计算机控制技术

计算机控制技术教学大纲

一、课程名称：计算机控制技术

二、课程代码：17002025

三、课程英文名称：Computer Control Technology

四、课程负责人：黄勤

五、学时和学分：2.5学分 40学时（32学时理论+16学时实验）

六、课程性质：专业主干课程（必修）

七、适用专业：自动化专业、物流工程专业、机电类相关专业

八、选课对象：本科三年级学生

九、预修课程：电子技术基础、复变函数与积分变换、自动控制原理、计算机硬件技术基础、过程控制系统

十、使用教材：黄勤等编.《微型计算机控制技术》.机械工业出版社，2010年1月出版十一、参考书目：

于海生等编. 《计算机控制技术》. 机械工业出版社，2007年6月出版

谢剑英等编. 《微型计算机控制技术》. 国防工业出版社，2001年9月出版

十二、开课单位：自动化学院

十三、课程的目的和任务

本课程是自动化专业必修的专业主干课程之一。它以自动控制理论和计算机技术为基础，以微型计算机为控制工具，介绍计算机控制系统的基本知识和基本应用技术，讲授数字控制系统的基本原理，数字采样控制的基本理论，是一门综合性较强的课程。

通过本课程的学习，培养学生的独立思考、分析问题和解决问题的能力，学会和掌握控制器的设计方法以及计算机控制系统硬、软件的组织与设计，培养学生的创新意识、创新能力，为今后控制系统的设计、开发和实现打好坚实的基础。

十四、课程的基本要求

1．掌握计算机控制系统的概念，了解计算机控制系统的特点、组成、分类以及计算机控制系统的发展趋势。

2．理解计算机控制系统中输入输出通道的一般结构，掌握模拟量输入输出通道中各部分的功能，掌握D/A转换原理、常用D/A转换芯片的结构原理及接口技术，掌握A/D转换原理、常用A/D转换芯片的结构原理及接口技术，了解数字量输入输出通道中各部分的作用。

3．掌握数字滤波技术、标度变换、线性化处理，掌握数字控制器的连续化设计方法、离散化设计方法，理解数字PID控制、最少拍控制、大林控制、模糊控制等常用控制技术和设计方法。理解并掌握位置式和增量式数字PID控制算法，理解数字PID算法的改进方法，数字PID控制器参数的整定和选择方法。了解模糊控制的原理、模糊控制器的设计思想。

4．了解工控机的运行环境，基本的抗干扰措施，理解看门狗的工作原理和实现方法。5．理解微型计算机控制系统的设计原则，掌握微型计算机控制系统的设计步骤、软硬件

设计方法。

6．了解分散型控制系统DCS和现场总线控制系统FCS。

十五、课程描述（较详细）

1.微型计算机控制系统概论(

2.5学时)

微型计算机控制系统的特点、组成、分类和发展趋势。

（1）微型计算机控制系统的一般概念及其发展

（2）微型计算机控制系统的特点、组成和分类

（3）微型计算机控制系统的发展趋势

重点：微型计算机控制系统的概念、分类及基本组成，微型计算机控制系统的特点。2．微型计算机控制系统的过程输入输出技术(10.5学时)

（1）过程输入输出通道的一般结构

（2）模拟量输出通道的设计：D/A转换器及其接口技术、模拟量输出通道的设计思路（3）模拟量输入通道的设计：A/D转换器及其接口技术、模拟量输入通道的设计思路（4）数字量输入输出通道的一般结构

（5）脉冲量输入通道的一般结构

重点：D/A转换器及其接口技术，A/D转换器及其接口技术

难点：AI、AO通道的设计

3．微型计算机控制系统的常用控制算法(11学时)

（1）数字滤波，线性化处理，标度变换

（2）数字控制器的连续化设计方法，离散化设计方法

（3）数字PID控制算法（标准型算法、改进型算法），数字PID控制器参数的整定（4）最少拍控制的基本原理，最少拍无纹波控制器的设计。

（5）大林控制算法的基本原理，振铃现象及其抑制方法。

（6）模糊控制的基本原理，模糊控制器设计的基本思想，模糊控制在家电中的应用。

重点：数字控制器的连续化设计方法、离散化设计方法；位置式和增量式数字PID调节器算式；PID参数整定方法；PID算法程序流程图；

难点：PID算法的改进方法；PID控制器的计算机实现。

4．工控机的抗干扰与可靠性技术（2学时）

（1）工控机的运行环境

（2）常用的抗干扰措施

（3）看门狗的工作原理及实现方法

5．微型计算机控制系统设计与应用（4学时）

（1）控制系统设计原则

（2）控制系统设计的方法及步骤

包括工程项目控制任务的确定；系统总体方案、硬件方案、软件方案的确定；系统的软硬件实现；系统调试与运行；系统集成技术与方法；计算机控制系统工程设计实例。

重点：控制系统设计原则；系统方案的确定与实现；系统集成技术与方法。

6．分散型控制系统及现场总线控制系统（2学时）

（1）DCS控制系统的概念及特点（2）DCS的体系结构

（3）FCS控制系统的概念及特点十六、学时分配

周别

讲

次

授 课 章 节 的 内 容 摘 要 需要时间

(min)

各章

所需

学时

作业数量 第一章 微型计算机控制系统概论 1课程教与学的特点，教学目标、方法，考核方式 15 2 微型计算机控制系统的结构原理及特点 30 1

3 微型计算机控制系统的分类及对比

45 第一章 微型计算机控制系统概论 1 微型计算机控制系统的组成及发展趋势 30 2.5

第二章 微型计算机控制系统的过程输入输出技术

2 过程输入输出通道概述 40 1

2 3 D/A 转换器的转换原理

20 第二章 微型计算机控制系统的过程输入输出技术 1 DAC0832及其接口技术、举例 45 3 2 DAC1210及其接口技术、举例

45 第二章 微型计算机控制系统的过程输入输出技术 1 模拟量输出通道设计举例

75 2

4 2 模拟量输入通道中的信号变换

15 第二章 微型计算机控制系统的过程输入输出技术 1 A/D 转换器的转换原理 40 2 ADC0809及其接口技术、举例 35 5 3 AD574A 的内部结构

15 第二章 微型计算机控制系统的过程输入输出技术 1 AD574A 接口技术、举例 20 2模拟量输入通道设计举例 40 3

6

3 数字量输入输出接口技术

30 第二章 微型计算机控制系统的过程输入输出技术 1 数字量输入信号调理、输出驱动电路 30 2 脉冲量输入通道

20 10.5 第三章 微型计算机控制系统的常用控制算法 7 1 数字滤波的概念、分类及其特点

40 第三章 微型计算机控制系统的常用控制算法 1 线性化处理 20 2 标度变换

15 3 数字控制器的连续化设计方法 15 4 数字控制器的离散化设计方法

15 4

8

5数字控制器的脉冲传递函数D(z)的软件实现

25