計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教案

1、青島大學(xué)教案學(xué) 院： 自動(dòng)化工程學(xué)院 教 研 室： 控制系 課程名稱： 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 任課教師： 丁軍航 青島大學(xué)教務(wù)處 制PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 1.課程性質(zhì)：該課程是青島大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的主干專業(yè)課程，也是電子信息工程、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)的選修課，理論性、應(yīng)用性、實(shí)踐性和綜合性強(qiáng)。2.學(xué)習(xí)目的和要求 目的:通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論與技術(shù)，受到較好的工程實(shí)踐基本訓(xùn)練，具有分析、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和研究計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本能力。 要求:（1）了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、接口和過(guò)程通道設(shè)計(jì)的基本

2、知識(shí)；（2）掌握數(shù)字程序控制的基本原理和程序編制；（3）掌握常規(guī)及復(fù)雜控制策略、應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)；（4）學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)與研制方法；（5）初步了解分散型測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。3.選用教材與課程地位（1）本課程選用的教材，由本課程組編寫(xiě)，是國(guó)家級(jí)“十一五”規(guī)劃教材，由機(jī)械工 業(yè)出版社 2007 年 6 月出版（2）本課程曾選用的教材，也由本課程組編寫(xiě)，2002 年獲全國(guó)高等學(xué)校優(yōu)秀教材二等 獎(jiǎng)。由清華大學(xué)出版社出版，先后印刷 21 次，發(fā)行量近 12 萬(wàn)冊(cè)，被許多高校選作教材，在 國(guó)內(nèi)產(chǎn)生了很大影響。（2）本課程于 2004 年被評(píng)為山東省精品課程。4.內(nèi)容簡(jiǎn)介全書(shū)

3、共分 9 章。第 1 章是緒論，介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其組成、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典 型型式、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢(shì)；第 2 章討論了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)； 第 3 章討論了數(shù)字控制技術(shù)，重點(diǎn)介紹了逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理、多軸步進(jìn)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)和多 軸伺服驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)；第 4 章討論了常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)，主要介紹了數(shù)字控制器的各種控 制算法；第 5 章討論了現(xiàn)代控制技術(shù)，主要介紹了采用狀態(tài)空間的輸出反饋設(shè)計(jì)法、極點(diǎn)配 置設(shè)計(jì)法、最優(yōu)化設(shè)計(jì)法；第 6 章討論了先進(jìn)控制技術(shù)，重點(diǎn)介紹了模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)控制技術(shù)、專家控制技術(shù)和預(yù)測(cè)控制技術(shù)；第 7 章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)技術(shù)；第 8

4、 章討論了分布式測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；第 9 章討論了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、步驟和工程實(shí)現(xiàn)， 并給出了設(shè)計(jì)實(shí)例。書(shū)中配有習(xí)題可供選用。全書(shū)內(nèi)容豐富，體系新穎，理論聯(lián)系實(shí)際，系 統(tǒng)性和實(shí)踐性強(qiáng)。青島大學(xué)教案（理論教學(xué)用）第 1 次課 3 學(xué)時(shí)章節(jié)1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.2 工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)講授主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理；實(shí)時(shí)，在線，離線的含義 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的五種典型形式 控制系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)：內(nèi)部總線和外部總線重點(diǎn) 難點(diǎn)1.關(guān)于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的理解實(shí)時(shí)指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都要在一定的時(shí)間范圍內(nèi)完成，這里輸入、計(jì)算、 輸出實(shí)際是指計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的三個(gè)步驟；另外，一定的時(shí)間范圍則是指

5、本次采樣的 計(jì)算結(jié)果輸出需在下一個(gè)采樣時(shí)刻到來(lái)之前完成，針對(duì)不同的系統(tǒng)，該時(shí)間范圍肯定 是有區(qū)別的。2.區(qū)分內(nèi)部總線與外部總線 內(nèi)部總線是指計(jì)算機(jī)內(nèi)部模塊之間的通訊；而外部總線是指計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的通訊。要求掌握 知識(shí) 點(diǎn) 和 分析方法1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的定義，以及實(shí)時(shí)、在線、離線的含義，進(jìn)行課堂討論和舉例2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的五種典型形式，并分析各種形式的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)框圖進(jìn)行分析3.工業(yè)控制機(jī)的組成和總線結(jié)構(gòu)教授思路， 采 用的教 學(xué) 方法 和 輔助手段， 板書(shū)設(shè)計(jì)， 重點(diǎn) 如何 突出，難點(diǎn) 如何解決， 師 生 互 動(dòng) 等本課程采用多媒體課件教學(xué)，能夠提供較大的信息量，所有用到原理圖，結(jié)

6、構(gòu)框圖皆投影可得，減少了課上繪圖所需時(shí)間。不需要設(shè)計(jì)板書(shū)。1.依據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖（圖 1.1）和組成框圖（圖 1.2），說(shuō)明：計(jì)算機(jī)控 制系統(tǒng)由工業(yè)控制機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程兩部分組成；在本質(zhì)上，將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原 理歸納為三個(gè)步驟：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)控制決策以及實(shí)時(shí)控制輸出。采用比較和提問(wèn)的方式，理解在線，離線和實(shí)時(shí)的含義。2.針對(duì)五種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式，給出相應(yīng)的系統(tǒng)框圖，指出實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控 制的過(guò)程，并且給出每種典型形式各自的優(yōu)缺點(diǎn)。3.了解工業(yè)控制機(jī)的組成和總線結(jié)構(gòu)，并重點(diǎn)分析外部總線：RS-232C 串行通訊總線與 IEEE-488 并行通訊總線。4.讓學(xué)生了解學(xué)科的發(fā)展概況、發(fā)

7、展方向以及發(fā)展趨勢(shì)是專業(yè)課教育的必要所在， 因此，對(duì)于這部分內(nèi)容，不但在課上帶學(xué)生一塊熟悉教材內(nèi)容，同時(shí)，給學(xué)生指出相 應(yīng)的參考書(shū)籍、期刊和網(wǎng)站，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)做進(jìn)一步的探討。作業(yè)布置1.1 ，1.2，1.4補(bǔ)充作業(yè)：將所閱讀的參考書(shū)籍、期刊和網(wǎng)站的部分內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，寫(xiě)出自己對(duì)該課 程或者學(xué)科發(fā)展的認(rèn)識(shí)。主要參考資料微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（教材），于海生，清華大學(xué)出版社微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，謝劍英，國(guó)防工業(yè)出版社工業(yè)過(guò)程控制工程，王樹(shù)青，化學(xué)工業(yè)出版社備注青島大學(xué)教案（理論教學(xué)用）第3 次課3 學(xué)時(shí)章節(jié)2.1 總線技術(shù)講授主要內(nèi)容總線的定義、層次結(jié)構(gòu)及種類串行外部總線簡(jiǎn)介 總線擴(kuò)展技術(shù)基于 IS

8、A 總線端口擴(kuò)展重點(diǎn) 難點(diǎn)1. 總線的定義2. 總線擴(kuò)展技術(shù)3. 基于 ISA 總線端口擴(kuò)展要求掌握 知識(shí)點(diǎn)和 分析方法1. 總線的定義2. 總線擴(kuò)展技術(shù)3. 基于 ISA 總線端口擴(kuò)展教授思路， 采用的教 學(xué)方法和 輔助手段， 板書(shū)設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)如何 突出，難點(diǎn) 如何解決， 師生互動(dòng)等本課程采用多媒體課件教學(xué)，能夠提供較大的信息量，所有用到電路圖皆投影而 得，減少了課上繪圖所需時(shí)間。不需要設(shè)計(jì)板書(shū)。該部分內(nèi)容與微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用有相似之處，故接口電路分析較為 容易，學(xué)生容易接受和理解。難點(diǎn)在于輸入調(diào)理電路和輸出驅(qū)動(dòng)電路。通過(guò)圖 2.4，2.5 和圖 2.7，2.8 進(jìn)行詳細(xì)的分析，尤其重

9、視分析電路中各部分器件的作用。A/D 轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)，屬于微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)容， 重點(diǎn)在于與 PC 總線的連接電路，以及相應(yīng)的控制轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)讀取程序。在分析芯片 ADC0809 與 ADC574A 之后，即可由接口電路圖的連接方式，寫(xiě)出相應(yīng)程序。教材中所給程序?yàn)?8086 匯編語(yǔ)言程序，鼓勵(lì)學(xué)生將其寫(xiě)成 C 語(yǔ)言程序（參考第六章第一節(jié)，高級(jí)語(yǔ)言編程）。作業(yè)布置2.2，2.3，2.4主要參考資料微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（教材），于海生，清華大學(xué)出版社微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用，劉樂(lè)善，華中科技大學(xué)出版社電力電子技術(shù)，王兆安，機(jī)械工業(yè)出版社備注章節(jié)2.3 模擬量輸入通道2.4 D/A

10、 轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)2.5 模擬量輸出通道講授主要內(nèi)容模擬量輸入通道的組成無(wú)源 I/V 變換電路與有源 I/V 變換電路 采樣、量化及常用的采樣保持器 模擬量輸入通道設(shè)計(jì)D / A 轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù) V/I 變換和自動(dòng)/手動(dòng)切換 模擬量輸出通道設(shè)計(jì)重點(diǎn) 難點(diǎn)1.無(wú)源 I/V 變換電路與有源 I/V 變換電路2.采樣、量化及采樣保持原理3.模擬量輸入通道設(shè)計(jì)及 8 通道數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)4.單極性與雙極性電壓輸出電路要求掌握 知識(shí)點(diǎn)和 分析方法1.無(wú)源 I/V 變換電路與有源 I/V 變換電路，電路分析2.模擬量輸入通道設(shè)計(jì)及 8 通道數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)，程序分析3.D/A 轉(zhuǎn)換器及其與 PC 總

11、線工業(yè)控制機(jī)接口技術(shù)，接口電路與工作時(shí)序分析4.8 通道模擬量輸出電路設(shè)計(jì)，程序分析教授思路， 采用的教 學(xué)方法和 輔助手段， 板書(shū)設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)如何 突出，難點(diǎn) 如何解決， 師生互動(dòng)等本課程采用多媒體課件教學(xué)，能夠提供較大的信息量，所有用到電路圖皆投影而得，減少了課上繪圖所需時(shí)間。不需要設(shè)計(jì)板書(shū)。無(wú)源 I/V 變換電路與有源 I/V 變換電路，介紹教材中出現(xiàn)的兩個(gè)電路，難度都不大，需要注意的是電路中各個(gè)元件的作用；采樣的采樣過(guò)程由教材圖 2.21 描述，信號(hào)的采樣頻率由香農(nóng)采樣定理給出；量化及 量化單位，量化誤差描述了 A/D 轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的數(shù)學(xué)過(guò)程；采樣保持 器的作用是為了保證

12、 A/D 轉(zhuǎn)換期間輸入恒定。模擬量輸入通道設(shè)計(jì)原理圖由圖 2.25 給出，在分析該模板采集一個(gè)數(shù)據(jù)的四步過(guò)程以后，寫(xiě)出 8 通道數(shù)據(jù)采集匯編語(yǔ)言程序。簡(jiǎn)單分析 D/A 轉(zhuǎn)換器及其與 PC 總線工業(yè)控制機(jī)接口技術(shù)，接口電路與工作時(shí)序，以 此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)模擬量輸出通道。強(qiáng)化單極性與雙極性電壓輸出電路分析，做出更詳細(xì)的電路圖。該部分內(nèi)容與微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用有相似之處，故接口電路分析較為容易，學(xué)生容易接受和理解。教材中所給程序?yàn)?8086 匯編語(yǔ)言程序，同樣鼓勵(lì)學(xué)生將其寫(xiě)成 C 語(yǔ)言程序（參考第六章）。作業(yè)布置2.5，2.6，2.10，2.12主要參考資料微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（教材），于海生，清華

13、大學(xué)出版社微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用，劉樂(lè)善，華中科技大學(xué)出版社備注青島大學(xué)教案（理論教學(xué)用）第4 次課3 學(xué)時(shí)章節(jié)2.6 硬件抗干擾技術(shù)講授主要內(nèi)容串模干擾及其抑制方法共模干擾及其抑制方法 長(zhǎng)線傳輸干擾及其抑制方法 CPU 抗干擾技術(shù)接地技術(shù)重點(diǎn) 難點(diǎn)1.共模干擾及其抑制方法2.長(zhǎng)線傳輸干擾與匹配電阻3.CPU 抗干擾技術(shù)要求掌握知識(shí)點(diǎn)和 分析方法1.共模干擾及其抑制方法2.長(zhǎng)線傳輸干擾與匹配電阻3.CPU 抗干擾技術(shù)教授思路， 采用的教 學(xué)方法和 輔助手段， 板書(shū)設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)如何 突出，難點(diǎn) 如何解決， 師生互動(dòng)等1.首先闡述干擾的含義和來(lái)源，描述干擾的危害。以作過(guò)的實(shí)際項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng)碰到的各

14、種問(wèn)題，指出未考慮干擾所引起的后果以及需要注意的方面（比如電源、接地、模擬 量輸入、數(shù)字量的輸入輸出隔離、串行通信接口等）2.串模干擾：所謂串模干擾是指疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾噪聲。串模干擾的抑制方法應(yīng)從干擾信號(hào)的特性和來(lái)源入手，分別對(duì)不同情況采取相應(yīng)的措施。3.共模干擾：所謂共模干擾是指模/數(shù)轉(zhuǎn)換器兩個(gè)輸入端上公有的干擾電壓。通過(guò)分析 被測(cè)信號(hào)的輸入方式，來(lái)指出共模干擾的引入和抗共模干擾能力。共模干擾的抑制方 法有變壓器隔離、光電隔離、浮地屏蔽、采用儀表放大器提高共模抑制比。4.長(zhǎng)線傳輸干擾與匹配電阻信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸遇到三個(gè)問(wèn)題：一是長(zhǎng)線傳輸易受到外界干擾，二是具有信號(hào)延時(shí)，三是高速度變化的信

15、號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)波反射現(xiàn)象。采用終端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除長(zhǎng)線傳輸中的波反射或者把它抑制 到最低限度。終端匹配始端匹配5.CPU 抗干擾技術(shù)：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的 CPU 抗干擾措施常常采用 Watchdog(俗稱看門(mén) 狗)、電源監(jiān)控(掉電檢測(cè)及保護(hù))、復(fù)位等方法。微處理器監(jiān)控電路 MAX1232 具有(1)電源監(jiān)控、(2)按鈕復(fù)位輸入、(3)監(jiān)控定時(shí)器(Watchdog)功能。6.接地技術(shù)：分析地線系統(tǒng)，由圖 2.55 描述回流法接地。分析在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的低頻接地技術(shù)。作業(yè)布置2.14，2.15主要參考資料單片機(jī)系統(tǒng)的硬件抗干擾技術(shù), 楊秀敏, 微處理機(jī), 1996/04

16、智能儀器的抗干擾技術(shù), 高輝, 工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置, 2000/04 微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中幾種抗干擾技術(shù), 羅文廣, 測(cè)控技術(shù), 1997/06 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的抗干擾技術(shù), 陳勇, 工業(yè)控制計(jì)算機(jī), 1996/05PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 青島大學(xué)教案（理論教學(xué)用）第5 次課 3學(xué)時(shí)章節(jié)3.1數(shù)字程序控制基礎(chǔ)3.2逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理講授主要內(nèi)容數(shù)字程序控制原理數(shù)字程序控制方式 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ) 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)重點(diǎn) 難點(diǎn)1.數(shù)字程序控制原理2.逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)3.逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)要求掌握知識(shí)點(diǎn)和 分析方法1.數(shù)字程序控制原理，利

17、用平面圖形的重現(xiàn)，來(lái)分析程序控制原理；2.逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)3.逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)教授思路， 采用的教 學(xué)方法和 輔助手段， 板書(shū)設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)如何 突出，難點(diǎn) 如何解決， 師生互動(dòng)等所謂數(shù)字程序控制，就是計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械(如各種加 工機(jī)床)按規(guī)定的工作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)地完成工作的 自動(dòng)控制。首先分析圖 31 所示的平面圖形，利用計(jì)算機(jī)在繪圖儀上重現(xiàn)，來(lái)簡(jiǎn)要說(shuō)明數(shù)字程序控制的基本原理，以及脈沖當(dāng)量（步長(zhǎng)）的含義。所謂逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)，就是刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn) 行比較，看這點(diǎn)在給定軌跡的上方或下方，或是給定軌跡的里面或外面

18、，從而決定下 一步的進(jìn)給方向。由第一象限直線表達(dá)式，推倒出相應(yīng)的偏差計(jì)算公式，并給出偏差 判別公式 Fmymxe-xmye，由 FM 的值，判斷相應(yīng)的進(jìn)給方向。利用教材上的例題，演示 直線插補(bǔ)的過(guò)程，規(guī)定好必要的步驟。根據(jù)直線插補(bǔ)的程序流程，寫(xiě)出插補(bǔ)的程序。講完以上內(nèi)容以后，第二節(jié)課大約還有 20 分鐘時(shí)間，修改例題（比如改為第二象 限），讓學(xué)生當(dāng)堂完成，可以查書(shū)，可以討論。理解插補(bǔ)原理。逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)較逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)要麻煩許多。但是整個(gè)的分析過(guò)程還 是有很多的相似之處。不同點(diǎn)在于，當(dāng)計(jì)算偏差判別公式 Fm 的值的時(shí)候，需要計(jì)算和 保存動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)。而且，圓弧即使在一個(gè)象限，還存在逆弧和順

19、弧的差異。分析教材例 題，說(shuō)明圓弧插補(bǔ)的過(guò)程。根據(jù)圓弧插補(bǔ)的程序流程，寫(xiě)出插補(bǔ)的程序。作業(yè)布置3.2，3.4，3.5主要參考資料微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（教材），于海生，清華大學(xué)出版社數(shù)字控制技術(shù)，葉蓓華 ，清華大學(xué)出版社 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)在機(jī)床改造中的應(yīng)用, 王德洪, 文教資料, 2005/23 加工中心數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型設(shè)計(jì)與實(shí)踐, 王文熙, 青島大學(xué)學(xué)報(bào)(工程技術(shù)版),2001/02備注青島大學(xué)教案（理論教學(xué)用）第 8 次課 3 學(xué)時(shí)章節(jié)3.步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)講授主要內(nèi)容步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作方式 步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表 步進(jìn)電機(jī)控制程序重點(diǎn)難點(diǎn)1.步進(jìn)電機(jī)的工作原理2.步進(jìn)電機(jī)控

20、制程序要求掌握 知識(shí)點(diǎn)和 分析方法1.步進(jìn)電機(jī)的工作原理2.步進(jìn)電機(jī)的工作方式3.步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表4.步進(jìn)電機(jī)控制程序教授思路， 采用的教 學(xué)方法和 輔助手段， 板書(shū)設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)如何 突出，難點(diǎn) 如何解決， 師生互動(dòng)等步進(jìn)電機(jī)又叫脈沖電機(jī)，它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的機(jī)電式數(shù)模(DA) 轉(zhuǎn)換器。常采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件。步進(jìn)電機(jī)控制線路接收計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的指令脈沖， 控制步進(jìn)電機(jī)作相應(yīng)地轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)或刀具。指令脈沖總數(shù)決定數(shù)控系統(tǒng)總移動(dòng)量， 指令脈沖的頻率決定移動(dòng)速度。步進(jìn)電機(jī)的工作就是步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。電源采用單極性的直流電源。對(duì)步進(jìn)電機(jī)定子的各 相繞組以適當(dāng)?shù)臅r(shí)序進(jìn)行通電步,使進(jìn)

21、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。要特別說(shuō)明，該處的“相”指的是定子 的對(duì)數(shù)。步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)過(guò)程可以用圖 3.14 來(lái)說(shuō)明。另外，對(duì)于單三相工作方式下的步 進(jìn)過(guò)程，在多媒體課件中，用圖形的形式描述了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程，使學(xué)生更直觀的認(rèn)識(shí)齒 距角和步距角的含義。步進(jìn)電機(jī)可工作于單相通電方式，也可工作于雙相通電方式和單相、雙相交叉通電 方式。選用不同的工作方式，可使步進(jìn)電機(jī)具有不同的工作性能，如減小步距，提高定位 精度和工作穩(wěn)定性等。對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)則有單相三拍(簡(jiǎn)稱單三拍)方式、雙相三拍(簡(jiǎn)稱 雙三拍)方式、三相六拍工作方式。依據(jù)電壓波形，做出說(shuō)明。微機(jī)控制取代脈沖分配器，同時(shí)用微機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù)、轉(zhuǎn)向以及速度控

22、制等。通過(guò) 8255A 并行接口芯片，做出如圖 3.18 所示的接口示意圖，設(shè)定好繞組通斷電 的輸出值以后，即可根據(jù)工作方式，做出輸出字表。步進(jìn)電機(jī)的走步控制程序包括輸出步數(shù)控制、轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制以及速度控制，當(dāng)某種 特定方式下的輸出字表確定以后，該部分內(nèi)容就相應(yīng)的變?yōu)橛?jì)數(shù)、字表輸出順序和兩次輸 出字之間的時(shí)間間隔問(wèn)題，畫(huà)出程序流程圖，程序設(shè)計(jì)較容易。作業(yè)布置3.6，3.7主要參考資料微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（教材），于海生，清華大學(xué)出版社單片機(jī)在步進(jìn)電機(jī)控制中的應(yīng)用, 陸陽(yáng), 鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛, 1995/02步進(jìn)電機(jī)模糊控制技術(shù)的研究,高向東,微特電機(jī),1999/03基于 DSP 的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

23、,李為民,微特電機(jī),2001/03章節(jié)4.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)講授主要內(nèi)容數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟數(shù)字 PID 控制器的設(shè)計(jì)數(shù)字 PID 控制器的改進(jìn)重點(diǎn) 難點(diǎn)1.將 D(S)離散化為 D(Z)2.數(shù)字 PID 控制器的改進(jìn)要求掌握知識(shí)點(diǎn)和 分析方法1. 將 D(S)離散化為 D(Z)2. 數(shù)字 PID 位置型控制算法和數(shù)字 PID 增量型控制算法3. 數(shù)字 PID 控制器的改進(jìn)教授思路， 采用的教 學(xué)方法和 輔助手段， 板書(shū)設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)如何 突出，難點(diǎn) 如何解決， 師生互動(dòng)等數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟首先是利用自動(dòng)控制原理學(xué)過(guò)的知識(shí)（頻率特性法、 根軌跡法等）設(shè)計(jì)出假想的連續(xù)控制

24、器 D(S)，選擇好采樣周期 T，即可將 D(S)離散化 為 D(Z)，對(duì)于雙線性變換、前向差分、后向差分都要從級(jí)數(shù)展開(kāi)和數(shù)值積分定義來(lái)分 析，而且使用雙線性變換，一個(gè)穩(wěn)定的連續(xù)控制系統(tǒng)在變換之后仍將是穩(wěn)定的，可是 使用前向差分法，就可能把它變換為一個(gè)不穩(wěn)定的離散控制系統(tǒng)（要求學(xué)生根據(jù)在自 動(dòng)控制原理課中所學(xué)知識(shí)，給出證明）。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，PID 控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周期 相當(dāng)短時(shí)，用求和代替積分、用后向差分代替微分，使模擬 PID 離散化變?yōu)椴罘址匠獭?有兩種型式：數(shù)字 PID 位置型控制算法和數(shù)字 PID 增量型控制算法，做出比較。數(shù)字 PID 控制器的改進(jìn)是非

25、常重要的內(nèi)容，包括： 積分項(xiàng)的改進(jìn)(1)積分分離(2)抗積分飽和(3)梯形積分(4)消除積分不靈敏區(qū) 微分項(xiàng)的改進(jìn)(1)不完全微分 PID 控制算法(2)微分先行 PID 控制算式 只有發(fā)揮計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快、邏輯判斷功能強(qiáng)、編程靈活等優(yōu)勢(shì)，才能在控制性能上超過(guò)模擬調(diào)節(jié)器。而對(duì)于積分項(xiàng)和微分項(xiàng)的改進(jìn)，正是為了更合理的應(yīng)用 PID 控 制技術(shù)。針對(duì)梯形積分、消除積分不靈敏區(qū)、不完全微分，可以從數(shù)學(xué)表達(dá)式上看出 改進(jìn)后的效果。作業(yè)布置4.2，4.3，4.4，4.5主要參考資料微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（教材），于海生，清華大學(xué)出版社實(shí)用 PID 的幾種改進(jìn)方法, 付冬梅, 自動(dòng)化博覽, 1997/01基于積

26、分分離的 PID 位置控制器的設(shè)計(jì), 胡科峰, 機(jī)床與液壓, 2004/05備注章節(jié)4.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)數(shù)字 PID 控制器的參數(shù)整定4.2 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)技術(shù)講授主要內(nèi)容1.數(shù)字 PID 控制器的參數(shù)整定2.數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)步驟3.最少拍控制器的設(shè)計(jì)重點(diǎn) 難點(diǎn)1.數(shù)字 PID 控制器的參數(shù)整定2.最少拍控制的定義3.最少拍控制器的設(shè)計(jì)及最少拍控制器的基本形式要求掌握 知識(shí)點(diǎn)和 分析方法1.數(shù)字 PID 控制器的參數(shù)整定2.廣義對(duì)象的定義包括零階保持器與被控過(guò)程。3.誤差脈沖傳遞函數(shù)誤差信號(hào)的 Z 變換除以輸入函數(shù)的 Z 變換4.最少拍控制器的設(shè)計(jì)及最少拍控制器的基

27、本形式數(shù)學(xué)推導(dǎo)教授思路， 采用的教 學(xué)方法和 輔助手段， 板書(shū)設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)如何 突出，難點(diǎn) 如何解決， 師生互動(dòng)等PID 控制器性能的好壞，控制效果的優(yōu)劣跟 PID 控制器的參數(shù)選擇有直接的關(guān)系。對(duì)于連續(xù)控制器進(jìn)行離散化，最重要的一點(diǎn)就是要求采樣周期要相當(dāng)小，因此，對(duì)于 數(shù)字控制器，首要一點(diǎn)是根據(jù)影響因素選擇合適的采樣周期 T。PID 控制器在使用過(guò)程中，另有 KP，TI，TD 三個(gè)參數(shù)需要整定。簡(jiǎn)易工程整定法是 由經(jīng)典的頻率法簡(jiǎn)化而來(lái)的，雖然稍微粗糙一點(diǎn)，但是簡(jiǎn)單易行，適于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。湊 試法更多的應(yīng)用于仿真實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，要求對(duì) P、I、D 三部分的參數(shù)有深刻的理解。由于控制任務(wù)的需要，當(dāng)所選擇的

28、采樣周期比較大或?qū)刂瀑|(zhì)量要求比較高時(shí)， 必須從被控對(duì)象的特性出發(fā)，直接根據(jù)計(jì)算機(jī)控制理論(采樣控制理論)來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字控 制器，這類方法稱為離散化設(shè)計(jì)方法。所謂最少拍控制，就是要求閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)于某種特定的輸入在最少個(gè)采樣周期內(nèi)達(dá)到無(wú)靜差的穩(wěn)態(tài)，且閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)具有以下形式( z)f z 1 f z 2 L f z N1 2 N根據(jù) z 變換的終值定理，得到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差的表達(dá)式，針對(duì)典型輸入函數(shù)的 Z變換表達(dá)式 R( z) 青B( z) ，得到(z)=1-(1-z-1)q ，最少拍控制器 D(z) 為(1 z 1 ) q1 (z ) 1 (1 z 1 ) qD( z)G( z) 1 (z) G(

29、 z)(1 z 1 ) q通過(guò)對(duì)典型輸入下的最少拍控制系統(tǒng)分析，得到最少拍控制器的局限性：(1)針 對(duì)一種典型的輸入函數(shù) R(z)設(shè)計(jì)，得到系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)(z)，用于次數(shù)較 低的輸入函數(shù) R(z)時(shí)，系統(tǒng)將出現(xiàn)較大的超調(diào)，響應(yīng)時(shí)間也會(huì)增加，但在采樣時(shí)刻的 誤差為零。反之，當(dāng)一種典型的最少拍特性用于次數(shù)較高的輸入函數(shù)時(shí)，輸出將不能 完全跟蹤輸入以致產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差。由此可見(jiàn)，一種典型的最少拍閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù) (z)只適應(yīng)一種特定的輸入而不能適應(yīng)于各種輸入。(2) 只有當(dāng) G(z)是穩(wěn)定的(即在 z 平面單位圓上和圓外沒(méi)有極點(diǎn))，且不含有純滯后環(huán)節(jié)時(shí)，式(z)=1-(1-z-1)q 才成立。

30、如果 G(z)不滿足穩(wěn)定條件，則需對(duì)設(shè)計(jì)原則作相應(yīng)的限制。在單位圓外或圓上 D(z) 和 G(z)不能對(duì)消零極點(diǎn)，但并不意味含有這種現(xiàn)象的系統(tǒng)不能補(bǔ)償成穩(wěn)定的系統(tǒng)，只 是在選擇(z)時(shí)必須加一個(gè)約束條件，這個(gè)約束條件稱為穩(wěn)定性條件。作業(yè)布置4.6，4.7，4.8主要參考資料微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（教材），于海生，清華大學(xué)出版社計(jì)算機(jī)控制理論及應(yīng)用，孫增圻，清華大學(xué)出版社 數(shù)字控制器離散設(shè)計(jì)的新探討, 劉玉文, 甘肅廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào), 1998/02備注PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 章節(jié)4.2數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)技術(shù)有紋波和無(wú)紋波控制器4.3

31、純滯后控制技術(shù)史密斯(Smith)預(yù)估控制講授主要內(nèi)容最少拍有紋波控制器的設(shè)計(jì)最少拍無(wú)紋波控制器的設(shè)計(jì)史密斯(Smith)預(yù)估控制重點(diǎn) 難點(diǎn)1.最少拍有紋波控制器的設(shè)計(jì)方法、步驟和舉例分析2.最少拍無(wú)紋波控制器的設(shè)計(jì)的必要條件分析3.史密斯(Smith)預(yù)估控制數(shù)字化分析要求掌握知識(shí)點(diǎn)和 分析方法1.最少拍有紋波控制器的設(shè)計(jì)方法、步驟和舉例分析2.最少拍無(wú)紋波控制器的設(shè)計(jì)3.史密斯(Smith)預(yù)估控制教授思路， 采用的教 學(xué)方法和 輔助手段， 板書(shū)設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)如何 突出，難點(diǎn) 如何解決， 師生互動(dòng)等ud11.z (1 bi z ) 設(shè) G'(z)是 G(z)中不含單位圓上或圓外的零極

32、點(diǎn)部分，這樣，G( z) i 1G ' ( z)v(1 a z 1 )ii 1在分析對(duì)該控制對(duì)象設(shè)計(jì)最少拍控制器時(shí)，為了避免使 G(z)在單位圓外或圓上的零點(diǎn)、 極點(diǎn)與 D(z)的零點(diǎn)、極點(diǎn)對(duì)消，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的補(bǔ)償，選擇系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳 遞函數(shù)時(shí)必須滿足下面的約束條件：（1）e(z)的零點(diǎn)中，必須包含 G(z)在 z 平面單位圓外或圓上的所有極點(diǎn)，即v( z) 1 ( z) (1 a z 1 ) (1 z 1 )q F ( z )e i 1i 1（2）(z)的零點(diǎn)中，必須包含 G(z)在 z 平面單位圓外或圓上的所有零點(diǎn)，即u( z) z d(1 b z 1 ) F ( z)i2

33、i 1以上的計(jì)算公式中，還需要確定 F (z)=1+f z-1+f z-2+f z-m 和 F (z)=f z-1+f z-2+111121m22122+f z-n 以及相應(yīng)的階數(shù) m，n 確定。根據(jù)此約束條件，可求得最少拍控制器為2nF2 (z), jq1(z)G' (z)(1z 1 )q j F (z) D(z)1G(z) 1(z)F2 (z), j qG' (z)F (z)1根據(jù)教材例 4.1，熟悉整個(gè)設(shè)計(jì)和計(jì)算過(guò)程。 僅根據(jù)上述約束條件設(shè)計(jì)的最少拍控制系統(tǒng)，只保證了在最少的幾個(gè)采樣周期后系統(tǒng) 的響應(yīng)在采樣點(diǎn)時(shí)是穩(wěn)態(tài)誤差為零，而不能保證任意兩個(gè)采樣點(diǎn)之間的穩(wěn)態(tài)誤差為零。

34、這種控制系統(tǒng)輸出信號(hào) y(t)有紋波存在，故稱為最少拍有紋波控制系統(tǒng)，相應(yīng)的控制 器為最少拍有紋波控制器。y(t)的紋波在采樣點(diǎn)上觀測(cè)不到，要用修正 z 變換方能計(jì)算 得出兩個(gè)采樣點(diǎn)之間的輸出值，這種紋波稱為隱蔽振蕩(hidden oscillations)。2. 設(shè)計(jì)最少拍無(wú)紋波控制器的必要條件：Gc(s)中必須含有足夠的積分環(huán)節(jié)，以保證u(t)為常數(shù)時(shí)，Gc(s)的穩(wěn)態(tài)輸出完全跟蹤輸入，且無(wú)紋波。最少拍無(wú)紋波系統(tǒng)確定(z)的約束條件：(z)必須包含 G(z)的分子多項(xiàng)式 B(z)，即(z)必須包含 G(z)的所有零點(diǎn)。這樣，原來(lái)最少拍有紋波系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)確定(z)的w公式應(yīng)修改為( z)z d

35、 B( z) F ( z)z d(1 b z 1 ) F ( z) ，其余環(huán)節(jié)均與有2i2i 1紋波控制器設(shè)計(jì)方法相同。以例題 4.2，觀察數(shù)字控制器輸出和系統(tǒng)輸出。3. 由于物料或能量的傳輸延遲引起的滯后稱為純滯后。根據(jù)教材圖 4.19，可以得出經(jīng)補(bǔ)償后的系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為D ' (s)G (s)e csD(s)G (s)(s) P P e cs1 D ' (s)G (s)e cs1 D(s)G (s)PP說(shuō)明，經(jīng)補(bǔ)償后，消除了純滯后部分對(duì)控制系統(tǒng)的影響，因?yàn)槭街械膃 cs 在閉環(huán)控制回路之外，不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，拉氏變換的位移定理說(shuō)明， e cs 僅將控制作用在時(shí) 間坐標(biāo)上

36、推移了一個(gè)時(shí)間，控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程及其它性能指標(biāo)都與對(duì)象特性為Gp(s)時(shí)完全相同。采用零階保持器法，使系統(tǒng)離散化，得到數(shù)字 PID 控制器和史密斯預(yù)估器。給出相應(yīng)的純滯后補(bǔ)償算法步驟，然后綜合到數(shù)字 PID 控制算法中。作業(yè)布置4.9，4.10，4.11主要參考資料微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（教材），于海生，清華大學(xué)出版社計(jì)算機(jī)控制理論及應(yīng)用，孫增圻，清華大學(xué)出版社用 MATLAB 進(jìn)行數(shù)字控制器計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì), 陳曉天, 廣東自動(dòng)化與信息工程,1997/02最少拍控制器的設(shè)計(jì)方法, 涂源釗, 四川大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版), 1997/04最少拍爐溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì), 陳學(xué), 計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化, 199

37、8/03備注青島大學(xué)教案（理論教學(xué)用）第 10 次課3 學(xué)時(shí)4.3純滯后控制技術(shù)達(dá)林(Dahlin)算法章節(jié)4.4串級(jí)控制技術(shù)4.5前饋-反饋控制技術(shù)PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 講授主要內(nèi)容達(dá)林(Dahlin)算法串級(jí)控制的結(jié)構(gòu)和原理 數(shù)字串級(jí)控制算法 副回路微分先行串級(jí)控制算法 前饋控制的結(jié)構(gòu)和原理前饋-反饋控制結(jié)構(gòu)數(shù)字前饋-反饋控制算法重點(diǎn) 難點(diǎn)1.達(dá)林(Dahlin)算法與振鈴現(xiàn)象2.串級(jí)控制的結(jié)構(gòu)和原理3.前饋控制的結(jié)構(gòu)和原理要求掌握知識(shí)點(diǎn)和 分析方法1.串級(jí)控制的結(jié)構(gòu)和原理2.前饋控制的結(jié)構(gòu)和原理教授思路， 采用的教 學(xué)方法和

38、 輔助手段， 板書(shū)設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)如何 突出，難點(diǎn) 如何解決， 師生互動(dòng)等1.達(dá)林算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使整個(gè)閉系統(tǒng)所期望的傳遞函數(shù)(s)相當(dāng)于一個(gè)延遲環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)，即(s) 1 e cs ，代入=NT,并進(jìn)行 z 變換Tc s 1(1 e T Tc ) z N 1 D(z) 1 (z)( z)進(jìn)而G(z) 1 (z )1 e T Tc z 1 N 1 T T1 z (1 e c )G(z) 1 e T Tc z 1 (1 e T Tc )z N 1對(duì)于一階和二階環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)單進(jìn)行分析。振鈴(Ringing)現(xiàn)象，是指數(shù)字控制器的輸出以二分之一采樣頻率大幅度衰減的振 蕩。針對(duì)振鈴現(xiàn)象，提出一種最

39、簡(jiǎn)單的輸入 R(z)和 u ( z) 表達(dá)式，分析出產(chǎn)生振鈴現(xiàn) 象的原因。2.由圖 4.23 所示爐溫控制系統(tǒng)，引出計(jì)算機(jī)串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。對(duì)于串級(jí)控制系統(tǒng)的分析有一個(gè)原則，就是不管串級(jí)控制有多少級(jí)，計(jì)算的順序總是從最外面的回路向 內(nèi)進(jìn)行。這樣，針對(duì)圖 4.25 所示系統(tǒng)，給出相應(yīng)計(jì)算方法和步驟；為了防止主控制器 輸出(也就是副控制器的給定值)過(guò)大而引起副回路的不穩(wěn)定，同時(shí)，也為了克服副對(duì) 象慣性較大而引起調(diào)節(jié)品質(zhì)的惡化，在副回路的反饋通道中加入微分控制，稱為副回 路微分先行。副回路的引入給系統(tǒng)帶來(lái)了很多的優(yōu)點(diǎn)：更強(qiáng)的抑制擾動(dòng)的能力；克服對(duì)象純滯 后的影響；把非線性對(duì)象包含在副回路中，由于副

40、控回路是隨動(dòng)系統(tǒng)，能夠適應(yīng)操作 條件和負(fù)荷的變化，自動(dòng)改變副控調(diào)節(jié)器的給定值。3. 前饋控制是按擾動(dòng)量進(jìn)行控制的，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，前饋控制就按擾動(dòng)量直接產(chǎn)生校正作用，以抵消擾動(dòng)的影響。采有前饋與反饋控制相結(jié)合的控制結(jié)構(gòu)，既能發(fā)揮前饋控制對(duì)擾動(dòng)的補(bǔ)償作用，又能保留反饋控制對(duì)偏差的控制作用。三沖量給水控制系統(tǒng)是典型的前饋-反饋控制結(jié)構(gòu)，通過(guò)圖 4.30 鍋爐汽包水位控 制系統(tǒng)示意圖，分析出系統(tǒng)框圖，然后采用零階保持器法進(jìn)行離散化處理，最終得到 相應(yīng)的調(diào)節(jié)量輸出序列。作業(yè)布置4.11（2），4.12主要參考資料微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（教材），于海生，清華大學(xué)出版社采用大林控制器大純滯后系統(tǒng)的數(shù)字仿真分

41、析, 湯學(xué)炳, 江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào),1994/01鍋爐汽包水位 MFAC-PID 串級(jí)控制方案的仿真研究, 李傳慶, 東北電力學(xué)院學(xué)報(bào),2005/04基于 KMM 調(diào)節(jié)器的鍋爐水位前饋-串級(jí)控制系統(tǒng), 王淑紅, 自動(dòng)化儀表, 2003/11汽包鍋爐狀態(tài)前饋-反饋給水控制, 潘維加, 動(dòng)力工程, 2001/06備注青島大學(xué)教案（理論教學(xué)用）第 11 次課 3 學(xué)時(shí)章節(jié)4.6解耦控制技術(shù)4.7模糊控制技術(shù)講授主要內(nèi)容解耦控制原理數(shù)字解耦控制算法 模糊控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 模糊控制原理 模糊控制器設(shè)計(jì)重點(diǎn) 難點(diǎn)1.解耦控制原理2.模糊控制原理3.模糊控制器設(shè)計(jì)要求掌握知識(shí)點(diǎn)和 分析方法1.解耦控制原理2.模

42、糊控制器設(shè)計(jì)教授思路， 采用的教 學(xué)方法和 輔助手段， 板書(shū)設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)如何 突出，難點(diǎn) 如何解決， 師生互動(dòng)等1.通過(guò)分析精餾塔組分控制，引出控制回路耦合問(wèn)題；解耦控制的主要目標(biāo)是通過(guò)設(shè)計(jì)解耦補(bǔ)償裝置，使各控制器只對(duì)各自相應(yīng)的被控量施加控制作用，從而消除回路間的相互影響。 多變量控制系統(tǒng)解耦的條件是系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)矩陣(s)為對(duì)角線矩陣。 引入解耦補(bǔ)償裝置，使得(s)滿足要求。進(jìn)而進(jìn)行離散化，得到可編程的差分方程形式。2.針對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較薄弱，故不對(duì)模糊數(shù)學(xué)做大篇幅的介紹，而將重點(diǎn)放在模糊控 制器設(shè)計(jì)，從工程應(yīng)用的角度，來(lái)認(rèn)識(shí)模糊控制。針對(duì)不同的應(yīng)用系統(tǒng)，利用 matlab 進(jìn)行仿真試驗(yàn)

43、，讓學(xué)生切身體會(huì)設(shè)計(jì)模糊控制器的過(guò)程。模糊控制器主要包括輸入量模糊化接口、知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、輸出清晰化接口四個(gè) 部分。模糊控制系統(tǒng)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)模糊控制器，需要：選擇模糊控制器的結(jié)構(gòu)、選取模 糊規(guī)則、確定模糊化和清晰化方法、確定模糊控制器的參數(shù)、編寫(xiě)模糊控制算法程序。最后，要求學(xué)生查閱相關(guān)資料，了解模糊控制的研究現(xiàn)狀。作業(yè)布置4.14，補(bǔ)充：查閱至少 3 篇文獻(xiàn)，寫(xiě)出對(duì)模糊控制研究現(xiàn)狀的總結(jié)材料。主要參考資料微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（教材），于海生，清華大學(xué)出版社模糊控制技術(shù)，劉曙光等編著，中國(guó)紡織出版社 精通 MATLAB(M)，張志涌，北京航空航天大學(xué)出版社基于 MATLAB 下的模糊控制系統(tǒng)的建立

44、及仿真和優(yōu)化實(shí)現(xiàn), 姚雪宏, 機(jī)床與液壓,2000/05關(guān)于模糊 PID 控制器的應(yīng)用設(shè)計(jì), 劉偉, 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2003/02模糊控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用, 陶文華, 工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置, 2004/04備注青島大學(xué)教案（理論教學(xué)用）第 12 次課 3 學(xué)時(shí)章節(jié)6.1 程序設(shè)計(jì)技術(shù)6.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用技術(shù)6.3 測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)講授主要內(nèi)容模塊化與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)、高級(jí)語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程、工業(yè)控制組態(tài)軟件數(shù)據(jù)查找技術(shù)、數(shù)據(jù)排序技術(shù) 系統(tǒng)誤差的自動(dòng)校準(zhǔn)、線性化處理和非線性補(bǔ)償、標(biāo)度變換方法、越限報(bào)警處理重點(diǎn) 難點(diǎn)1.高級(jí)語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程2.工業(yè)控制組態(tài)軟件3.標(biāo)度變換方法要求

45、掌握知識(shí)點(diǎn)和 分析方法1.高級(jí)語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程2.標(biāo)度變換方法教授思路， 采用的教 學(xué)方法和 輔助手段， 板書(shū)設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)如何 突出，難點(diǎn) 如何解決， 師生互動(dòng)等軟件的分類和作用，已經(jīng)在第一章做了簡(jiǎn)單介紹。在進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，大量的工作就是如何根據(jù)各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際需要設(shè)計(jì)面向控制系統(tǒng)本身的應(yīng)用程 序。軟件設(shè)計(jì)的方法有兩種，一種就是由用戶利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言自己編制需要的應(yīng)用程 序段；另一種就是利用組態(tài)軟件，選擇相應(yīng)的模塊，進(jìn)行功能的綜合。高級(jí)語(yǔ)言在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越多。介紹具有標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出庫(kù)函數(shù)、 可以直接用于訪問(wèn) I/O 端口的 C 語(yǔ)言。該部分在下個(gè)學(xué)期進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制課

46、程設(shè)計(jì)時(shí) 將要用到。C 語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言的混合編程是非常重要的內(nèi)容，幾乎現(xiàn)在所有的中高檔 cpu 都支持 C 語(yǔ)言。督促學(xué)生重新認(rèn)識(shí) C 語(yǔ)言的重要性，認(rèn)識(shí)控制臺(tái) C 語(yǔ)言與基礎(chǔ) C 語(yǔ)言之間的聯(lián)系和區(qū)別。組態(tài)軟件是大工業(yè)、大系統(tǒng)控制的必要軟件。在此，以北京亞控組態(tài)王軟件，介 紹組態(tài)的組成和應(yīng)用。摘取組態(tài)王中的典型畫(huà)面，以圖片的形式展現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生 有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。簡(jiǎn)單介紹數(shù)據(jù)查找技術(shù)和數(shù)據(jù)排序技術(shù)。測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理技術(shù)包括系統(tǒng)誤差的自動(dòng)校準(zhǔn)（全自動(dòng)校準(zhǔn)和人工自動(dòng)校準(zhǔn)）、 線性化處理和非線性補(bǔ)償、標(biāo)度變換方法、越限報(bào)警處理。其中，參數(shù)值與 AD 轉(zhuǎn) 換結(jié)果之間為線性關(guān)系的線性變換公式經(jīng)常用到

47、Y=(Ymax-Ymin)(X-Nmin)(Nmax-Nmin)+Ymin利用剩余時(shí)間讓學(xué)生做課后作業(yè) 6.3，強(qiáng)化對(duì)公式的認(rèn)識(shí)。作業(yè)布置6.3主要參考資料微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（教材），于海生，清華大學(xué)出版社軟件技術(shù)基礎(chǔ)，徐士良，清華大學(xué)出版社組態(tài)王 6.5 使用手冊(cè)，北京亞控，北京亞控科技發(fā)展有限公司備注青島大學(xué)教案（理論教學(xué)用）第13 次課 3 學(xué)時(shí)章節(jié)6.4 數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn)6.5 系統(tǒng)的有限字長(zhǎng)數(shù)值問(wèn)題6.6 軟件抗干擾技術(shù)講授主要內(nèi)容數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn)（給定值和被控量處理、偏差處理、控制算法的實(shí)現(xiàn)、控制量處理、自動(dòng)手動(dòng)切換技術(shù)） 量化誤差來(lái)源、A/D、D/A 及運(yùn)算字長(zhǎng)的選擇 數(shù)

48、字濾波技術(shù)、開(kāi)關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)、指令冗余技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)重點(diǎn) 難點(diǎn)1.量化誤差來(lái)源2.A/D、D/A 及運(yùn)算字長(zhǎng)的選擇3.數(shù)字濾波技術(shù)4.開(kāi)關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)5.指令冗余技術(shù)和軟件陷阱技術(shù)要求掌握知識(shí)點(diǎn)和 分析方法1.能夠計(jì)算出 ADC、DAC 需要的精度下的字長(zhǎng)，通過(guò)課本例題講解2.掌握數(shù)字濾波技術(shù)的原理，并寫(xiě)出相應(yīng)的通用程序流程圖3.熟悉微機(jī)系統(tǒng)中 CPU 受到干擾后，程序自身運(yùn)行的抗干擾技術(shù)教授思路， 采用的教 學(xué)方法和 輔助手段， 板書(shū)設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)如何 突出，難點(diǎn) 如何解決， 師生互動(dòng)等1.數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn)（給定值和被控量處理、偏差處理、控制算法的實(shí)現(xiàn)、控制 量處理、自動(dòng)手

49、動(dòng)切換技術(shù)），本部分內(nèi)容難度不大，但是出現(xiàn)了很多英文縮寫(xiě)，學(xué)生 們可能難于記憶，因此，將所有的縮寫(xiě)的英文全稱都在課堂上告訴學(xué)生，同時(shí)闡述其 中的各種處理和實(shí)現(xiàn)原則。2.系統(tǒng)的有限字長(zhǎng)數(shù)值問(wèn)題，闡述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換精度和計(jì)算精度，進(jìn)一步說(shuō) 明量化誤差及其來(lái)源。要求學(xué)生能夠計(jì)算出 ADC 和 DAC 的滿足系統(tǒng)精度要求的字長(zhǎng)。3.軟件抗干擾技術(shù)是對(duì)硬件抗干擾技術(shù)的有效的補(bǔ)充，因?yàn)閮H靠硬件抗干擾措施是不 夠的。對(duì)于數(shù)字濾波技術(shù)，常用的有算術(shù)平均值濾波、中位值濾波、限幅濾波和慣性 濾波，闡述清楚各種濾波技術(shù)的工作原理，同時(shí)進(jìn)行舉例分析濾波結(jié)果。但是，僅僅 掌握原理是不夠的，因此，要求學(xué)生對(duì)每一種濾

50、波技術(shù)都要寫(xiě)出通用的流程圖和相應(yīng) 的濾波子程序。開(kāi)關(guān)量的軟件抗干擾，包括多次采集輸入和重復(fù)輸出同一數(shù)據(jù)的方式來(lái)解決。 指令冗余技術(shù)和軟件陷阱技術(shù)大多由硬件看門(mén)狗電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此只給學(xué)生作了簡(jiǎn)單 原理介紹，并沒(méi)有真正的引入程序進(jìn)行分析。作業(yè)布置6.5，6.6，6.7主要參考資料過(guò)程計(jì)算機(jī)控制，王錦標(biāo)，清華大學(xué)出版社數(shù)據(jù)采集中的軟件抗干擾技術(shù), 崔淮柱 , 江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 1990/04 微機(jī)控制系統(tǒng)的軟件抗干擾, 張捍東, 電氣傳動(dòng)自動(dòng)化, 1996/02 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件抗干擾技術(shù), 周少武, 湘潭礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào), 1998/04備注青島大學(xué)教案（理論教學(xué)用）7.1數(shù)據(jù)通信技術(shù)

51、章節(jié)7.2工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第 14 次課 3 學(xué)時(shí)講授主要內(nèi)容數(shù)據(jù)編碼技術(shù)平衡與不平衡傳輸技術(shù)RS-422/RS-485 接口及應(yīng)用 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)概述 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其層次結(jié)構(gòu) IEEE 802 標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的性能評(píng)價(jià)和選型重點(diǎn) 難點(diǎn)1.平衡與不平衡傳輸技術(shù)2.RS-422/RS-485 接口及應(yīng)用3.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)概述要求掌握知識(shí)點(diǎn)和 分析方法1.平衡與不平衡傳輸技術(shù)，圖解與比較的方法來(lái)分析2.RS-422/RS-485 接口及應(yīng)用，畫(huà)出詳細(xì)的接口電路3.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)概述教授思路， 采用的教 學(xué)方法和 輔助手段， 板書(shū)設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)如何 突出，難點(diǎn) 如何解決， 師生互動(dòng)等數(shù)據(jù)通信是工業(yè)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)和分散型測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。而串行通信適合遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸，在串行通信中，首先要搞清楚是編碼形式。介紹不平衡方式和平衡方式，以及平衡傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)常用的串行傳輸方 式 RS-232、RS-422 和 RS-485，畫(huà)出發(fā)送和接收電路圖，說(shuō)明 RS232C 的電氣接口 是單端的、雙極性電源供電電路；RS-422 和 RS-485 是差分平衡的電氣接口，并且以 圖 7.9，對(duì)三種傳輸方式的性能進(jìn)行了對(duì)比。RS-485 電路在多點(diǎn)互聯(lián)系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛，畫(huà)出較為詳細(xì)的節(jié)點(diǎn)連接電路，并 指出在實(shí)際做過(guò)的項(xiàng)目中，自己碰到的一些問(wèn)題及解決方法。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)