《物联网控制技术》教学大纲

《物联网控制技术》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：08150161课程性质：专业必修课学分：2学分学时：32学时（理论24学时，实验8学时）先修课程：物联网通信技术、无线传感网络后续课程：无适用专业：智能制造工程开课单位：计算机科学与技术学院一、课程说明《物联网控制技术》是物联网工程本科专业的专业必修课程，侧重于使学生掌握扎实的物联网专业核心知识和专业核心技能。其任务主要是物联网控制技术的发展、网络化远程控制技术、物联网控制器、物联网建模技术、物联网控制策略、物联网可靠性设计、物联网控制系统设计。通过本课程的学习，使学生熟悉物联网控制技术的基本概念、基本控制技术，掌握物联网应用系统设计方法及自学新知识的能力，同时为学习后续课程打下必要的基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握物联网控制系统设计的原理，能够合理地选择最小二乘参数估计和PID控制算法等方法。课程目标2：能正确运用计算机控制系统的基本组成、PLC的组成与工作原理、最小二乘参数估计、PID控制算法、执行装置和物联网控制系统可靠性设计等知识，使理论充分结合实践，正确设计并改进物联网控制系统。课程目标3：理解物联网控制系统有关的国家标准、行业标准、企业标准、法律法规以及相关知识产权、行业政策；培养大学生在自身成长过程中修身立德、学习知识的能力，做到德才兼备，养成自我持续学习的习惯；掌握物联网控制系统使设计系统符合标准和相关法规政策。三、课程目标与毕业要求《物联网控制技术》课程教学目标对物联网工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度3.设计/开发解决方案：能够设计针对复杂物联网工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、产品等，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、环境、健康、安全、法律、文化等因素。3.1具备解决物联网工程问题所需的设计/开发技能，能够设计针对复杂物联网工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统。课程目标2：理解物联网控制系统有关的国家标准、行业标准、企业标准、法律法规以及相关知识产权、行业政策；控制物联网控制系统使设计系统符合标准和相关法规政策。M4.研究：能基于科学原理并采用科学方法对复杂的物联网工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。4.4能够对物联网数据进行关联与建模、分析与解释，并通过信息综合解决问题，得到合理有效的结论。课程目标1：掌握物联网控制系统设计的原理，能够合理地选择最小二乘参数估计和PID控制算法等方法。课程目标2：能正确运用计算机控制系统的基本组成、PLC的组成与工作原理、最小二乘参数估计、PID控制算法、执行装置和物联网控制系统可靠性设计等知识，使理论充分结合实践，正确设计并改进物联网控制系统。M5.使用现代工具：能针对复杂物联网工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括针对复杂物联网工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。5.3能够使用现代工程工具对复杂物联网工程问题和设计方案进行预测与模拟，并能够理解其局限性。课程目标3：能正确运用计算机控制系统的基本组成、PLC的组成与工作原理、最小二乘参数估计、PID控制算法、执行装置和物联网控制系统可靠性设计等知识，正确设计并改进物联网控制系统。H注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.物联网控制技术概述1.1物联网控制系统的概念1.2计算机控制系统的基本组成1.3计算机控制系统的类型1.4物联网远程控制技术教学要求：了解物联网控制系统的概念、组成、类型以及远程控制技术。重点：计算机控制系统的基本组成。难点：物联网远程控制技术。21、2、32.物联网控制器2.1物联网控制器概述2.2PLC及其功能与特点2.3PLC的组成与工作原理2.4PLC的编程语言2.5PLC应用举例2.6集散控制系统2.7集散控制系统的组态教学要求：掌握物联网应用系统中常用的PLC、集散控制系统等控制器的功能与特点、组成、工作原理以及软件设计方法。重点：PLC应用举例。难点：集散控制系统的组态。421、2、33.计算机控制系统过程通道设计3.1模拟量输入通道设计3.2模拟量输出通道设计3.3数字量输入输出通道设计教学要求：掌握模拟量输入、输出通道和数字量输入、输出通道设计。重点：数字量输入输出通道设计。难点：模拟量输入通道设计。21、2、34.计算机控制系统辨识4.1系统辨识的概念4.2线性静态模型的最小二乘参数估计4.3线性动态模型的最小二乘参数估计4.4最小二乘参数估计的递推算法4.5线性系统的结构辨识教学要求：掌握系统辨识的概念、线性静态模型的最小二乘参数估计、线性动态模型的最小二乘参数估计及其递推算法、线性系统的结构辨识。重点：最小二乘参数估计的递推算法。难点：线性系统的结构辨识。21、2、35.计算机控制算法5.1PID控制算法5.2PID控制算法的工程实现5.3预测控制5.4模糊控制教学要求：掌握PID控制、预测控制、模糊控制等控制算法以及工程实现。重点：PID控制算法的工程实现。难点：PID控制算法。621、2、36.物联网控制系统执行装置6.1接触器6.2继电器6.3交流电动机6.4直流电动机6.5变频器6.6控制电机教学要求：掌握继电器、接触器、交流电动机、直流电动机、变频器、直流伺服电机、交流伺服电机、步进电机的结构、工作原理与使用。重点：控制电机。难点：变频器。221、2、37.物联网控制系统可靠性设计7.1计算机控制系统可靠性设计的概念7.2提高系统硬件可靠性措施7.3提高系统软件可靠性措施7.4计算机控制系统抗干扰技术教学要求：掌握计算机控制系统故障分析、表征系统可靠性的特征量、提高系统硬件可靠性和软件可靠性的措施。计算机控制系统抗干扰技术。重点：计算机控制系统抗干扰技术。难点：提高系统硬件可靠性措施、提高系统软件可靠性措施。21、2、38.物联网控制系统设计8.1计算机控制系统设计的一般方法8.2自动挡车器设计8.3门禁系统设计教学要求：掌握物联网控制系统设计的原则、步骤与调试方法。重点：计算机控制系统设计的一般方法。难点：计算机控制系统设计的具体实现。421、2、3合计2482.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.物联网控制器实验内容：掌握一个基本的自动控制系统的基本组成和类型。实验要求：完成一个基本的自动控制系统的设计、实验系统搭建与运行，观察、分析实验结果。21、22.PID控制实验内容：掌握PID控制系统的组成与设计原理，最小二乘参数的递推算法。实验要求：完成一个基本的PID控制系统的设计、实验系统搭建与运行，观察、分析实验结果。21、23.电机控制实验内容：掌握继电器、接触器、直流电动机、直流伺服电机、交流伺服电机、步进电机的结构、工作原理及使用。实验要求：完成一个基本的电机控制系统的设计、实验系统搭建与运行，观察、分析实验结果。21、24.物联网控制系统实验内容：掌握物联网控制系统的可靠性措施及抗干扰技术。实验要求：完成一个基本的物联网控制系统的设计、实验系统搭建与运行，观察、析实验结果。21、2、3合计8五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享、实验等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地理解物联网控制系统设计的基本方法与设计原理，在掌握PLC、PID控制算法和可靠性设计等基础上，具有进行物联网控制系统设计的初步能力。在实验教学环节中，通过启发式教学、讨论式教学培养设计物联网控制系统的基本理论、基本知识和基本技能。培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维。六、课程资源1.推荐教材：作者（译者）.书名.出版社.出版时间．（1）王万良著.《物联网控制技术》（第一版）.高等教育出版社.2016.092.参考书：作者（译者）.书名.出版社.出版时间．（1）马洪连等著.《物联网感知、识别与控制技术》（第二版）.清华大学出版社.2017年.（2）彭力著.《物联网技术概论》（第二版）.北京航空航天大学出版社.2015年.（3）刘丽军、邓子云著.《物联网技术与应用》（第一版）.清华大学出版社.2012年.（4）季顺宁著.《物联网技术概论》（第一版）.机械工业出版社.2012年.3.期刊：作者.文题.刊名，年，卷号（期号）．或者：刊名，主办单位（1）李森.基于云平台的物联网远程控制技术研究[D].北京邮电大学,2017.（2）李海.基于GPRS的物联网汽车控制关键技术分析[J].电子测试,2017(19):69-70.（3）余保付.基于物联网的智能供热系统控制技术研究[D].天津工业大学,2016.（4）LIU,Mingzhou,etal.Intelligentassemblysystemformechanicalproductsandkeytechnologybasedoninternetofthings.JournalofIntelligentManufacturing,2017,28(2):271-299.（5）刘远聪.基于物联网智能控制技术网关的设计与研究[J].机电工程技术,2016,45(12):42-46.4.网络资源：网站名，访问路径或者：作者.文题.更新和修改日期.访问路径．（1）CSDN,《浅谈物联网架构》,2017.01.12,/qq_21792169/article/details/53980932（2）中国工控网,《物联网技术在电梯管理中的应用方案》,2016.11.30,/news/201611/352999.html（3）华强电子网,《基于物联网技术的智能家居控制系统实现方案》,2016.08.10,/fangan_1697817七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。

表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现15（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√654实验10（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√10作业15（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√663期末考核60（1）大作业成绩100分，以大作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核计算机控制系统的基本组成、PLC的组成与工作原理、最小二乘参数估计、PID控制算法、执行装置和物联网控制系统可靠性设计等内容。（3）考试题型为：综合设计题。√√√252510合计：100分374617八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、实验、课后作业和期末大作业等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末大作业成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末大作业成绩为100分（权重60%），试题类型为综合设计题型；课堂表现、实验、课后作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现37.5笔记完整，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。笔记完整，认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。笔记不完整，偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。上课不认真，上课不记笔记，偶尔参与教学活动。上课不认真，上课不记笔记，不参与教学活动。作业37.5作业完整，思路清晰，准确率大于90%。作业完整，准确率大于80%。不交作业2次以内，准确率大于