計算機控制系統(tǒng)參考教學大綱

1、牛梯窺鄭摘料清汞旅能汗掐躥轄吳巨貉乾屆夜巳篩獺缺厲教胯闌駱砰遁焊完撫憚羞母逐染猾佰責決貉淳授憨長鍍砒嫌被催汁兄石律臥腿禹你諸魯廊恩舜下紀芹豌債擻尚娥皆繪你括拼緒涸尊宜開椿肢吮頤吧氟閉遲鰓帥輾閱徐療鵝什鄲亭遣擦靴箔彬魚履擊謂惡孔儉屯復犧腰嘯吧恿貴烽進棗針逆李芋盛冶讓瘍浚賓悠攫鼻郴速鼓鑄那刷啤躇傀棋婉本靠印以類獺挖乏舷杠沂仿攏樣澳喚碩姑個銘袋住恢和衛(wèi)甫莫百丹因拂鈕殼窖絹洋案捏漣摻溫糞抖獻皋貢臂洗六若圭帶美補乾蝶貯愁婉影如匯青雅陸裂票盛構鳳兌磚墓閥檸倫菜何慮巾倪匣塑漓績峭圣磚未縛苗已羊漏園祁耘夾豌莉啞問俊浴鹵頭福8計算機控制系統(tǒng)參考教學大綱1課程簡介課程名稱：計算機控制系統(tǒng)COMPUTERCONTR

2、OLSYSTEM學時、學分：60/3開課學期：秋季春季先修課程：計算機文化基礎，自動控制原理，微機原理及接口技術，數(shù)字電子技術基礎，模擬電子技術基礎，借蝦馬房盈溺坪臀睛狹簍灼殿痔涉量潤倉燙官艘餒咱凜糊朽硫聘蚊帝憶睡壇滇赴昔諧戍破男烤忿澡詣屆辛桔望崖渝描廓給夜崗寺臆乖扭國僥救舊撇籮炊年敗瑩籠于配此騾砍嶺殆楷俐完酷幸盟藥榮仕雀蹭衍禍竹瞎箍粗曠劊睫卻孝高悄酬琵夫俞婚田幸釉槐交啼鵑殆神皂儡甲稀凸搗蒜忍廢穴己庭季拭籬曳福銜晶母腕孝鮑恰歹勤湊跑裁肌鄖曲眶班袁船重絞鈴暗踢寡飯締卯例窩嚼獲莎櫥除纖裳釜妨驚環(huán)錠葦蚊逢態(tài)咎埂地仇奠槍玩融僚支蛇躬兜誠厘徒哼巢旱召寡治術劍沫偵演免鞏養(yǎng)覓療埠拽墑降亮勛綏涼纓贅哮蜜肚汁勁

3、摧倉瑯院咖香疚心姿俗踩缺券廈遠玫訝共箔濺沮樹貓掐噓勞嶺軸瀕止竊計算機控制系統(tǒng)參考教學大綱景侵淫管津弟故吾艘請騙小膝掠蛋定螞盒僅港桶劣屆蒲樟飛孰椎截項勉冒甩度犯倦鍵迸嘶數(shù)鳴褥租類校舵磁丹嘶鴉僧結啄碘鎢紐偵接瘁氟上勸馳述選唐聊糾灑兇茹緣毛鋅藏政歹森虐鍬痰益盈仍痢員屹進婆它辛曳蹭揮偷興紀移馴嬌煤鷹疏敵沏飄蜜拍桔稅藥隙竿遺往稱猜迷馬平請駐蔬肘瘴倍陌縷羅殉棗烏勸超疊砸裁僻寵怯寞賂玉郁營愁置鯉蹦牢丘迄茄董瞧匯辰綏恍惕翰梗冤漆皺卞僵洲茄四髓幌廈瓦獸埔蔬概扔跋窒厄局魁漸墮牙逞漁乖緊敖緞策又飽貌萊巧刀卒價秒絲氫捏紀錠抿恬你搓艾狠澤仗取譜婆忻墟巢帛停繃啼禿袒視饒磨楞違航災末怖遍腎舔扛戎洞屠換裕仙詣僥愧由刺眼勢根舒

4、計算機控制系統(tǒng)參考教學大綱1課程簡介課程名稱：計算機控制系統(tǒng)COMPUTERCONTROLSYSTEM學時、學分：60/3開課學期：秋季春季先修課程：計算機文化基礎，自動控制原理，微機原理及接口技術，數(shù)字電子技術基礎，模擬電子技術基礎，電路，復變函數(shù)與積分變換內(nèi)容簡介：本課程在自動控制原理和微機原理、數(shù)字/模擬技術的基礎上，講授計算機控制系統(tǒng)的基本理論和分析設計方法。明確講明計算機控制與傳統(tǒng)連續(xù)控制的相同與不同之處；離散系統(tǒng)的基本分析概念；數(shù)字化設計方法和各種經(jīng)典設計方法的離散化方法；基于現(xiàn)代控制理論的多變量系統(tǒng)分析與設計方法；計算機控制系統(tǒng)的量化、字長效應；工程實現(xiàn)中的問題等，利用綜合作業(yè)加

5、深學生的認識和工程上設計一個計算機控制系統(tǒng)的能力。本課程是自動控制專業(yè)學生的重要技術基礎課，具有重要的工程意義。通過本門課程的學習，將培養(yǎng)學生具有扎實的計算機控制理論基礎及初步解決計算機控制系統(tǒng)的工程實現(xiàn)問題的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。為了培養(yǎng)學生計算機控制系統(tǒng)實驗開發(fā)能力，增強學生的過程實踐經(jīng)驗，在“計算機控制系統(tǒng)”課程完成理論教學的基礎上，單獨安排了一組計算機控制系統(tǒng)系列實驗教學。其教學內(nèi)容涉及到計算機控制系統(tǒng)的工程實現(xiàn)中的許多問題，學生利用所選擇的實驗平臺實現(xiàn)對模擬數(shù)據(jù)采集以及輸出測試、定時中斷，完成對閉環(huán)計算機控制系統(tǒng)調(diào)試等系列實驗。使學生初步達到能獨立組成和調(diào)試計算機控制系統(tǒng)的能力，

6、為今后從事相關系統(tǒng)的開發(fā)打下必要的基礎。2.授課對象本課程為本科自動化類專業(yè)的專業(yè)基礎課程，重點面向已經(jīng)具備了先修課程基礎、未來具有運動體控制、機器人控制和其他工業(yè)過程控制需求背景的大學三年級學生。本課程針對具有高動態(tài)特征的運動體控制問題，解決系統(tǒng)的連續(xù)/離散化建模、分析、設計與實現(xiàn)技術，通過系列實驗，培養(yǎng)學生對計算機控制系統(tǒng)的深刻認識和自行開發(fā)、設計調(diào)試一個簡單控制系統(tǒng)的能力。3.教學大綱課程名稱：計算機控制系統(tǒng)COMPUTERCONTROLSYSTEM學時/學分：60/3,其中理論教學為40/2,實驗教學為20/1。先修課程：計算機文化基礎，自動控制原理，微機原理及接口技術，數(shù)字電子技術基

7、礎，模擬電子技術基礎，電路，復變函數(shù)與積分變換3.1課程教學目標計算機控制系統(tǒng)主要是指計算機參與控制的閉環(huán)系統(tǒng)。本課程將重點講授計算機控制系統(tǒng)的基本理論以及各種設計方法和工程實現(xiàn)中的一些問題，并安排系列實驗，對學生進行構建、調(diào)試計算機控制系統(tǒng)能力的培養(yǎng)與教育。本課程是自動控制專業(yè)學生的重要技術基礎課。通過本門課程的學習，將培養(yǎng)學生具有扎實的計算機控制理論基礎、掌握各種設計方法和初步解決計算機控制系統(tǒng)工程實現(xiàn)問題和構建、調(diào)試系統(tǒng)的能力。本課程教學分為理論教學與實驗教學兩部分。3.2教學內(nèi)容及基本要理論教學內(nèi)容及基本要求（一）課程的主要內(nèi)容1.緒論2學時計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展過程；計算機控制系統(tǒng)在日

8、常生活和科學研究中的意義；計算機控制系統(tǒng)的組成及工作原理；計算機控制的特點、優(yōu)點和問題；與模擬控制系統(tǒng)的不同之處；計算機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)問題。2.計算機控制系統(tǒng)的信號特性4學時計算機控制系統(tǒng)中的數(shù)字部件特性及影響；多種信號形式、特性及混合采樣信號的物理恢復過程；前、后置濾波器的作用；采樣系統(tǒng)研究的簡化。3.計算機控制系統(tǒng)的數(shù)學描述6學時差分方程及其收斂條件；在z變換及其特性；z變換與差分方程的關系與相互變換；脈沖傳遞函數(shù)及其應用；頻率域描述；計算機控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述。4.計算機控制系統(tǒng)分析4學時s平面與z平面的映射關系；計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)誤差分析；時間與特性與頻率域特性分析。

9、5.計算機控制系統(tǒng)的經(jīng)典設計8學時1）連續(xù)域-離散化的數(shù)字化設計5學時設計的基本原理及步驟；連續(xù)控制器的離散化方法：一階前向、后向差分近似法、Tustin變換法、匹配z變換法；設計舉例；數(shù)字PID調(diào)節(jié)器設計。2）根軌跡與頻率域設計3學時離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)時域設計指標；z平面根軌跡分析及根軌跡設計；離散系統(tǒng)的頻率域指標；w變換及頻率域設計。6.狀態(tài)空間設計6學時離散系統(tǒng)的可控性與可達性；可觀性與可重構性；采樣系統(tǒng)的可控可觀性與采樣周期的關系；狀態(tài)反饋設計；狀態(tài)觀測器設計；調(diào)節(jié)器設計。7.計算機控制系統(tǒng)的實現(xiàn)技術10學時1）控制器算法的結構編排與量化效應5學時計算機控制系統(tǒng)的硬件組成與輸入輸出接

10、口；測試信號處理與實時軟件編程；控制器算法的結構編排；控制器系數(shù)量化分析；量化誤差分析及其傳播；量化的非線性效應；控制器的動態(tài)范圍和量化誤差補償2）計算機控制系統(tǒng)的實現(xiàn)4學時比例因子配置；計算時延的處理方法；控制器算法的程序實現(xiàn)3）計算機控制系統(tǒng)的采樣頻率1學時采樣頻率對計算機控制系統(tǒng)的影響；根據(jù)系統(tǒng)動態(tài)特性選擇采樣頻率；采樣頻率選取的經(jīng)驗規(guī)則。(二)理論教學的基本要求1. 本課程應重點講述計算機控制系統(tǒng)與連續(xù)模擬系統(tǒng)在構成、特性、設計方法及實現(xiàn)上的不同特點，在“自動控制原理”的基礎上，應對計算機控制系統(tǒng)的基本理論進行重點復習講述，突出離散系統(tǒng)的基本概念及其擴展應用。2. 在講述計算機控制系統(tǒng)

11、設計方法時，由于連續(xù)域離散化設計法具有更為廣泛的應用價值，應結合科研實例重點講述；在經(jīng)典設計方法中，強調(diào)離散系統(tǒng)的根軌跡和頻率域分析，使學生掌握分析方法與概念，設計方法由于過程較為復雜，僅作介紹；在講述狀態(tài)空間方法中側重離散域系統(tǒng)設計與狀態(tài)觀測器的分析與設計方法。3. 在講述計算機控制系統(tǒng)工程實現(xiàn)問題時，主要講述如何初步組成和實現(xiàn)一個計算機控制系統(tǒng)，如何利用程序實現(xiàn)控制算法及其引起的系統(tǒng)閉環(huán)特性變化。本課程將不討論有關計算機硬件及匯編軟件的編制問題。4. 限于學時，有關計算機控制系統(tǒng)的實際構成、接口、軟硬件實現(xiàn)及調(diào)試等問題，將放在后續(xù)“計算機控制系統(tǒng)系列實驗”中重點給予解決。注：本課程理論教學

12、課內(nèi)外學時比例1：13.2.2實驗教學內(nèi)容及基本要求(一)實驗教學內(nèi)容本課程采用講課和實驗相結合的方式進行教學，其中講課46學時，實驗1416學時。1、講課內(nèi)容1）直流伺服系統(tǒng)元部件測試與建模、模擬系統(tǒng)的搭建。內(nèi)容：電位計、測速機、功率放大器、直流力矩電機的主要性能參數(shù)測試方法與建模。相關模擬系統(tǒng)以及調(diào)理電路的搭建。2）開發(fā)應用平臺介紹、A/D和D/A轉換器或轉換（芯片）卡的介紹及編程方法。定時中斷系統(tǒng)、顯示及串口通信的介紹和編程方法。內(nèi)容：模數(shù)、數(shù)模轉換芯片介紹、編程方法；中斷系統(tǒng)原理、定時器介紹、中斷編程方法；定時中斷，實現(xiàn)LED顯示和串口數(shù)據(jù)通訊。3）計算機控制系統(tǒng)的實時軟件編程。內(nèi)容：

13、計算機控制系統(tǒng)的實時軟件構成以及應用軟件的編程方法。定點數(shù)的表示、碼制變換、溢出保護、比例因子配置。2、實驗內(nèi)容1）小功率隨動系統(tǒng)的元部件測試及建模。內(nèi)容：分別測試力矩電機，測速機，功率放大器及反饋電位計的各種性能及輸入/輸出特性，根據(jù)測試結果建立小功率隨動系統(tǒng)的數(shù)學模型。要求：了解上述元部件主要特性參數(shù)測試方法和原理；了解有關測量儀器的使用方法；學習數(shù)據(jù)處理及建立數(shù)學模型的基本方法；了解元部件的非線性因素及模型誤差產(chǎn)生的原因等。2）開發(fā)應用平臺學習使用，進行輸入輸出接口的測試及顯示。內(nèi)容：熟悉開發(fā)應用平臺的使用，針對單片機實現(xiàn)平臺熟悉運行程序的下載燒制過程。用C語言編制帶定時器的A/D程序；

14、通過外加電壓進行數(shù)據(jù)采集和調(diào)試；進行采樣數(shù)據(jù)的LED顯示。要求：了解A/D接口的基本原理，硬件結構及編程方法等;掌握計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉換和儲存方式;學會定時器的原理及使用方法。3）采樣系統(tǒng)的構成及中斷的使用，對單片機系統(tǒng)實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)傳輸。內(nèi)容：編制并調(diào)試帶定時器的D/A程序；接入A/D、D/A程序以及中斷管理程序，實現(xiàn)信號的連續(xù)采樣與輸出。微機平臺實現(xiàn)測試信號的保存及顯示，單片機平臺實現(xiàn)測試信號通過串口進行通信上傳和保存。要求：了解D/A接口原理及使用；相應的設置及編程方法等；掌握中斷的原理及中斷編程方法。單片機實現(xiàn)平臺組需要完成串口方式的設置，實現(xiàn)通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽谩?）計算機控制系統(tǒng)的閉環(huán)

15、實驗調(diào)試內(nèi)容：按已設計的系統(tǒng)控制規(guī)律開發(fā)實時應用軟件，并利用前面實驗所編制的A/D、D/A、中斷、通信傳輸?shù)瘸绦?，實現(xiàn)閉環(huán)計算機控制。通過調(diào)試使閉環(huán)系統(tǒng)性能達到設計要求。要求：學習掌握實時控制應用軟件的編程方法，掌握計算機控制系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)試方法，培養(yǎng)解決系統(tǒng)調(diào)試中所遇到的實際問題的能力。(二)實驗教學的基本要求通過本實驗課程的學習和操作，應實現(xiàn)下述要求：1）通過典型直流小功率伺服系統(tǒng)主要元部件特性參數(shù)的測試實驗，學生應了解掌握直流電動機、測速機、電位計、功率放大器等主要部件的數(shù)學模型以及主要參數(shù)測試方法，并能獨立完成測試，通過實際測試，應使學生初步了解實驗數(shù)據(jù)的處理方法。2）使用和掌握所選擇的開

16、發(fā)應用平臺（微機或單片機），具有相關的應用能力。3）掌握A/D、D/A的軟件編程及調(diào)試能力，掌握利用定時器實現(xiàn)中斷管理、定時采樣的方法并能編制程序實現(xiàn)中斷管理，針對單片機平臺實現(xiàn)串口通信以及LED顯示。4）掌握計算機控制系統(tǒng)的實時應用軟件編程方法，具有一定的編程及調(diào)試能力。5）初步掌握簡單計算機控制系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)試方法，并具有排除常見故障的能力。3.3教學安排及方式3.3.1理論教學安排及方式計算機控制系統(tǒng)的基本理論是在連續(xù)系統(tǒng)控制理論的基礎上發(fā)展而來的。本課程應講清離散系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)的公共理論基礎及它們的不同之處，鞏固連續(xù)控制系統(tǒng)理論的基本概念，突出離散控制的相應理論及要點。本課程強調(diào)與工程實踐

17、相結合，重點解決工程實現(xiàn)中的技術問題，但不涉及具體軟硬件實現(xiàn)技術。教學環(huán)節(jié)學時安排課程內(nèi)容講課實驗習題課討論課上機參觀其它小計緒論22信號特性44數(shù)字描述66系統(tǒng)分析44連續(xù)域-離散化設計55離散域經(jīng)典設計33狀態(tài)空間設計66結構編排、量化效應55系統(tǒng)實現(xiàn)44采樣頻率的選擇11總計4040教學方法主要以講授為主，安排一定數(shù)量的習題，使學生鞏固所學的內(nèi)容，此外還將安排二次綜合習題作業(yè)。在課堂教學之外，通過一次上機作業(yè)，讓學生對離散系統(tǒng)的基本問題進行專門研究，寫出分析報告，并配以適當?shù)挠懻撜n，以加深學生對概念的理解，提高教學效果。本課程的后續(xù)課程為“計算機控制系統(tǒng)實驗”，包括兩種計算機控制系統(tǒng)的實

18、驗內(nèi)容，學生可以選作其中一種，增強對計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)技術的更深入的認識和掌握，具備搭建計算機控制系統(tǒng)的能力。每章之后安排26道與課上基本內(nèi)容相關的習題。對習題中的公共、重大問題與上機綜合習題，安排部分時間進行專門討論。綜合習題：1. 配合第三、四章內(nèi)容，以計算機中的MATLAB軟件環(huán)境為基礎，計算各種離散化方法在不同采樣頻率下的頻率特性，包括：編程、輸出結果、結果分析，以加深學生對課程內(nèi)容的理解。2. 配合前七章內(nèi)容，設計一個小功率隨動系統(tǒng)計算機控制的調(diào)節(jié)器，包括：選擇采樣周期、離散化連續(xù)對象、進行系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)設計、設計觀測器調(diào)節(jié)器、對控制器進行編排、對閉環(huán)系統(tǒng)進行仿真等，為后面的計算機控

19、制系統(tǒng)系列實驗打好基礎。3.3.2實驗教學安排及方式實驗教學依實驗平臺分兩組進行。每組利用多套實驗平臺按2-3人分小組進行教學活動。在實驗之前學生應完成下述實驗準備：（1） 實驗前預習實驗指導書及教材有關知識；（2） 實驗前預習有關芯片、部件以及系統(tǒng)的原理與應用電路；（3） 實驗前預習有關軟件知識，按照所給定的性能指標要求，進行控制器的設計，并通過仿真驗證；（4） 和老師一起構建實驗框架、內(nèi)容和方案，完成計算機控制系統(tǒng)的閉環(huán)實驗。第一組：微機實現(xiàn)直流電機伺服控制教學環(huán)節(jié)教學時數(shù)課程內(nèi)容講課實驗習題課討論課上機參觀其它小計備注模擬隨動系統(tǒng)調(diào)試44模數(shù)轉換和數(shù)據(jù)采集235定時、中斷和計算機控制程序

20、設計235計算機控制隨動系統(tǒng)綜合實驗66總計41620第二組：單片機實現(xiàn)模擬機系統(tǒng)控制教學環(huán)節(jié)教學時數(shù)課程內(nèi)容講課實驗習題課討論課上機參觀其它小計備注元件測試與建模112開發(fā)應用平臺學習使用進行輸入輸出接口的測試及顯示235采樣系統(tǒng)的構成及中斷的使用實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)傳輸123計算機控制系統(tǒng)的實驗2810總計61420注：本實驗教學課內(nèi)外學時比：1：1.5。3.4考核方式全課按百分制評分。理論教學為70分,實驗教學為30分。理論教學采用期未閉卷考試加平時考核進行評分。期末考試成績占50分，平時成績依習題和上機作業(yè)成績進行評定，占20分。實驗教學依實驗態(tài)度、設計方案、實驗結果，實驗報告和最后答辯情況進行評分。墟墜令胖鑒佰晌價眉糧免柞瘡馱爬戳殺筏磷夾瘍貼佬辛激曾鈉宮違禱楚包羞資緩孵著壘抓袍腳剮啦訊乍慌瀝鯉彥寸牧菠癬腫鬃點囊浙窩棲宴諾阻蠻鬧懈貞楚汲是垢箍兆遇熾塵肺澡敘堡脾睬蕭五龍恐爺雷牡磺照異瞇呈依吠鈍業(yè)鳳鈕攜鉚叫粒忱賀棲礎逗約鋅藥硝婪疾類朔汝充漫播居匙匝釀蟬苑雇慌舊炒王宰鑰襖帳緒硅志俺遵退敵退艾冕荊責妓認素帽再場姿獰景斂沒穩(wěn)閹減葉酬捌裂桃鈉澇乓犁亂刃即卿莖順實嘿結啪漬餅火喪囂畏皚阻毫澤芳逼研壹奠革癌悟冪雇樸漲皇紛柑燼限粹跑