《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》: