《機電測控系統(tǒng)》課程教學大綱

《機電測控系統(tǒng)》課程教學大綱課程名稱：機電測控系統(tǒng)英文名稱：THEMEASUREMENTANDCONTROLSYSYENOFMECHATRONICS開課學期：第二學期課程代碼：412410課程類別：專業(yè)課程性質：選修課程學時：（28學時+實驗4學時）課程學分：（1.5）面向專業(yè)：機械工程與自動化教學單位名稱：機械電子工程系選用教材：《測控系統(tǒng)原理與設計》孫傳友等編著北航出版社.2007年12月第2版（普通高等教育十一五國家級規(guī)劃教材）主要參考書：1）計算機測試與控制，李行善，北航出版社1990.12）MCS51系列單片機應用系統(tǒng)設計，何立民，北航出版社19903）MCS-51系列單片機實用接口技術，李華，北航出版社19934）計算機控制系統(tǒng)，何克忠等，清華大學出版社19985）自動測試系統(tǒng)集成技術，李行善等，電子工業(yè)出版社2004課程性質、目的與任務本課程以機電測控系統(tǒng)的基本結構為基礎，結合機械工程及機電產品的應用實際，從系統(tǒng)整體的角度介紹測控系統(tǒng)在機電領域的歷史與發(fā)展前景，講述機電測控系統(tǒng)相關的測控通道、主機及接口、測量數據處理、PID控制算法、監(jiān)控程序設計、抗干擾技術、微機化測控系統(tǒng)設計及實例、測控系統(tǒng)新技術。其主要任務是培養(yǎng)學生：1、樹立正確的設計思想，理論聯(lián)系實際，具備創(chuàng)新精神；2、全面系統(tǒng)地了解微機測控系統(tǒng)的基本組成情況；3、掌握有關微機測控的基本概念、基本理論、基本方法及其在控制中的應用。本課程是機械工程及自動化專業(yè)的一門專業(yè)課。通過課程學習，使學生了解和掌握機電測控系統(tǒng)的整機原理和總體設計思想、測控算法及抗干擾技術，熟悉機電測控系統(tǒng)的設計方法，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識進行機電測控系統(tǒng)設計開發(fā)的能力。教學基本要求本課程的學習要求學生學過微型計算機應用基礎及接口技術，了解機電測控系統(tǒng)的組成和結構，數碼的分類，基本匯編編程語言。能夠運用嵌入式單片機和相關接口技術設計簡單的機電測控系統(tǒng)。并通過課程的實驗環(huán)節(jié)的實際測控系統(tǒng)的設計和訓練，使學生具備一定的機電測控系統(tǒng)的設計和開發(fā)能力。各章節(jié)內容及學時分配緒論（2學時）教學目的通過本部分的學習，要求學生了解機電測控技術在國民經濟中的地位和作用，機電測控技術的發(fā)展，本課程研究內容。重點掌握機電測控系統(tǒng)的組成情況。教學內容測控系統(tǒng)的地位與作用測控系統(tǒng)微機化的重要意義微機化測控系統(tǒng)的類型和組成本課程的內容與性質考核要求了解：對測控系統(tǒng)有初步印象理解掌握：微機化測控系統(tǒng)的分類及硬件及軟件組成測控通道（輸入/輸出通道）（4學時）教學目的與要求本章課程在對模擬量及開關量的輸入與輸出通道原理進行簡單講解，并初步講授微機的接口技術中單元電路的級聯(lián)問題，如電氣特性的相互匹配、信號耦合方式和時序配合等。使學生初步掌握微機測試與控制的基本電路的設計知識和技能。教學內容模擬輸入通道模擬輸出通道開關量輸入/輸出通道單元電路的級聯(lián)設計考核要求了解：測控通道的基本理論。掌握：模擬輸入通道、模擬輸出通道組成和設計；開關量輸入／輸出通道組成和設計。主機及其接口（4學時）教學目的與要求在對單片機主機接口進行充分認識的基礎上，使學生掌握以ADDA為主的測控系統(tǒng)接口及鍵盤、顯示器等人機接口的硬件構成及程序設計方法。并簡單的了解一下常見的串行接口和主線等通信接口。教學內容主機電路測控接口及程序設計人機界面接口及程序設計通信接口考核要求了解：主機電路特點、通信接口掌握：測控接口與人機接口硬件構成與軟件程序設計方法測量數據處理（6學時）教學目的與要求本章主要介紹微機測試系統(tǒng)中，微機對原始測量數據進行處理的常規(guī)內容及相應的算法。通過本章的介紹使學生掌握測試系統(tǒng)的信號數據處理情況，能準確地消除或減少誤差，正確地估計測量精度。教學內容零位和靈敏度的誤差校正標度變換非線性校正算法數字濾波考核要求了解：數字量和模擬量的區(qū)別理解：測試信號、模擬信號調理與數字處理算法掌握：非線性校正算法和校正數字濾波方法。PID控制算法（4學時）教學目的與要求PID控制算法是工業(yè)系統(tǒng)中應用最廣的算法，本章在簡要講解PID控制算法的基本原理與程序流程的基礎上，令學生掌握幾種基本的PID參數確定方法，并掌握數字PID控制方法的工程實現(xiàn)方法。教學內容PID控制原理與程序流程標準PID算法的改進數字PID參數的選擇數字PID控制的工程實現(xiàn)考核要求了解：PID控制算法的基本原理理解：數字PID控制的工程實現(xiàn)掌握：擴充臨界比例度法與擴充響應曲線法等PID參數整定算法監(jiān)控程序設計（2學時）教學目的與要求本章對監(jiān)控程序的功能和組成及各流程進行初步講解，令學生對計算機監(jiān)控系統(tǒng)程序設計特點得到初步的認識，為從事計算機控制方面的工作打下一定的基礎。教學內容監(jiān)控程序的功能和組成監(jiān)控主程序和初始化管理鍵盤管理顯示、中斷與時鐘管理硬件故障的自檢考核要求了解：測控系統(tǒng)監(jiān)控軟件的設計方法抗干擾技術（4學時）教學目的與要求本章講述測控系統(tǒng)中各類干擾的形成及軟硬件的抗干擾方法。通過該課程的學習，使學生掌握抗干擾技術的基本原理、常用方法、以及在工程中的實際應用，為今后從事微機應用系統(tǒng)設計、開發(fā)和維修提供必要的基礎知識。教學內容噪聲干擾的形成硬件抗干擾技術軟件抗干擾技術考核要求了解：噪聲干擾的形成機理掌握：硬件抗干擾及軟件抗干擾的設計方法微機化測控系統(tǒng)設計及實例（2學時）教學目的與要求本章是前述各章內容的綜合運用方法，在講述微機測控系統(tǒng)要點的基礎上，結合兩個實例，講述微機化測控系統(tǒng)的設計方法，令學生對前述各章內容得到融會貫通。教學內容設計要求和研制過程總體設計硬件設計軟件設計設計實例考核要求了解：測控系統(tǒng)的設計方法實驗1.實驗目的與任務本課程是機械制造與自動化專業(yè)本科階段的主要專業(yè)選修課之一，本課程主要講授機電測控系統(tǒng)的組成、外圍接口、前向后向通道、檢測與控制的設計方法、總線技術、抗干擾技術等。使學生對機電測控系統(tǒng)有一個清晰的了解，并從中掌握實際問題的設計方法和設計本領。實驗課是本課程重要教學環(huán)節(jié)，其目的是了解系統(tǒng)控制電路的組成、功能、原理，設計方法，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。2.實驗教學基本要求1）了解和掌握機電測控系統(tǒng)的組成及原理2）掌握機電測控系統(tǒng)的設計方法及步驟。3）了解機電測控系統(tǒng)調試及工作過程。3.實驗教材或指導書機電測控系統(tǒng)實驗指導書（自編）4.實驗項目一覽表序號實驗項目內容提要實驗類型學時分配主要儀器設備實驗地點1機電測試試驗（模擬量）利用實驗板上的ADC0809做A/D轉換器，編制程序，