《计算机控制技术》课程教学大纲

《计算机控制技术》课程教学大纲课程英文名ComputerControlTechnology课程代码01M0136学分2总学时32理论学时32实验/实践学时0课程类别专业课课程性质必修先修课程《自动控制原理》、《微机原理》适用专业理工科专业（非计算机专业）开课学院机电工程学院注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。课程地位与课程目标（一）课程地位《计算机控制技术》既是将电气信息类专业控制理论应用于实践的一门学科综合性较强的控制技术类课程，同时也是一门离散控制的基础理论性课程。教学目的是培养学生利用所学控制理论、电路设计、程序设计和工程知识分析和设计不同层级的计算机控制系统。通过课程学习，使学生理解离散控制系统的基本概念，掌握离散控制系统的基本分析方法，熟练掌握离散系统的常规控制算法设计（离散PID、最少拍、大林算法、Smith补偿、内模控制），了解离散控制系统的基本组成、掌握计算机控制系统的常见数据处理技术、了解计算机控制系统的设计过程和工程实现的步骤。为后期的相应的课程设计、毕业设计以及工作过程中进行控制系统的设计打下基础。学生通过本课程的学习，可以针对单输入/单输出的离散系统系统，分析其稳定性，计算其输出信号的各项指标，根据不同的对象设计常规的离散控制器，具备初步的小型的离散控制系统的初步设计能力和一定的工程实现能力。（二）课程目标1.理解离散控制系统的基本概念，了解离散控制系统分析与设计的理论知识体系，熟悉计算机控制系统的应用要领，了解小型计算机控制系统设计方法、步骤，使学生能够运用控制技术进行系统设计；引导学生将离散控制系统的理论体系和实际工程应用有机结合，致力于培养学生格物致知、学以致用、专注创新的科学精神和职业素养，并将自身职业命运与国家科技发展建立联系，培养学生的社会责任感和历史使命感；2.掌握离散控制系统稳定性和其它性能分析的基本方法，掌握常见的数据处理算法；3.掌握离散系统的常规控制算法设计，了解相应算法的Matlab仿真方法。二、课程目标达成的途径与方法《计算机控制技术》课程教学以课堂教学为主，结合自主学习和实验教学。针对单输入/单输出控制系统，学习相应的线性离散控制系统的稳定性和动态性能分析，学习离散控制器的设计方法，学习离散系统PID的参数整定方法。初步学习计算机控制系统的设计和工程实现。培养学生运用工程基础知识、自动控制理论和离散控制的专业知识，分析和解决控制科学与工程领域复杂工程问题的能力。（1）课堂教学主要讲述计算机控制系统的基本概念，基本原理、基本分析、计算和设计方法。在具体的离散控制算法学习过程中，通过观察Matlab仿真效果，使学生能够更加容易理解抽象的理论知识，理解算法中不同的参数在控制过程中的不同作用，熟悉离散控制系统分析与设计的理论知识体系，形成良好的思维方式和学习方法。在计算机控制系统设计过程中，将单输入/单输出的温度控制为工程实例融入教学中，使学生能更好的掌握计算机控制系统设计的过程步骤和具体的方法。在课堂教学中，充分引入互动环节，提高教学效果。（2）针对某些较为容易或先期讲解较为充分的知识点，列出部分内容作为学生自主学习环节，训练、形成良好的专业知识学习方法，培养学生自主学习意识和能力。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求3-3毕业要求4-3毕业要求5-3课程目标1M课程目标2H课程目标3M注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）；2.毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述。四、课程主要内容与基本要求第一部分计算机控制系统概述了解计算机控制技术发展过程；理解计算机控制系统的基本概念和发展方向。第二部分离散系统基本分析方法掌握采样定理和Z变换；掌握离散系统的稳定性和其它性能分析。第三部分离散控制系统的常规算法设计掌握平面插补算法；掌握离散PID控制；掌握最少怕控制；熟悉纯滞后对象的控制算法（smith，大林算法）。第四部分掌握常见的数据处理算法理解常见的数字滤波算法；理解数据的线性化处理方法；第五部分了解小型计算机控制系统设计方法、步骤了解计算机控制系统的输入/输出通道设计；理解计算机控制系统的设计原则；理解计算机控制系统的设计步骤；了解计算机控制系统的抗干扰设计。五、课程学时安排章节号教学内容学时数学生任务对应课程目标第1章绪论计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的发展与应用计算机控制系统的组成计算机控制系统的特性1.6计算机控制系统的设计方法2了解计算机控制技术的基本知识，了解计算机控制技术的发展方向课程目标1第2章2.线性离散系统的数学描述和分析方法2.1信号变换理论2.2线性离散系统的数学描述方法2.3线性离散系统的Z变换分析法2.4脉冲传递函数2.5线性离散系统的稳定性分析2.6线性离散系统的稳态误差分析2.7线性离散系统的动态响应分析10掌握Z变换概念，掌握离散脉冲传递函数的概念，掌握线性离散系统的稳定性分析方法，掌握线性离散系统的稳态误差分析方法；1.完成2-3(2,3)，2-4(3,4)，2-5(1,2)，2-6，2-7，2-8作业；2.课前复习连续系统的劳斯稳定判据内容；课程目标2第4章4.计算机控制系统的常规控制技术控制系统的时域分析法4.1数字PID控制4.2最少拍控制4.3纯滞后控制12掌握离散PID控制算法，掌握几种常规离散PID的改进方法，掌握离散PID控制算法的参数整定；掌握最少拍控制算法的设计方法，了解几种最少拍控制算法的改进方法；掌握离散的simth补偿和离散的大林算法。1.完成4-1，4-2，4-3，4-4，4-5，4-9，4-10，4-11，4-13作业；课程目标3第7章7.计算机控制系统的硬件设计7.1计算机控制系统的硬件要求7.2计算机控制系统的选择7.3计算机控制系统的过程通道2了解模拟量、数字量输入输出通道设计过程；1.完成7-2，7-5作业；课程目标1第9章9.计算机控制系统的软件设计9.1计算机控制系统的软件概念9.2控制算法的编排实现9.3数据处理9.4采样频率的选择4了解计算机控制系统中的常规数据处理技术1.完成9-6，9-7作业；课程目标1课程目标3第10章10.计算机控制系统的设计与工程实现10.1计算机控制系统设计的原则与步骤10.2计算机控制系统抗干扰技术10.3计算机控制系统设计实例2了解计算机控制系统的常规设计原则与步骤；了解计算机控制系统中的常用抗干扰措施1.完成10-1，10-2，10-4作业；课程目标1备注：根据学生学情适当调整教学进度，并安排部分教学内容为自学内容，通过阶段测试来对学生自学情况进行考核。六、实践环节及基本要求无七、考核方式及成绩评定表1考核方式及成绩评定表考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核阶段测试参考答案和评分标准20%作业中国计量大学学生课程平时成绩考核细则10%课堂表现成绩中国计量大学学生课程平时成绩考核细则10%期末考核闭卷试卷参考答案和评分标准60%考核类别考试成绩登记方式百分制表2课程目标考核环节和达成标准课程目标教学环节考核环节合格标准课程目标1讲授、讨论阶段测试A0.6作业B课堂表现成绩C期末考试成绩D1课程目标2讲授、讨论阶段测试A0.6作业B课堂表现成绩C期末考试成绩D2课程目标3讲授、讨论阶段测试A0.6作业B课堂表现成绩C期末考试成绩D3八、推荐教材与主要参考书（1）推荐教材1.《计算机控制系统》，李华、范多旺等编著，机械工业出版社，普通高等教育“十一五”电气信息类规划教材，2009年8月第1版，第2次印刷（2）推荐参考书1.王建华