22机电系统计算机控制技术教学大纲12

《机电系统计算机控制技术》课程教学大纲
课程代码：010141056
课程英文名称：Computer Control Technology for Mechanical and electrical system
课程总学时：40 讲课：32 实验：8 上机：0
适用专业：机械设计制造及自动化、机械电子工程
大纲编写（修订）时间：2010.7
一、大纲使用说明
（一）课程的地位及教学目标
1．本课程是机械设计制造及自动化专业的一门主干专业课。

2．本课是所学电专业方面课程和计算机方面课程在机电系统特别是在数控机床上的综合应用，使学生全面了解和掌握计算机在机械系统特别是在数控机床上的应用技术和方法。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求
1．要求掌握计算机控制系统的基本组成和原理、分析方法及简单的硬件和软件应用和设计方法。

2．了解和掌握经济型数控系统和中高档数控系统的组成、原理及分析方法，并对数控系统常用的位置检测元件的原理、特点、应用有较深的认识。

3．具备一定的计算机控制系统分析能力与设计能力，包括对机械系统采用单片机、PLC和IPC的计算机控制系统。

（三）实施说明
课程内容分为计算机控制基础和计算机在机械系统的应用两部分。

1.计算机控制基础
重点是计算机控制基础包括计算机接口技术、数字滤波方法、计算机控制算法、插补计算、计算机控制系统设计，并通过习题和实验巩固所学内容。

2.机械系统计算机控制的应用
计算机在在机械系统特别是数控机床上的应用，包括经济型数控系统和中高档数控系统的组成、原理。

包括步进电机的控制及插补的实现、位置检测、进给位置控制，主轴驱动，PLC在数控机床上的应用等。

（四）对先修课的要求
本课程的先修课有：电工及电子技术、控制工程基础、单片机原理、机电传动控制、程序设计等。

（五）对习题课、实验环节的要求
1．习题要求：习题。

习题要配合教师的讲授内容，应有概念类、分析类和设计类习题，应促进学生消化、巩固所学内容，培养学生的分析和设计能力。

2．实验要求：通过验证性和综合设计性实验，巩固、加深课堂讲授内容，培养学生的实际动手能力和解决实际问题的能力。

（六）课程考核方式
1. 考核方式：采用闭卷考试、实验成绩和平时成绩按比例计算出总成绩的方式。

2. 考核目标：通过闭卷考试考核学生对基础知识和专业知识的掌握和综合应用情况，通过实验考核学生对设备的了解、实际使用情况及分析问题和解决问题的能力，平时考核主要包括学生对课程学习态度和努力的情况。

3. 成绩构成：闭卷考试的卷面成绩占70%，实验成绩占20%，平时成绩（出勤、作业等）占10%。

（七）主要参考书目
《机械系统实用计算机控制技术》，李令奇等主编，东北大学出版社，2003
《计算机控制技术》，朱玉玺编，电子工业出版社，2010。

二、中文摘要
本课程是机电专业学生必修的一门主干技术专业课程。

课程内容分为计算机控制基础和计算机在机械系统的应用两大部分。

其中计算机控制基础包括计算机接口技术、计算机控制算法、插补计算等内容。

机械系统计算机控制的应用主要包括数控系统的组成、原理，步进电机的控制、位置检测、进给位置控制等。

本课程将为后续课程的学习以及相关课程设计、毕业设计等奠定重要的基础。

三、课程学时总体分配表
序号教学内容学时讲课实验上机
1 计算机控制基础8 8
1.1 计算机控制技术概论 2
1.2 输入输出接口技术 2
1.3 数字PID及改进技术 4
2 计算机控制策略12 8 4
2.1 插补算法 4
2.2 复杂控制策略 4
脉冲增量法插补实验 4
3 检测元件
4 4
4 伺服驱动8 4 4
电机控制实验 4
5 数控系统 4 4
6 机械系统计算机控制系统设计及实例 4 4
合计40 32 8
四、教学内容及基本要求
第1部分计算机控制基础
总学时（单位：学时）：8 讲课： 8 实验：0 上机：0
第1.1部分计算机控制技术概论输入输出接口技术（讲课2学时）
具体内容：
1) 计算机控制系统组成和特点；
2) 计算机控制系统分类；
3) 计算机控制系统发展。

第1.2部分输入输出接口技术（讲课2学时）
1）输入接口技术；
2）输出接口技术。

第1.3部分数字PID及改进技术（讲课4学时）
1）数字PID；
2）数字PID改进。

重点：
数字PID控制算法。

难点：
数字PID的改进控制算法。

习题：
数字PID的控制算法的推导和应用。

第2部分计算机控制策略
总学时（单位：学时）：12 讲课： 8 实验：4 上机：0 第2.1部分插补算法（讲课4学时）
具体内容：
1）脉冲增量逐点比较插补算法；
2）脉冲增量DDA插补算法。

重点：
1）逐点比较插补算法；
2）DDA插补算法。

难点：
圆弧DDA法。

习题：
直线、圆弧逐点比较算法和DDA法。

实验：
1）插补验证实验（2学时）；
2）插补编程实验（2学时）。

第2.2部分复杂控制策略（讲课4学时）
具体内容：
1）串级控制算法；
2）前馈反馈控制算法。

重点：
1）串级控制算法；
2）前馈反馈控制算法。

难点：
前馈反馈控制算法。

习题：
串级及前馈反馈控制算法。

第 3部分检测元件
总学时（单位：学时）：4 讲课：4 实验：0 上机：0 具体内容：
1）常用检测元件；
2）编码器、光栅的结构和工作原理作介绍。

重点：
编码器、光栅的结构和工作原理。

难点：
光栅的结构和工作原理。

习题：
检测元件分辨率的计算。

第4部分伺服驱动
总学时（单位：学时）：8 讲课：4 实验：4 上机：0
具体内容：
1）直流电机、步进电机原理及计算机控制；
2）交流电机驱动作简单介绍。

重点：
1）步进电机控制原理；
2）电机计算机控制系统的实现。

难点：
计算机控制步进电机控制硬件和软件设计。

习题：
步进电机控制硬件和软件设计。

实验：
1）电机方向控制实验（2学时）；
2）电机加减速控制实验（2学时）。

第5部分数控系统
总学时（单位：学时）：4 讲课：4 实验：0 上机：0
具体内容：
1）数控机床的分类及系统的组成；
2）数控系统硬件和系统软件；
3）进给驱动，进给位置控制，主轴驱动，PLC在数控机床上的应用等。

难点：
主轴驱动控制。

习题：
数控系统的硬件和系统软件。

第6部分机械系统计算机控制系统设计及实例
总学时（单位：学时）：4 讲课：4 实验：0 上机：0
具体内容：
1）机械系统计算机控制系统设计原则和步骤；
2）计算机控制系统抗干扰。

重点：
计算机控制系统设计。

难点：
计算机控制系统抗干扰。

习题：
设计一个简单的计算机控制系统，可用单片机、PLC和IPC。

编写人：段智敏
审核人：陈白宁
批准人：丁茹。