《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》課程教學(xué)大綱課程編碼：AL040670課程性質(zhì)：專業(yè)限選課程適用專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)時(shí)學(xué)分：40學(xué)時(shí)2.5學(xué)分所需先修課：電路原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)原理及應(yīng)用一、課程說明1．課程簡介計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)限選課程。本課程的教學(xué)內(nèi)容有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀、最新發(fā)展以及發(fā)展趨勢(shì)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件原理組成，常規(guī)和復(fù)雜控制技術(shù)及其程序?qū)崿F(xiàn)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本開發(fā)技術(shù)。該課程的先修課是電子技術(shù)、單片機(jī)原理及應(yīng)用等，這些課程的學(xué)習(xí)，為本課程奠定數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。本課程是一門應(yīng)用面較廣，綜合性較強(qiáng)的專業(yè)課，通過學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本開發(fā)技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生初步工程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。2．教學(xué)目標(biāo)要求本課程以構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟、硬件，以及實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的控制策略為核心，主要討論計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)及總線規(guī)范、工業(yè)過程通道與遠(yuǎn)程I/O模塊、控制算法與控制規(guī)律、工控機(jī)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)以及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法等。通過本課程的學(xué)習(xí)，達(dá)到以下基本要求：1）了解微機(jī)控制技術(shù)在工程中的應(yīng)用；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。2）熟悉微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念、組成和典型應(yīng)用方式；輸入輸出接口技術(shù)；過程通道和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)；分散型測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。3）掌握基本輸人輸出接口技術(shù)；基本輸人輸出過程通道的軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；數(shù)字PID控制算法,應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；一般的常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)；控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和應(yīng)用；集散控制系統(tǒng)及其控制器；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等。3．教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)1）過程計(jì)算機(jī)的輸入輸出接口技術(shù)及其設(shè)計(jì)。2）控制策略以及計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)計(jì)算與設(shè)計(jì)。4．學(xué)時(shí)分配表次序教學(xué)內(nèi)容理論課學(xué)時(shí)數(shù)實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)數(shù)第一部分緒論2第二部分接口技術(shù)，總線規(guī)范及工業(yè)過程通道8第三部分控制算法與控制技術(shù)144第四部分應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)4第五部分分布式測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)4第六部分工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法4小計(jì)364總計(jì)405．主要教法、學(xué)法本課程教學(xué)以多媒體教學(xué)和動(dòng)畫演示方式，以課堂講授為主、自學(xué)和討論為輔的方式開展教學(xué)，著重對(duì)學(xué)生的分析問題能力、理論綜合能力以及實(shí)驗(yàn)研究能力等方面的培養(yǎng)，提高學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力。6．考核方式及標(biāo)準(zhǔn)1）考核目的：考核學(xué)生對(duì)基本輸人輸出過程通道的軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的掌握程度；數(shù)字PID控制算法，一般的常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)的理解和設(shè)計(jì)能力。2）考核形式：開卷筆試。3）主要考核內(nèi)容：微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念、組成和典型應(yīng)用方式；輸入輸出接口技術(shù)；過程通道和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)；應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；分散型測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。4）考核題型：填空，選擇，分析，計(jì)算。5）成績?cè)u(píng)定：考試成績占總成績的70%，其他（包括考勤、作業(yè)、討論等）成績占總成績的30%。二、各部分教學(xué)綱要第一部分緒論（2學(xué)時(shí)）教學(xué)目標(biāo)1）了解工控機(jī)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)、基本要求和分類，工控機(jī)系統(tǒng)的工作過程。2）實(shí)時(shí)性和可靠性對(duì)工控機(jī)系統(tǒng)的主要作用。本部分重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)。本部分難點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。教學(xué)內(nèi)容1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述。2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式。第二部分接口技術(shù)及總線規(guī)范及工業(yè)過程通道（8學(xué)時(shí)）教學(xué)目標(biāo)了解PC/IPC的內(nèi)部總線和外部總線，掌握RS-23/422/485接口電氣規(guī)范，ISA總線、PCI總線的主要性能指標(biāo)；掌握工業(yè)過程數(shù)字量通道用到的最基本的最典型的單元電路。掌握模擬量輸入過程通道和輸出過程通道的組成、常用器件，掌握（典型）A/D、D/A卡的程序控制訪問的基本步驟。本部分重點(diǎn)理解計(jì)算機(jī)總線技術(shù)規(guī)范，掌握工業(yè)過程數(shù)字量通道、模擬量輸入過程通道和輸出過程通道的組成、常用器件。本部分難點(diǎn)數(shù)字量輸入輸出通道、模擬量輸入通道和輸出通道的原理和組成。教學(xué)內(nèi)容1.內(nèi)部總線及外部總線2.數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道3.模擬量輸入接口與過程通道4.硬件抗干擾技術(shù)第三部分控制算法與控制技術(shù)（14學(xué)時(shí)）教學(xué)目標(biāo)理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，掌握數(shù)字控制器的PID設(shè)計(jì)方法，PID算法數(shù)字控制器的改進(jìn)，PID算法數(shù)字控制器的參數(shù)整定。掌握數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)方法：包括最少拍控制，串級(jí)控制，前饋控制，解耦控制，控制算法的實(shí)現(xiàn)。本部分重點(diǎn)理解數(shù)字控制器的實(shí)現(xiàn)方法和離散控制系統(tǒng)的分析；掌握數(shù)字PID控制算法及其改進(jìn)，數(shù)字PID的參數(shù)整定。掌握最少拍系統(tǒng)設(shè)計(jì)及一些改進(jìn)算法，理解大林控制算法。本部分難點(diǎn)數(shù)字PID控制算法及其改進(jìn)，最少拍系統(tǒng)設(shè)計(jì)及改進(jìn)算法，大林控制算法。教學(xué)內(nèi)容1.連續(xù)控制器離散化方法2.數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)，改進(jìn)及參數(shù)整定3.最少拍控制器的設(shè)計(jì)4.純滯后控制技術(shù)5.串級(jí)控制技術(shù)6.前饋-反饋控制技術(shù)第四部分應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)（4學(xué)時(shí)）教學(xué)目標(biāo)了解程序設(shè)計(jì)技術(shù)，VB/VC及監(jiān)控組態(tài)軟件的人機(jī)界面編寫方法。理解測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn)及軟件抗干擾技術(shù)。本部分重點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn)及軟件抗干擾技術(shù)。本部分難點(diǎn)人機(jī)界面的程序編寫及測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理方法。教學(xué)內(nèi)容1.程序設(shè)計(jì)技術(shù)2.測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理3.數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn)第五部分分布式測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（4學(xué)時(shí)）教學(xué)目標(biāo)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)，了解工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及層次結(jié)構(gòu)。理解工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)、分布式控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。本部分重點(diǎn)

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)、分布式控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。本部分難點(diǎn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及層次結(jié)構(gòu)及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。教學(xué)內(nèi)容1.網(wǎng)絡(luò)通信編碼、協(xié)議及層次結(jié)構(gòu)。2.基于串行總線的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)第六部分工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法（4學(xué)時(shí)）教學(xué)目標(biāo)將前面各章內(nèi)容知識(shí)聯(lián)系起來，通過實(shí)例鞏固和加深理解前面章節(jié)所學(xué)知識(shí)。掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和步驟。本部分重點(diǎn)熟悉計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)各部分的設(shè)計(jì)。本部分難點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和步驟。教學(xué)內(nèi)容1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與方法2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)4.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例三、教材及教學(xué)資源