計算機控制技術一課程教學大綱

計算機控制技術=2\*ROMAN一課程教學大綱課程中文名稱：計算機控制技術=1\*ROMANI課程英文名稱：ComputerControlledSystemⅠ課程編號：C1134開課學期：6學時數(shù)：24學分：1.5適用專業(yè)：電氣工程及其自動化課程類型：專業(yè)拓展課先修課程：微機原理、傳感器與檢測技術、自動控制理論等一、課程性質本課程為電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)的專業(yè)拓展課，是一門理論和實踐性結合非常密切的技術課程，主要介紹計算機控制系統(tǒng)設計與分析的基礎知識、原理和實現(xiàn)等技術。主要內容包括數(shù)字程序控制的基本原理和設計，數(shù)字采樣控制的基本理論，數(shù)字控制器的設計方法以及微型計算機控制系統(tǒng)硬件構成和軟件的組織與設計方法。課程理論聯(lián)系實際，硬件和軟件相結合，控制原理和典型應用相結合，旨在培養(yǎng)學生對計算機控制系統(tǒng)的分析和設計能力，提高學生對計算機控制系統(tǒng)工程問題的分析問題和解決問題能力。二、課程目標通過本課程的學習，使學生了解計算機控制系統(tǒng)的類型和組成，對計算機控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展有一定的了解，初步掌握簡單計算機控制系統(tǒng)的分析和設計方法，具備將計算機控制技術的基本原理和方法應用于電氣工程復雜工程問題的初步能力。課程內容要求掌握和熟悉計算機控制系統(tǒng)的輸入輸出、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、接口技術、常用控制算法、抗干擾技術、計算機控制系統(tǒng)設計方法和步驟等技術；了解常用的現(xiàn)場總線技術。為學生以后從事電氣工程及其自動化專業(yè)與計算機控制系統(tǒng)有關的工作打下初步基礎，培養(yǎng)工程創(chuàng)新能力。三、支撐的畢業(yè)要求課程對畢業(yè)要求的支撐課程教學目標、達成途徑和評價依據(jù)等畢業(yè)要求2具有從事電氣工程工作所需的相關數(shù)學、自然科學以及經(jīng)濟和管理知識。教學目標：針對一些常用被控對象，能夠建立被控對象數(shù)學模型并進行系統(tǒng)性能分析，合理選擇控制性能指標和計算機控制方案、并進行方案對比和選擇；設計可行的計算機控制律，并進行穩(wěn)定性、穩(wěn)定精度及動態(tài)性能分析；對控制系統(tǒng)進行仿真控制，依據(jù)指定的性能指標進行控制器參數(shù)調整，評估系統(tǒng)控制性能。對計算機控制系統(tǒng)設計方法有較深刻的了解。達成途徑：課堂講解；課后作業(yè)；課后討論。評價依據(jù)：平時課堂表現(xiàn)，作業(yè)評定，大型作業(yè)報告結果，試卷成績等。評價方式：根據(jù)平時課堂表現(xiàn)、作業(yè)情況、大型作業(yè)報告步驟及仿真結果，試卷成績綜合評定個人成績。畢業(yè)要求5掌握基本的創(chuàng)新方法，具有追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識；具有綜合運用理論和技術手段設計電氣工程領域的系統(tǒng)和過程的能力，設計過程中能夠綜合考慮經(jīng)濟、環(huán)境、法律、安全、健康、倫理等制約因素。教學目標：理解計算機控制系統(tǒng)的基本概念；掌握計算機控制系統(tǒng)分析和設計的基本理論、方法；掌握信號采樣、保持的有關知識；掌握計算機控制系統(tǒng)的程序實現(xiàn)方法；掌握數(shù)字PID控制器設計方法；掌握最小拍控制的設計方法以及純滯后控制系統(tǒng)的設計方法。了解計算機控制系統(tǒng)的抗干擾技術，了解計算機控制技術的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。達成途徑：課堂講解；平時作業(yè)；專題討論。評價依據(jù)：平時作業(yè)；課程實驗報告；期末考試試題。評價方式：評估平時作業(yè)的正確性與完整性，給出成績；評估課程實驗報告的正確性與完整性，給出成績；評價期末考試的得分率。畢業(yè)要求4具備設計和實施電氣工程實驗的能力，并能夠對實驗結果進行分析；6掌握文獻檢索、資料查詢及運用現(xiàn)代信息技術獲取相關信息的基本方法。教學目標：掌握計算機控制系統(tǒng)的組成、原理、接口技術、控制算法、抗干擾技術、設計方法和步驟；通過一些簡單的計算機控制系統(tǒng)如液位控制、電機控制的設計，通過查閱文獻，選擇控制方案，設計控制算法，進行控制系統(tǒng)性能分析，仿真論證；選擇傳感器、控制主機等硬件設備，編寫控制程序，對系統(tǒng)進行仿真控制運行；掌握計算機控制系統(tǒng)的仿真和分析方法；掌握對計算機控制技術以及自動化相關知識的應用有較深刻了解。達成途徑：課堂講解；控制系統(tǒng)設計報告。評價依據(jù)：仿真結果或實驗結果；專題討論與報告。評價方式：評估仿真結果的合理性，實驗控制運行結果的正確性，給出成績；結合設計報告，平時課堂表現(xiàn)，給出個人成績。四、教學內容和學時安排共24學時一計算機控制概論2學時1.1計算機控制系統(tǒng)的組成；

1.2計算機控制系統(tǒng)的分類、結構

；

1.3計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。重點和難點：計算機控制系統(tǒng)的組成及分類；計算機控制系統(tǒng)的各種分類及工作方式。二計算機控制系統(tǒng)基礎4學時2.1信號的采樣與Z變換采樣理論，采樣頻率的選擇。Z變換定義、Z變換和Z反變換性質和定理。2.2離散控制系統(tǒng)的分析差分方程、脈沖傳遞函數(shù)、連續(xù)狀態(tài)方程的離散化；計算機控制系統(tǒng)性能分析等。重點：Z變換，差分方程、脈沖傳遞函數(shù)、連續(xù)狀態(tài)方程的離散化；計算機控制系統(tǒng)的性能分析。難點：連續(xù)狀態(tài)方程的離散化；計算機控制系統(tǒng)的性能分析。三計算機控制系統(tǒng)的硬件技術2學時教學內容：計算機控制控制系統(tǒng)硬件結構；過程通道的一般結構；數(shù)字量輸入輸出接口；模擬量輸入接口；模擬量輸出接口；計算機控制系統(tǒng)的總線簡介。教學要求：了解過程通道的一般結構；熟悉和掌握模擬量輸入通道設計方法；熟悉和掌握模擬量輸出通道的設計方法；熟悉和掌握數(shù)字量尤其是開關量輸入輸出通道的實現(xiàn)方法。了解計算機控制系統(tǒng)一般硬件結構及總線技術。重點和難點：模擬量輸入輸出通道設計；數(shù)字量輸入輸出通道的實現(xiàn)；模擬量輸入輸出通道中信號的檢測、變換過程。四計算機數(shù)字程序控制技術6學時4.1數(shù)字程序控制基礎—逐點比較法插補原理直線插補、圓弧插補；4.2步進電機控制技術；4.3交流伺服電機概述重點和難點：數(shù)字程序控制的直線插補和圓弧插補原理及編程實現(xiàn)；步進電機控制原理。五計算機控制系統(tǒng)設計方法6學時5.1計算機控制系統(tǒng)的模擬化設計方法按連續(xù)系統(tǒng)設計的離散化方法，數(shù)字PID控制器設計。5.2計算機控制系統(tǒng)的離散化設計方法最少拍無差系統(tǒng)的控制器設計方法有紋波控制器、元紋波控制器；純滯后對象的控制算法大林算法、Smith預估器。5.2數(shù)字控制器的程序實現(xiàn)方法重點和難點：PID控制器的程序實現(xiàn)；最小拍設計方法；Smith預估器原理。六集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場總線2學時1.分散型控制系統(tǒng)的結構及特點；2.工業(yè)網(wǎng)絡技術、現(xiàn)場總線技術基本概念。重點和難點：集散控制系統(tǒng)的結構體系。七計算機控制系統(tǒng)抗干擾技術2學時1.硬件抗干擾技術；2.軟件抗干擾技術，測量數(shù)據(jù)預處理技術。重點和難點：硬件抗干擾技術；各種干擾源和抗干擾方法。五、教學方法與手段本課程教學主要采用講授、多媒體教學、計算機仿真等教學方法與手段。六、考核方式課程考核成績由平時成績和課程結束考核成績兩部分組成。其中平時成績占40%綜合平時課堂表現(xiàn)和平時作業(yè)綜合評定，課程結束考查成績占60%。七、教學參考書1．教材：施保華.計算機控制技術.武漢：華中科技大學出版社20062．參考書：于海生編，《計算機控制技術》，機械工業(yè)出版社，2011高金源編著，