《计算机控制系统》教学大纲 课程名称（汉）：《计算机控制系统》 课程名称（英）：Computer Control System 课程代码：262104071 课程类型：专业教育平台专业必修课程模块 适用对象：自动化专业本科大三 学时/学分：64学时（理论学时48，实验学时16）/3.5学分 先修课程：《自动控制原理》，《检测技术及控制仪表》、《微机原理与应用》等。 方案版本：2021版 一、课程简介 本课程是自动化专业的一门理论性与实践性很强的专业课，也是本专业的主 干课程之一。通过本课程的学习，使学生掌握各类计算机控制系统硬件的基本原 理、构成以及控制算法设计和软件的编程方法，为学生毕业后从事计算机控制系 统相关工作打下理论及实践基础。本课程既培养学生分析问题、解决问题的能力， 又使得学生能够具备一定的实践能力，能够根据不同的被控对象，提出合理、可 行的硬件设计方案，进行控制算法设计与软件编写。 二、课程的教学目标 课程目标1：掌握计算机控制系统硬件设计原则与方法，掌握数字PID控制器设 计方法，掌握计算机控制系统常用应用软件的设计方法：能够针对实际被控对象 设计计算机控制系统。 课程目标2：针对实际被控对象，在进行计算机控制系统方案设计时，能够综合 考虑方案的经济性、安全性、可靠性和方案的创新性。 三、课程目标对自动化专业毕业要求的支撑关系 支撑 毕业要求 毕业要求指标点 课程目标 权重 1)研究能力：能够将理论与 实践相结合，对自动化专业领 域的工程问题进行分析和研 课程目标1、2 0.09 究，并通过系统综合得到合理 的结论。 2)使用现代工具：能够针对 课程目标1、2 0.02 自动化专业领域的工程问题
《计算机控制系统》教学大纲 课程名称（汉）：《计算机控制系统》 课程名称（英）：Computer Control System 课程代码：262104071 课程类型：专业教育平台专业必修课程模块 适用对象：自动化专业本科大三 学时/学分：64 学时（理论学时 48，实验学时 16）/3.5 学分 先修课程：《自动控制原理》，《检测技术及控制仪表》、《微机原理与应用》等。 方案版本：2021 版 一、课程简介 本课程是自动化专业的一门理论性与实践性很强的专业课，也是本专业的主 干课程之一。通过本课程的学习，使学生掌握各类计算机控制系统硬件的基本原 理、构成以及控制算法设计和软件的编程方法，为学生毕业后从事计算机控制系 统相关工作打下理论及实践基础。本课程既培养学生分析问题、解决问题的能力， 又使得学生能够具备一定的实践能力，能够根据不同的被控对象，提出合理、可 行的硬件设计方案，进行控制算法设计与软件编写。 二、课程的教学目标 课程目标 1：掌握计算机控制系统硬件设计原则与方法，掌握数字 PID 控制器设 计方法，掌握计算机控制系统常用应用软件的设计方法；能够针对实际被控对象 设计计算机控制系统。 课程目标 2：针对实际被控对象，在进行计算机控制系统方案设计时，能够综合 考虑方案的经济性、安全性、可靠性和方案的创新性。 三、课程目标对自动化专业毕业要求的支撑关系 毕业要求 毕业要求指标点 课程目标 支撑 权重 1）研究能力：能够将理论与 实践相结合，对自动化专业领 域的工程问题进行分析和研 究，并通过系统综合得到合理 的结论。 课程目标 1、2 0.09 2）使用现代工具：能够针对 自动化专业领域的工程问题， 课程目标 1、2 0.02
毕业要求 毕业要求指标点 课程目标 支撑 权重 选择与使用恰当的技术、资 源、现代工程工具和信息技术 工具。 四、教学内容及其基本要求 序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等》 对应课程 目标 要求： 1掌握微型计算机控制系统的概念。 2掌握微型计算机控制系统的组成。 3掌握微型计算机控制系统的典型形式。 4掌握微型计算机控制系统的典型受控对象及其控 第一章微型计算机 制系统。 课程目标 1 控制系统概述 5了解本课程的性质、研究对象与基本任务。 1、2 6了解实用计算机控制设备。 7了解计算机控制系统的发展概况及趋势。 重点：微型计算机控制系统的概念、组成、典型形 式、典型受控对象及其控制系统。 难点：微型计算机控制系统的组成和典型形式。 要求： 1了解工控机的主要特点及结构。 第二章PC总线工 2了解P℃总线标准规范。 课程目标 控机和专用控制器 3了解PC总线工控机主要类型、主板及扩展板卡。 4了解一些运动控制器和过程控制器。 1、2 介绍 重点：工控机的主要特点与结构、PC总线标准规范。 难点：PC总线标准规范。 要求： 1掌握数据信息的输入输出控制方式。 2掌握输入输出接口设计。 第三章输入输出接 3掌握模拟量输入输出通道设计。 课程目标 4掌握数字量输入输出通道设计。 口及输入输出通道 5掌握脉冲量输入输出接口设计。 1、2 重点：数据信息的输入输出控制方式、输入输出接 口设计、输入输出通道设计。 难点：模拟量输入输出通道设计。 要求： 1掌握采样周期的确定方法。 2掌握连续系统离散化方法。 3掌握数字PID控制器的设计。 第四章数字控制器 4掌握积分作用的改进。 课程目标 4 的模拟化设计技术 5掌握微分作用的改进。 1、2 6掌握数字PID控制器的参数整定。 7了解复合PID控制方法。 重点：数字PD控制器的设计、积分作用的改进、 微分作用的改进以及数字PID控制器的参数整定
毕业要求 毕业要求指标点 课程目标 支撑 权重 选择与使用恰当的技术、资 源、现代工程工具和信息技术 工具。 四、教学内容及其基本要求 序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等） 对应课程 目标 1 第一章 微型计算机 控制系统概述 要求： 1 掌握微型计算机控制系统的概念。 2 掌握微型计算机控制系统的组成。 3 掌握微型计算机控制系统的典型形式。 4 掌握微型计算机控制系统的典型受控对象及其控 制系统。 5 了解本课程的性质、研究对象与基本任务。 6 了解实用计算机控制设备。 7 了解计算机控制系统的发展概况及趋势。 重点：微型计算机控制系统的概念、组成、典型形 式、典型受控对象及其控制系统。 难点：微型计算机控制系统的组成和典型形式。 课程目标 1、2 2 第二章 PC 总线工 控机和专用控制器 介绍 要求： 1 了解工控机的主要特点及结构。 2 了解 PC 总线标准规范。 3 了解 PC 总线工控机主要类型、主板及扩展板卡。 4 了解一些运动控制器和过程控制器。 重点：工控机的主要特点与结构、PC 总线标准规范。 难点：PC 总线标准规范。 课程目标 1、2 3 第三章 输入输出接 口及输入输出通道 要求： 1 掌握数据信息的输入输出控制方式。 2 掌握输入输出接口设计。 3 掌握模拟量输入输出通道设计。 4 掌握数字量输入输出通道设计。 5 掌握脉冲量输入输出接口设计。 重点：数据信息的输入输出控制方式、输入输出接 口设计、输入输出通道设计。 难点：模拟量输入输出通道设计。 课程目标 1、2 4 第四章 数字控制器 的模拟化设计技术 要求： 1 掌握采样周期的确定方法。 2 掌握连续系统离散化方法。 3 掌握数字 PID 控制器的设计。 4 掌握积分作用的改进。 5 掌握微分作用的改进。 6 掌握数字 PID 控制器的参数整定。 7 了解复合 PID 控制方法。 重点：数字 PID 控制器的设计、积分作用的改进、 微分作用的改进以及数字 PID 控制器的参数整定。 课程目标 1、2
对应课程 序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等 目标 难点：数字PID控制器的参数整定。 要求： 1掌握数字控制器设计性能要求。 2掌握最少拍快速有波纹控制系统的设计方法。 第五章数字控制器 3掌握最少拍无波纹控制系统的设计方法。 4掌握达林控制算法。 课程目标 的直接设计技术 5了解最少拍系统的局限性。 1、2 重点：最少拍快速有波纹控制系统的设计方法、最 少拍无波纹控制系统的设计方法和达林控制算法。 难点：最少拍无波纹控制系统的设计方法。 要求： 1掌握模型参考自适应算法原理。 2掌握自校正算法原理。 3了解PID自整定控制算法。 第六章现代控制技 课程目标 6 4掌握模糊控制算法原理。 术 5了解模糊自适应整定PID控制算法。 1、2 重点：自适应控制算法和模糊控制算法的原理。参 数自整定PID控制算法。 难点：基于自适应控制技术和模糊控制技术的参数 自整定PID控制算法。 要求： 1掌握报警程序。 2掌握数字滤波程序。 第七章微型计算机 3掌握线性化处理程序。 4掌握标度变换程序。 课程目标 控制系统应用软件 5掌握PID算法程序。 1、2 重点：报警程序、数字滤波程序、线性化处理程序、 标度变换程序和PID算法程序。 难点：数字滤波程序、PID算法程序。 要求： 1了解实时工业控制软件包iFIX。 第八章组态软件应 2了解MCGS组态软件。 课程目标 用技术 3了解WinCC组态软件 1、2 重点：基于项目案例的组态软件应用。 难点：监控软件的具体设计方法。 要求： 第九章微型计算机 1掌握微型计算机控制系统设计的原则。 课程目标 控制系统设计及应 2掌握微型计算机控制系统设计的步骤。 重点：微型计算机温度控制系统设计的过程与方法 1、2 用实例 难点：温度控制系统中模拟量输入输出通道的具体 设计，相关应用软件的设计。 要求： 1掌握噪声的种类与抗干扰三要素。 第十章微型计算机 2掌握微型计算机控制系统硬件可靠性设计的方 法。 课程目标 10 控制系统的可靠性 3掌握微型计算机控制系统软件可靠性设计的方 1、2 设计 法。 重点：微型计算机控制系统硬件电路和系统软件的 可靠性设计方法
序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等） 对应课程 目标 难点：数字 PID 控制器的参数整定。 5 第五章 数字控制器 的直接设计技术 要求： 1 掌握数字控制器设计性能要求。 2 掌握最少拍快速有波纹控制系统的设计方法。 3 掌握最少拍无波纹控制系统的设计方法。 4 掌握达林控制算法。 5 了解最少拍系统的局限性。 重点：最少拍快速有波纹控制系统的设计方法、最 少拍无波纹控制系统的设计方法和达林控制算法。 难点：最少拍无波纹控制系统的设计方法。 课程目标 1、2 6 第六章 现代控制技 术 要求： 1 掌握模型参考自适应算法原理。 2 掌握自校正算法原理。 3 了解 PID 自整定控制算法。 4 掌握模糊控制算法原理。 5 了解模糊自适应整定 PID 控制算法。 重点：自适应控制算法和模糊控制算法的原理。参 数自整定 PID 控制算法。 难点：基于自适应控制技术和模糊控制技术的参数 自整定 PID 控制算法。 课程目标 1、2 7 第七章 微型计算机 控制系统应用软件 要求： 1 掌握报警程序。 2 掌握数字滤波程序。 3 掌握线性化处理程序。 4 掌握标度变换程序。 5 掌握 PID 算法程序。 重点：报警程序、数字滤波程序、线性化处理程序、 标度变换程序和 PID 算法程序。 难点：数字滤波程序、PID 算法程序。 课程目标 1、2 8 第八章 组态软件应 用技术 要求： 1 了解实时工业控制软件包 iFIX。 2 了解 MCGS 组态软件。 3 了解 WinCC 组态软件 重点：基于项目案例的组态软件应用。 难点：监控软件的具体设计方法。 课程目标 1、2 9 第九章 微型计算机 控制系统设计及应 用实例 要求： 1 掌握微型计算机控制系统设计的原则。 2 掌握微型计算机控制系统设计的步骤。 重点：微型计算机温度控制系统设计的过程与方法 难点：温度控制系统中模拟量输入输出通道的具体 设计，相关应用软件的设计。 课程目标 1、2 10 第十章 微型计算机 控制系统的可靠性 设计 要求： 1 掌握噪声的种类与抗干扰三要素。 2 掌握微型计算机控制系统硬件可靠性设计的方 法。 3 掌握微型计算机控制系统软件可靠性设计的方 法。 重点：微型计算机控制系统硬件电路和系统软件的 可靠性设计方法。 课程目标 1、2
对应课程 序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等 目标 难点：微型计算机控制系统硬件电路的抗噪声干扰 设计。 要求： 1了解集散控制系统的基本原理。 第十一章网络集成 2了解现场总线控制系统的基本原理。 课程目标 11 重点：集散控制系统的结构和现场总线控制系统的 计算机控制系统 结构。 1、2 难点：集散控制系统的网络结构、通信协议，现场 总线控制系统的现场总线标准。 要求： 1了解计算机智能制造技术的背景、发展和技术体 第十二章计算机智 系。 课程目标 12 能制造技术 2了解计算机智能制造的内容。 1、2 重点：智能制造中的计算机控制技术。 难点：齿轮箱组装生产线的智能制造系统。 五、各教学环节及学时分配 教学环节及学时 知识 教学内容 讲 习 讨 实验 棋块 课 课 课 (实践) 计 基础 第一章微型计算机控制系统概述 2 2 知识 第二章PC总线工控机和专用控制器介绍 4 4 第三章输入输出接口及输入输出通道 4 6 10 第四章数字控制器的模拟化设计技术 6 4 10 专业 第五章数字控制器的直接设计技术 6 2 8 知识 第六章现代控制技术 4 4 第七章微型计算机控制系统应用软件 4 2 6 第八章组态软件应用技术 4 2 6 综合 第九章微型计算机控制系统设计及应用实例 4 4 运用 第十章微型计算机控制系统的可靠性设计 2 2 拓展 第十一章网络集成计算机控制系统 4 4 应用 第十二章计算机智能制造技术 2 2 总复习 2 2
序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等） 对应课程 目标 难点：微型计算机控制系统硬件电路的抗噪声干扰 设计。 11 第十一章 网络集成 计算机控制系统 要求： 1 了解集散控制系统的基本原理。 2 了解现场总线控制系统的基本原理。 重点：集散控制系统的结构和现场总线控制系统的 结构。 难点：集散控制系统的网络结构、通信协议，现场 总线控制系统的现场总线标准。 课程目标 1、2 12 第十二章 计算机智 能制造技术 要求： 1 了解计算机智能制造技术的背景、发展和技术体 系。 2 了解计算机智能制造的内容。 重点：智能制造中的计算机控制技术。 难点：齿轮箱组装生产线的智能制造系统。 课程目标 1、2 五、各教学环节及学时分配 知识 模块 教学内容 教学环节及学时 讲 授 课 习 题 课 讨 论 课 实 验 （ 实 践 ） 合 计 基础 知识 第一章 微型计算机控制系统概述 2 2 第二章 PC 总线工控机和专用控制器介绍 4 4 专业 知识 第三章 输入输出接口及输入输出通道 4 6 10 第四章 数字控制器的模拟化设计技术 6 4 10 第五章 数字控制器的直接设计技术 6 2 8 第六章 现代控制技术 4 4 第七章 微型计算机控制系统应用软件 4 2 6 第八章 组态软件应用技术 4 2 6 综合 运用 第九章 微型计算机控制系统设计及应用实例 4 4 第十章 微型计算机控制系统的可靠性设计 2 2 拓展 应用 第十一章 网络集成计算机控制系统 4 4 第十二章 计算机智能制造技术 2 2 总复习 2 2
教学环节及学时 知识 教学内容 讲 习 讨 棋块 实验（实践） 课 课 课 计 64 六、成绩考核及其基本要求 考核 建议 对应课程 考核/评价细则 环节 分值 目标 考试采用闭卷方式，试卷题型包括填空题、选择题、简答题、 期末考 课程目标 70 计算题和综合应用题5大类，以卷面成绩的70%计入课程总成 试 1、2 绩。期末考试试卷总分100分。 题目设计合理，能正常运行，教师当场验收：写出实验报告， 实验课 按时提交。实验成绩占课程总成绩的15%，实验内容占实验成 课程目标 15 成绩 绩的60%，实验报告占实验成绩的40%。实验报告主要包括实 1、2 验目的，要求和内容，数据的分析以及思考题的回答。 不定期点名，无故缺勤1次扣1分 课程目标 出勤 5 1、2 课后完成6次作业，主要考核学生对每节课知识点的复习、 理解和掌握度，计算全部作业的平均成绩再按10%计入总成 课程目标 作业 10 绩：可让学生查阅资料，了解本课程相关技术发展情况，并 1、2 根据自身发展需要，自主学习。 七、主要教学参考资源 （一)推荐教材 高国琴.微型计算机控制技术[M.北京：机械工业出版社，2020 (二)推荐参考书 [1]刘建昌、关守平、谭树彬主编。《计算机控制系统》（第三版）[].北 京：科学出版社.2021.9 [2]高金源，夏洁.计算机控制系统[M].北京：清华大学出版社，2007 [3]吴坚.计算机控制系统[M],武汉理工大学出版社 (三)推荐网站（包括课程网站、专业网站等) 1.Blackboard教学平台 2.中国大学M00C一一东北大学《计算机控制系统》：
知识 模块 教学内容 教学环节及学时 讲 授 课 习 题 课 讨 论 课 实 验 （ 实 践 ） 合 计 64 六、成绩考核及其基本要求 考核 环节 建议 分值 考核/评价细则 对应课程 目标 期末考 试 70 考试采用闭卷方式，试卷题型包括填空题、选择题、简答题、 计算题和综合应用题 5 大类，以卷面成绩的 70%计入课程总成 绩。期末考试试卷总分 100 分。 课 程 目 标 1、2 实验课 成绩 15 题目设计合理，能正常运行，教师当场验收；写出实验报告， 按时提交。实验成绩占课程总成绩的 15%，实验内容占实验成 绩的 60%，实验报告占实验成绩的 40%。实验报告主要包括实 验目的，要求和内容，数据的分析以及思考题的回答。 课 程 目 标 1、2 出勤 5 不定期点名，无故缺勤 1 次扣 1 分 课 程 目 标 1、2 作业 10 课后完成 6 次作业，主要考核学生对每节课知识点的复习、 理解和掌握度，计算全部作业的平均成绩再按 10%计入总成 绩；可让学生查阅资料，了解本课程相关技术发展情况，并 根据自身发展需要，自主学习。 课 程 目 标 1、2 七、主要教学参考资源 （一）推荐教材 高国琴.微型计算机控制技术[M].北京:机械工业出版社,2020 （二）推荐参考书 [1] 刘建昌、关守平、谭树彬主编.《计算机控制系统》（第三版）[M].北 京：科学出版社. 2021.9 [2] 高金源, 夏洁. 计算机控制系统[M]. 北京：清华大学出版社，2007 [3] 吴坚. 计算机控制系统[M]，武汉理工大学出版社 （三）推荐网站（包括课程网站、专业网站等） 1. Blackboard 教学平台 2. 中国大学 MOOC——东北大学《计算机控制系统》：
https://www.icourse163.org/course/NEU-1001765003/ 编写者：王士星 审核者：徐红梅 批准者：邓建球 编写时间：2021年6月
https://www.icourse163.org/course/NEU-1001765003/ 编写者：王士星 审核者：徐红梅 批准者：邓建球 编写时间：2021 年 6 月
