《计算机控制技术》课程理论教学大纲

课程编号：11002330                授课学时：32                 学分数：3

先修课程：《自动控制原理》、《微机原理及应用》、Matlab语言(推荐)

一、课程性质和目的

本课程为自动化专业学位课。它主要讲授计算机控制系统的特点、分类、硬件系统组成、软件设计及其基本应用技术。它从应用和控制的角度出发，详细讨论了过程通道组成与设计方法、数据采集、数字PID 控制算法、离散控制系统直接设计法及状态空间法设计计算机控制系统的基本要求和特点，对设计方案、方法、步骤都进行了详细的阐述。

本课程的目的是使学生了解并熟练掌握计算机控制系统的基本概念、基本理论和基本方法的基础上，通过编程和实验并结合本专业的特点，使其能利用计算机完成常规的自动控制过程的分析与设计，为毕业后进行工业控制的运用与设计打下良好的基础。

二、课程的基本要求

通过本课程的学习应达到下列要求：

1、了解计算机系统的组成、分类及特点；

2、掌握计算机接口技术及其在过程通道设计中的应用；

3、掌握PID控制算法、直接设计法、状态空间法的原理及应用；

4、掌握计算机控制系统设计的方法、步骤以及分析问题解决问题的方法；

5、了解计算机控制系统设计以及应用中应采取的抗干扰措施和解决的方法；

6、通过实验，使学生能将理论与实际相结合，解决工程实际中的某些问题。

三、课程内容与要求

第一章 绪论（2 学时）

1.了解计算机参与控制的典型方式

2. 掌握工业控制计算机的组成结构及特点。

3. 了解计算机控制系统的发展概况及趋势。

第二章 输入输出接口与过程通道（8 学时）

1.了解计算机控制系统输入输出通道的设计原则，干扰的形式、传播和作用方式，计算机控制系统的抗干扰技术；

2. 掌握模拟量和数字量输入输出通道的构成方式，D/A 及A/D 转换器基本工作原理及其应用，干扰的产生、传播以及作用于系统的基本原理；

3. 综合应用：计算机控制系统输入输出通道设计与计算机软件设计的配合，计算机控制系统的实用抗干扰方法。

第三章 数字程序控制技术（4 学时）

1. 了解数控机床工作原理，控制方式；

2. 掌握逐点比较插补原理和步进电机工作方式。

第四章 常规及复杂控制技术（8 学时）

1.了解数字PID、纯滞后控制技术、串级控制技术的设计方法和基本步骤；

2. 领会最少拍无差系统设计的基本要求，最少拍无差系统设计满足物理上可实现性和稳定性的条件，最少拍无差系统设计方法存在问题，最少拍无波纹系统的设计的附加条件和必要条件，大林算法的设计目标函数，振铃现象产生的原因和消除方法；最少拍数字控制器的设计原理；

3. 掌握数字控制器直接设计的典型方法和一般步骤，掌握各种典型情况下数字控制器直接设计的方法和步骤，例如连续PID 控制算法和最少拍系统设计的方法和步骤。

第五章 现代控制技术（6 学时）

1. 理解输入输出之间的关系

2. 了解利用状态空间模型来分析多输入输系统的方法和步骤；

3. 熟练运用z变换和矩阵理论进行状态方程的离散化和脉冲传递函数的求取

4. 理解极点配置设计法的原理，熟练运用矩阵理论进行运算。

第六章 应用程序设计与实现技术（2 学时）

1. 了解程序设计的一般原则，数据结构的类型，深刻理解数据查找的原理

2. 熟记数据的预处理原理和方法

3. 掌握软件抗干扰技术原理。

第八章 计算机控制系统的设计与实现(2学时)

1. 了解系统设计原则、步骤

2. 掌握工程软件和硬件设计和实现一般原则和内容。

四、教学方法与手段

本课程采用板书与多媒体课件结合的方式进行课堂教学，注重教学过程中理论联系实际，注重应用能力培养。

五、教材和参考资料

（一）建议教材

《微型计算机控制技术(第2版)》，于海生等编著，清华大学出版社，2009

（二）参考教材

  1.《计算机控制技术》，姜学军编著，清华大学出版社，2005年8月出版。

      2.《微型计算机控制技术》，谢剑英等编著，国防工业出版社，1991

      3.《计算机控制理论及应用(第2版)》，孙增圻编著，清华大学出版社，2007

4.《计算机控制系统－理论、设计与实现》，高金源著，北京航空航天大学出版，2001

六、说明

本大纲是在现有条件下制定的，今后可以根据实际情况进行调整。