测控系统综合课程设计教学大纲

《测控系统综合课程设计》教学大纲

课程编码： 060251008 学时/学分：2周/4学分

一、大纲使用说明

本大纲根据测控技术与仪器专业2017版教学计划制定

（一）适用专业：测控技术与仪器专业

（二）课程设计性质：必修课

（三）主要先修课程和后续课程：

1、先修课程：matlab、计算机过程控制技术、网络化测控系统、微机原理及应用、过程控制系统与仪表。

2、后续课程：毕业设计

（四）适用教学计划版本：2017版教学计划

二、课程设计目的及基本要求

1．进一步培养学生网络化设计的思想，加深对网络化测控系统要素和控制结构的理解。

2．针对网络化测控系统的重点和难点内容进行训练，培养学生独立完成有一定工作量的程序设计任务和系统设计任务。

3．培养学生掌握组态王等编程语言的编程技巧及上机调试程序的方法。

4．培养学生掌握控制系统中的PID算法。

5、培养学生团队合作意识和较强的人际交往能力。

课程设计一人一题，4人为一组的方式进行，分工与任务要求明确，设计题目结合现有的实验设备，着重锻炼学生的应用能力和动手能力，通过系统装置联机调试，最后完成课程设计报告。

三、课程设计内容及安排

1、课程设计内容

本次课程设计利用组态和VB软件进行温度控制系统软件设计，可采用调压控制或占空比控制两种方式，结合P、PI、PD、PID控制算法，共为学生提供多个题目选择，4名同学为1组结合现有的实验设备,自拟课设题目（需经老师核准），根据自己设计题目要求，分析系统的特点和系统特性，在实验室依据设计方案进行系统硬件电路连接，通过不同的软件编程及控制方式，可实现无线平台、监控计算机和实验对象的联机运行及控制，达到预期对温度的控制目的。每组大题目可参考如下。

题目1：基于VB的调压PI温度控制系统

设计内容：基于无线通信实验平台、电加热炉等硬件，电炉被控对象的加热采用调压控制模式，利用VB编程语言及控制算法实现此系统的方案、界面、数据采集和温度控制等的设计。

题目2：基于VB的占空比PD温度控制系统设计

设计内容：基于无线通信实验平台、电加热炉等硬件，电炉被控对象的加热采用占空比控制模式，利用VB编程语言及控制算法实现此系统的方案、界面、数据采集和温度控制等的设计。

题目3：基于组态王的调压PID温度控制系统设计

设计内容：基于无线通信实验平台、电加热炉等硬件，电炉被控对象的加热采用调压控制模式，利用组态王编程语言及控制算法实现此系统的方案、界面、数据采集和温度控制等的设计。

同组4个子题目可参看如下：

（1）控制系统仿真

针对平台电热炉的被控对象，根据同组同学采用飞升曲线法建立的对象模型（一阶惯性加滞

后）进行P控制算法的MATLAB仿真，要求经过多种控制参数的仿真结果进行数据总结，得出过渡过程曲线以及最佳P控制算法的控制参数，并给出控制系统过渡过程的过渡时间、最大超调量和稳态误差。最后，对比同组的实际温度控制系统调试结果，对仿真结果与实际结果的差异原因进行定性分析。

（2）界面设计编程

根据电热炉的温度控制系统设计的需求，对温度控制系统进行操作界面的设计，并通过组态软件进行编程实现。要求在界面中绘制控制系统结构示意图；P控制算法的温度闭环控制系统原理图；显示电热炉控制对象的数学模型。此部分的完成要求重点考核设计的正确性和美观性，鼓励同学可以通过动画等手段实现温度控制过程的动态演示。

（3）数据采集编程

根据电热炉的温度控制系统设计的需求，对温度控制系统进行温度数据采集界面的设计，并通过组态软件进行编程实现。要求实现对7012、7021模块的驱动连接；实现对温度数据的采集与标度变换；利用飞升曲线方法计算电炉被控对象的数学模型（加热控制电压最大为5VDC），并显示飞升曲线；利用2个报警灯进行温度上下限的报警，并能利用文本输出设定上下限的温度数值。

（4）控制算法实现

根据电热炉的温度控制系统设计的需求，对温度控制系统进行P控制算法的设计，并通过组态软件进行编程实现。要求绘制温度控制过程曲线（显示设定温度、实测温度）；绘制控制环节输出曲线（控制器输出、偏差数据）；利用文本输出设定P控制参数、设定温度数值；显示调压模块驱动电压、实际温度数值。要经过多次实验得出最佳P控制参数。

题目4：基于组态王的占空比PID温度控制系统设计

设计内容：基于无线通信实验平台、电加热炉等硬件，电炉被控对象的加热采用占空比控制模式，利用组态王编程语言及控制算法实现此系统的方案、界面、数据采集和温度控制等的设计。

2、教学安排

课程设计是分阶段分步完成的，各阶段安排如下：

①指导教师审核通过的题目，学生根据各自题目查找相关资料和书籍，在同课题组的同学

对于某些难点、关键问题可以互相讨论，共同研究。

②学生根据自己的题目和有关参考资料，构思和分析，制定整体设计方案，根据自己的设

计内容进行详细设计。

③涉及上机部分要上机调试，指导教师进行结果鉴定，学生撰写课程设计报告，按规定时

间交指导教师验收、评审，给出课程设计综合成绩。

四、指导方式

由指导教师召开课程设计动员会，学生自行分组，确认课程设计题目及内容，指导教师讲解题目要求，学生在规定时间内，经过小组的协同工作和指导教师的辅导，完成课设内容，最后由指导教师进行验收及评定。

五、课程设计考核方法及成绩评定

1．学生完成全部设计后，将设计论文装订成册，交给指导教师审阅。

2．验收的内容以本设计为主，适当结合相关基础理论、基本知识和技能。

3．课程设计成绩由验收指导教师综合评定。

4. 成绩分档：优秀、良好、中等、及格、不及格

六、课程设计教材及主要参考资料