。2M2平時(shí)表現(xiàn)20%A-掌握常規(guī)及復(fù)雜數(shù)字控制器設(shè)計(jì)的原理及分析方式，能夠基于現(xiàn)代控制理論對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。能夠在理論分析的基礎(chǔ)上針對(duì)特定問題設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)字控制器。 B-掌握常規(guī)數(shù)字控制器設(shè)計(jì)的原理及分析方式，能夠基于現(xiàn)代控制理論對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。能夠基于經(jīng)典控制理論設(shè)計(jì)最小拍及PID數(shù)字控制器。 C-掌握常規(guī)及復(fù)雜數(shù)字控制器設(shè)計(jì)的原理及分析方式，能夠基于經(jīng)典控制理論設(shè)計(jì)最小拍及PID數(shù)字控制器。 D-不能掌握常規(guī)數(shù)字控制器設(shè)計(jì)的原理及分析方式，不能基于經(jīng)典控制理論設(shè)計(jì)最小拍及PID數(shù)字控制器。3M2期末考試80%按照試卷評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)4M3課程實(shí)驗(yàn)30%A-掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用場(chǎng)合，掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)，掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的原則，并能夠根據(jù)上述知識(shí)針對(duì)特定問題進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，熟悉實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程，能熟練進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。 B-掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用場(chǎng)合，掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)，掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的原則，熟悉實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程，能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。 C-掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用場(chǎng)合，掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的原則，熟悉實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程，能進(jìn)行部分實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。 D-不能掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用場(chǎng)合及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的原則，不熟悉實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程，不能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。5M3期末考試70%按照試卷評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)6M4課程實(shí)驗(yàn)100%A-能夠熟練掌握Matlab，組態(tài)王軟件的使用方法，并依據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)原則開展實(shí)驗(yàn)，獲得良好的控制效果。 B-能夠熟練掌握Matlab，組態(tài)王軟件的使用方法，并依據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)原則開展并完成實(shí)驗(yàn)。 C-能夠掌握Matlab，組態(tài)王軟件的使用方法，并依據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)原則開展實(shí)驗(yàn)。 D-不能掌握掌握Matlab或組態(tài)王軟件的使用方法，不能順利開展實(shí)驗(yàn)研究。評(píng)分等級(jí)說明：[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59];[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[A,B,C]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[M,N]=[80-100,0-79]六、教材與參考資料序號(hào)教學(xué)參考資料明細(xì)1圖書|計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),何克忠,清華大學(xué)出版社,2015年7月,ISBN:9787302391807.2圖書|計(jì)算機(jī)控制技術(shù),羅文廣,機(jī)械工業(yè)出版社,2019年12月,ISBN:9787111605027.3圖書|計(jì)算機(jī)控制技術(shù),于海生,機(jī)械工業(yè)出版社,2014年,ISB