“计算机控制技术”是测控技术与仪器专业的专业必修课。该课程是连续控制理论的延伸,以培养学生在离散域(z域)进行控制系统的理论分析、系统设计和算法实现为主要目标,具有理论新颖,原理抽象、应用广泛的特点,是一门理论和实践性都很强的自动控制类课程。
通过本课程学习,学生应达到的预期课程目标如下:
1.掌握离散系统的数学分析基础、离散系统的稳定性分析、离散系统控制器的分析设计方法。
2.掌握计算机控制系统的设计原则与步骤、设计中重要部分的选择与处理技术、以及硬件与软件的详细设计过程;进一步养成自主学习的习惯,能利用网络资源、仿真软件等自主学习相关内容,并能够与团队合作共同开展工作。
课程考核由平时考核(30%)、实验考核(20%)和期末考核(50%)三部分组成,加强过程考核。
1.平时考核
平时考核的重点是学生利用本课程网络资源进行自主学习的意识和成效,主要包括预习复习情况(含仿真软件使用)、作业完成情况、章节测试成绩等。
2.课内实验考核
依据学生实验准备、实施效果、实验报告等情况对每个课内实验进行单独考核,并按评分标准打分。所有实验成绩平均后形成实验课程考核成绩,计入课程总成绩。实验考核的具体要求见实验教学大纲。
3.期末考核
期末考核由学生分组自选当下某计算机控制系统设计,共同合作分析该系统中的控制问题,正确应用计算机控制相关理论设计该系统,通过仿真实验或者实物设计验证设计的科学性和有效性,撰写不少于3000字的报告,并进行汇报讨论。考核成绩根据报告中所选工程设计的热度、规模、复杂程度,问题分析和影响评价的合理性,综合评定,其中:案例选择5%,问题分析10%,仿真或应用15%,汇报20%。
第一单元 计算机控制技术概论
支撑目标:课程目标1
教学内容:
1.计算机控制系统的基本概念;
2.计算机控制系统的组成;
3.计算机控制系统的类型和特点;
4.计算机控制系统发展概况及趋势。
学习要求:
1.掌握计算机控制系统的基本概念、组成、类型和特点;
2.了解计算机控制系统发展概况及趋势。
第二单元 计算机控制系统的理论基础
支撑目标:课程目标1
教学内容:
1.连续系统的数学模型表示方法;
2.连续系统的离散化;
3.Z变换与反变换;
4.离散系统的传递函数;
5.控制系统的性能分析。
学习要求:
1.掌握连续系统的数学模型表示方法、连续系统的离散化理论、Z变换与反变换方法、离散系统的传递函数理论;
2.掌握计算机控制系统的稳定性分析、稳态误差分析和响应特性分析。
第三单元 常用数字控制技术
支撑目标:课程目标1
教学内容:
1.PID控制;
2.纯滞后控制;
3.串级控制;
4.前馈控制;
5.解耦控制。
实验1:数字PID控制器设计
实验2:基于Smith预估器的纯滞后控制系统设计
学习要求:
1.掌握数字PID控制算法和数字PID控制器的设计与实现、史密斯(Smith)预估控制和应用;
2.理解达林(Dalin)算法、串级控制、前馈控制和解耦控制的原理和算法。
第四单元 先进控制技术
支撑目标:课程目标1
教学内容:
1.先进控制技术概述;
2.模糊控制技术;
3.神经网络控制技术;
4.预测控制技术。
学习要求:
1.了解先进控制技术概况;
2.理解模糊控制原理、控制器设计与仿真、神经网络基础与控制方法和预测模型、算法与仿真。
第五单元 计算机控制系统的设计
支撑目标:课程目标2
教学内容:
1.计算机控制系统的设计原则与步骤;
2.控制主机;
3.控制软件开发平台;
4.工业控制网络;
5.系统数据预处理技术;
6.系统抗干扰与可靠性技术;
7.硬件与软件的具体设计。
学习要求:
1.掌握计算机控制系统的设计原则与步骤;
2.了解控制主机、控制软件开发平台和工业控制网络;
3.理解系统数据预处理技术和系统抗干扰与可靠性技术;
4.掌握硬件与软件的具体设计。
第六单元 计算机控制系统的设计与应用实例
支撑目标:课程目标2
教学内容:
1.锅炉控制系统;
2.船舶可调螺距螺旋桨控制系统;
3.大型耙吸式挖泥船集成控制系统;
4.船舶综合计算机控制系统。
学习要求:
1. 理解锅炉控制系统的软硬件设计、船舶可调螺距螺旋桨控制系统、大型耙吸式挖泥船集成控制系统和船舶综合计算机控制系统;
2. 了解计算机控制系统的最新发展应用前景。
实验3:船舶运动控制系统设计与仿真
计算机程序设计语言、高等数学、复变函数与积分变换、信号与系统、数字信号处理、自动控制原理、微机原理与接口技术、传感器与检测技术
1.《计算机控制技术》,陈红卫主编,机械工业出版社,2018年1月第1版(推荐教材)
2. 《计算机控制技术》,姜学军编著,清华大学出版社,2009年7月第2版
3.《计算机控制技术》,王建华编著,高等教育出版社,2012年9月第1版
4.《计算机控制基础》,李嗣福编著,中国科学技术大学出版社,2014年7月第3版
5.《计算机控制技术》,于海生编著,机械工业出版社,2016年11月第2版
6.中国大学MOOC:计算机控制系统,https://www.icourse163.org/course/NEU-1001765003
7.期刊:工业控制计算机、计算机学报、单片机与嵌入式系统应用、智能制造、计算技术与自动化等
8.任课教师提供的其他学习资料