《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程教學(xué)大綱

《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程教學(xué)大綱課程英文名ComputerControlTechnology課程代碼A0808Z02學(xué)分2總學(xué)時(shí)32理論學(xué)時(shí)32實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)0課程類別專業(yè)教育課課程性質(zhì)限選先修課程《自動控制原理》、《微機(jī)原理》適用專業(yè)理工科專業(yè)（非計(jì)算機(jī)專業(yè)）開課學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院一、課程的地位與任務(wù)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》既是將電氣信息類專業(yè)控制理論應(yīng)用于實(shí)踐的一門學(xué)科綜合性較強(qiáng)的控制技術(shù)類課程，同時(shí)也是一門離散控制的基礎(chǔ)理論性課程。教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)控制理論、電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)和工程知識分析和設(shè)計(jì)不同層級的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。通過課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解離散控制系統(tǒng)的基本概念，掌握離散控制系統(tǒng)的基本分析方法，熟練掌握離散系統(tǒng)的常規(guī)控制算法設(shè)計(jì)（離散PID、最少拍、大林算法、Smith補(bǔ)償、內(nèi)模控制），了解離散控制系統(tǒng)的基本組成、掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的常見數(shù)據(jù)處理技術(shù)、了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程和工程實(shí)現(xiàn)的步驟。為后期的相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及工作過程中進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，可以針對單輸入/單輸出的離散系統(tǒng)系統(tǒng)，分析其穩(wěn)定性，計(jì)算其輸出信號的各項(xiàng)指標(biāo)，根據(jù)不同的對象設(shè)計(jì)常規(guī)的離散控制器，具備初步的小型的離散控制系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)能力和一定的工程實(shí)現(xiàn)能力。二、課程目標(biāo)以及與畢業(yè)要求的支撐矩陣1.理解離散控制系統(tǒng)的基本概念，了解離散控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的理論知識體系，熟悉計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用要領(lǐng)，了解小型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、步驟，使學(xué)生夠運(yùn)用控制技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)；2.掌握離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和其它性能分析的基本方法，掌握常見的數(shù)據(jù)處理算法；3.掌握離散系統(tǒng)的常規(guī)控制算法設(shè)計(jì)，了解相應(yīng)算法的Matlab仿真方法；表1課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)畢業(yè)要求（支撐程度H、M、L）畢業(yè)要求3-3畢業(yè)要求4-3畢業(yè)要求5-3課程目標(biāo)1M課程目標(biāo)2H課程目標(biāo)3M注：1.支撐強(qiáng)度分別填寫H、M或L（其中H表示支撐程度高、M為中等、L為低）；2.畢業(yè)要求須根據(jù)課程所在專業(yè)培養(yǎng)方案進(jìn)行描述。三、課程主要內(nèi)容與基本要求第一部分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述了解計(jì)算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展過程；理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念和發(fā)展方。第二部分離散系統(tǒng)基本分析方法掌握采樣定理和Z變換；掌握離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性和其它性能分析；第三部分離散控制系統(tǒng)的常規(guī)算法設(shè)計(jì)掌握平面插補(bǔ)算法；掌握離散PID控制；掌握最少怕控制；熟悉純滯后對象的控制算法（smith，大林算法）。第四部分掌握常見的數(shù)據(jù)處理算法理解常見的數(shù)字濾波算法；理解數(shù)據(jù)的線性化處理方法；第五部分了解小型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、步驟了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的輸入/輸出通道設(shè)計(jì)；理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則；理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟；了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)四、課程教學(xué)學(xué)時(shí)安排表2課程學(xué)時(shí)安排表知識點(diǎn)章節(jié)教學(xué)內(nèi)容課時(shí)數(shù)對應(yīng)的課程目標(biāo)①緒論（2學(xué)時(shí)）計(jì)算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展過程1課程目標(biāo)（1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類和發(fā)展方向1課程目標(biāo)（1）②離散控制分析基礎(chǔ)（6學(xué)時(shí)）采樣、量化及信號保持1課程目標(biāo)（2）Z變換定義、定理及Z變換求法1課程目標(biāo)（2）離散脈沖傳遞函數(shù)定義及離散系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)、Z反變換、差分方程求法2課程目標(biāo)（2）離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和動態(tài)性能分析2課程目標(biāo)（2）③離散系統(tǒng)的常規(guī)控制算法（18學(xué)時(shí)）直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)算法2課程目標(biāo)（3）離散PID算法、參數(shù)整定、PID算法改進(jìn)6課程目標(biāo)（3）最少拍控制及改進(jìn)4課程目標(biāo)（3）Smith補(bǔ)償控制4課程目標(biāo)（3）大林算法2課程目標(biāo)（3）④掌握常見的數(shù)據(jù)處理算法（2學(xué)時(shí)）程序判斷濾波、平均值濾波、低通濾波、高通濾波、帶通濾波等常見數(shù)字濾波算法1課程目標(biāo)（3）線性化數(shù)據(jù)處理方法1課程目標(biāo)（2）⑤了解小型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、步驟（4學(xué)時(shí)）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的輸入/輸出通道設(shè)計(jì)2課程目標(biāo)（1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟1課程目標(biāo)（1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)1課程目標(biāo)（1）共計(jì)32理論學(xué)時(shí)實(shí)踐環(huán)節(jié)及基本要求無六、達(dá)成目標(biāo)的途徑和措施《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程教學(xué)以課堂教學(xué)為主，結(jié)合自主學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。針對單輸入/單輸出控制系統(tǒng)，學(xué)習(xí)相應(yīng)的線性離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能分析，學(xué)習(xí)離散控制器的設(shè)計(jì)方法，學(xué)習(xí)離散系統(tǒng)PID的參數(shù)整定方法。初步學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工程實(shí)現(xiàn)。培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用工程基礎(chǔ)知識、自動控制理論和離散控制的專業(yè)知識，分析和解決控制科學(xué)與工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力。（1）課堂教學(xué)主要講述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念，基本原理、基本分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)方法。在具體的離散控制算法學(xué)習(xí)過程中，通過觀察Matlab仿真效果，使學(xué)生能夠更加容易理解抽象的理論知識，理解算法中不同的參數(shù)在控制過程中的不同作用，熟悉離散控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的理論知識體系，形成良好的思維方式和學(xué)習(xí)方法。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，將單輸入/單輸出的溫度控制為工程實(shí)例融入教學(xué)中，使學(xué)生能更好的掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程步驟和具體的方法。在課堂教學(xué)中，充分引入互動環(huán)節(jié)，提高教學(xué)效果。（2）針對某些較為容易或先期講解較為充分的知識點(diǎn)，列出部分內(nèi)容作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，訓(xùn)練、形成良好的專業(yè)知識學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識和能力。七、考核方法及成績評定表3考核方法及成績評定表考核形式考核內(nèi)容占比評定標(biāo)準(zhǔn)平時(shí)作業(yè)成績考核課堂教學(xué)各知識點(diǎn)的復(fù)習(xí)程度、聽課效果和掌握熟練度。20%中國計(jì)量大學(xué)學(xué)生課程平時(shí)成績考核細(xì)則期末考試成績考核各知識點(diǎn)的基本概念、控制系統(tǒng)建?；驹?、特性分析和性能指標(biāo)計(jì)算、控制器設(shè)計(jì)方法。題型為分析、判斷和計(jì)算。60%試卷參考答案和評分標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告成績針對具體計(jì)算機(jī)控制對象或者控制問題，設(shè)計(jì)控制方案并提交設(shè)計(jì)報(bào)告，并利用仿真軟件（如matlab）對控制效果進(jìn)行仿真，對仿真結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)說明；考核發(fā)現(xiàn)問題、描述問題、分析和解決問題，撰寫書面報(bào)告的能力20%報(bào)告評分細(xì)則表4課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)和達(dá)成標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)教學(xué)環(huán)節(jié)考核環(huán)節(jié)合格標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)1講授討論平時(shí)成績（考勤、作業(yè)）A0.6期末考試成績C1課程目標(biāo)2講授、討論平時(shí)成績（考勤、作業(yè)）A0.6期末考試成績C2課程目標(biāo)3講授、討論平時(shí)成績（考勤、作業(yè)）A0.6報(bào)告成績B期末考試成績C3注：試卷中，課程目標(biāo)1總分C10,課程目標(biāo)2總分C20，課程目標(biāo)3總分C30；試卷中，學(xué)生實(shí)際獲得的課程目標(biāo)1分?jǐn)?shù)C1,課程目標(biāo)2分?jǐn)?shù)C2，課程目標(biāo)3分?jǐn)?shù)C3；八、推薦教材與主要參考書（1）推薦教材①《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》，李華、范多旺等編著，機(jī)械工業(yè)出版社，普通高等教育“十一五”電氣信息類規(guī)劃教材，2009年8月第1版，第2次印刷（2）推薦參考書①王建華主編，《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》（第一版