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1、第 1 页 共 6 页教学大纲教学大纲课程名称：计算机控制技术及应用课程 课程名称（英文）：Computer control technology and applications 适用专业：电子信息科学与技术、电子信息工程、测控技术与仪器（仪表自动化） 、 电气工程与自动化 学时数：72（其中授课：54 学时，实验：18）学分：3.5 先修课程：模拟电子技术、数字电子技术、微型计算机原理、程序设计、自动控制 原理、检测技术等。 大纲执笔人：丁建强大纲审批人：1. 1. 1. 性质与任务性质与任务性质与任务1.1.1.1.1.1. 性质性质性质 计算机控制技术已成为信息时代推动自动化的重要动力
2、。对于电气、电子、自动化和计算机应用等专业的学生，计算机控制技术已成为一门重要的专业课程。本课程是电子信息科学与技术、电子信息工程、测控技术与仪器（仪表自动化） 、电气工程与自动化等专业的一门主要专业课。本课程也是一门集电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术为一体的综合性专业课程，学好本课程有利于促进培养知识面宽、动手能力强的高级应用型人才。1.2.1.2.1.2. 任务任务任务 通过本课程的学习，学生能掌握计算机控制系统相关的基本理论、主要技术和工程应用，理解控制系统的结构、控制过程、控制目标规则、控制效果等基本问题，了解计算机控制系统中的原理、技术和应用之间的内在联系。了解计算机控制
3、系统的理论基础，包括系统数学模型的描述方法、连续系统分析设计方法的回顾、离散系统的分析、数字控制器的设计与实现。掌握数字控制器近似设计法和解析设计法离散化方法和最少拍随动系统的设计，以及工业上最常用的数字 PID 控制算法及参数整定方法。掌握多种计算机控制技术，包括工业控制计算机及其接口技术、过程通道技术、可靠性和抗干扰技术、控制系统中的软件技术组态软件，了解集散控制系统DCS 所涉及的许多关键技术。了解计算机控制系统的多种解决方案及案例，理解不同解决方案的特点和适用场合。掌握计算机控制技术在简单过程控制的应用，了解计算机控制技术在流程工业自动化中的应用实例。第 2 页 共 6 页2. 2.
4、2. 本课程与其他课程的联系与分工本课程与其他课程的联系与分工本课程与其他课程的联系与分工本课程的先修课程有模拟电子技术、数字电子技术、微型计算机原理、程序设计技术、并希望能有一定的检测技术、自动控制原理等基础知识。学生在修完模拟电子技术、数字电子技术、微机原理的基础上，通过深入学习典型微机总线结构，掌握输入输出接口电路设计方法；学生有了程序设计的基础，就能较好地理解控制系统软件设计；通过对这些先修课程的学习，应该具备一定的接口电路和程序设计能力；有了检测技术的知识，容易理解将生产现场各种物理信号输入计算机中的方法，为实现计算机对生产现场的检测、控制提供必要的硬件基础。学生有了自动控制原理知识
5、，有助于理解不同被控对象和系统性能指标要求，掌握拉氏变换，理解 Z 变换和控制器的设计理论，设计出相应的数字控制器。为进一步学习典型计算机控制系统的控制算法提供理论基础。对有些专业因为没有开设自动控制原理、检测技术等前导课程，可重点开展有关章节（如第 2 章 计算机控制系统的理论基础和 5.1 传感器与执行器） ，补充必要的基础知识，了解主要结论。否则也可省略有关章节的内容。3. 3. 3. 课程的内容课程的内容课程的内容3.1.3.1.3.1. 课程的基本内容课程的基本内容课程的基本内容 课程的基本内容有：第 1 章 概述1.1 自动控制的基本概念1.2 计算机控制系统1.3 课程的研究内容
6、和学习方法第 2 章 计算机控制系统的理论基础2.1 控制系统的数学模型2.2 连续系统的分析和设计2.3 离散系统的描述方法2.4 离散系统的分析第 3 章 数字控制器的设计与实现3.1 数字控制器的设计方法3.2 离散化方法3.3 PID 控制3.4 最少拍随动系统第 3 页 共 6 页3.5 控制算法的实现第 4 章 控制系统中的计算机及其接口技术4.1 工业控制计算机4.2 控制系统中的接口技术4.3 控制系统中的人机交互技术4.4 工业控制计算机软件系统简介第 5 章 计算机控制系统中的过程通道5.1 传感器与执行器5.2 输入通道5.3 输出通道第 6 章 控制系统的可靠性与抗干扰
7、技术6.1 可靠性与抗干扰技术的基本概念6.2 硬件的可靠性与抗干扰技术6.3 软件的可靠性与抗干扰技术6.3.1 存储空间分配和程序结构的设计第 7 章 控制系统的组态软件7.1 工控组态软件概述7.2 MCGS 组态软件第 8 章 DCS 集散控制系统8.1 DCS 的产生与发展8.2 DCS 的体系结构8.3 DCS 组态软件8.4 WebField JX -300XP 控制系统第 9 章 计算机控制系统的解决方案9.1 基于嵌入式系统的解决方案9.2 基于智能控制仪表的解决方案9.3 基于 PLC 可编程逻辑控制器的解决方案9.4 基于分布式数据采集与控制模块的解决方案9.5 基于 P
8、AC 可编程自动化控制器的解决方案第 10 章 计算机控制技术在简单过程控制中的应用10.1 实例 1水箱液位控制10.2 实例 2锅炉温度控制第 11 章 计算机控制技术在流程工业自动化中的应用11.1 DCS 在循环流化床锅炉中的应用第 4 页 共 6 页11.2 DCS 在大中型氮肥装置中的应用3.2.3.2.3.2. 课程的重点内容课程的重点内容课程的重点内容 课程的重点内容有：第 3 章的 3.2 离散化方法、3.3 PID 控制、3.5 控制算法的实现。这些内容是理解和掌握计算机控制系统的原理和控制算法的关键。第 4 章的 4.2 控制系统中的接口技术。特别是其中串行接口和现场总线
9、有着广泛的应用，对构建一个控制系统有重要的影响。第 5 章的 5.2 输入通道、5.3 输出通道。其中控制系统中的信号种类及特点、输入通道中数字量信号和模拟量信号处理方式、输出通道中的开关信号驱动、电机控制是控制系统中重要的信息处理内容，对传感器与执行器的应用有重要影响。第 6 章的 6.2 硬件的可靠性与抗干扰技术。其中滤波与去耦电路、隔离与屏蔽技术、电源干扰的抑制与接地技术、停电保护和热插拔技术、Watchdog 技术都是常见的抗干扰技术。第 7 章的 7.2 MCGS 组态软件。这与实验所用的组态软件有关，也可根据需要选用其他的组态软件。第 8 章的 8.2 DCS 的体系结构、8.4
10、WebField JX -300XP 控制系统。所介绍的DCS 系统希望能与实验相结合。如本课程有后续的课程设计内容，建议结合 DCS 来展开。第 9 章的 9.1 基于嵌入式系统的解决方案、9.2 基于智能控制仪表的解决方案、9.4 基于分布式数据采集与控制模块的解决方案。这些解决方案需要开发人员具有一定的专业知识，也是本课程重点介绍内容。第 10 章的 10.1 实例 1水箱液位控制、10.2 实例 2锅炉温度控制。这些内容希望能与课程实验相结合来介绍。4. 4. 4. 实验环节要求与内容实验环节要求与内容实验环节要求与内容本课程是一门理论性、实践性都很强的专业课程。课程实验建议安排 6
11、个，第个实验为 3 学时，计 18 学时，见下表。内容学时 实验 1:实验装置基本操作3 实验 2:对象特性测试3 实验 3:简单位式温度控制3 实验 4:上水箱液位 PID 整定3 实验 5:锅炉水温 PID 整定3 实验 6:涡轮流量计的流量 PI 和 PID 调节实验3 小计18第 5 页 共 6 页另外，建议两周的课程设计环节，集中训练有关 DCS 系统的内容，参考内容见下表。序号内容 实验 1一阶单容上水箱对象特性测试实验实验 2二阶双容下水箱对象特性测试实验（选做）实验 3锅炉内胆温度二位式控制实验实验 4上水箱液位 PID 整定实验实验 5串接双容下水箱液位 PID 整定实验（选
12、做）实验 6锅炉内胆水温 PID 整定实验（动态）实验 7锅炉夹套水温 PID 整定实验（动态） （选做）实验 8电磁流量计的流量 PID 整定实验实验 9上水箱下水箱液位串级控制实验（选做）实验 10锅炉夹套和内胆温度串级控制系统（选做）实验 11涡轮流量计的流量 PID 整定实验实验 12电磁和涡轮流量计流量比值控制系统实验（选做）实验 13强制对流换热器温度控制实验实验 14纯滞后温度 PID 控制实验（选做）5. 5. 5. 学时分配学时分配学时分配本课程的总学时由两部分组成：上机实习学时和授课学时。授课学时数分配如下：内容学时 第 1 章 概述3 第 2 章 计算机控制系统的理论基础
13、6 第 3 章 数字控制器的设计与实现9 第 4 章 控制系统中的计算机及其接口技术6 第 5 章 计算机控制系统中的过程通道6 第 6 章 控制系统的可靠性与抗干扰技术3 第 7 章 控制系统的组态软件3 第 8 章 DCS 集散控制系统3 第 9 章 计算机控制系统的解决方案6 第 10 章 计算机控制技术在简单过程控制中的应用6 第 11 章 计算机控制技术在流程工业自动化中的应 用3小计54本课程的总学时为：授课学时+实验学时+实训=18+54+2 周=72 学时+2 周。第 6 页 共 6 页6. 6. 6. 教材及主要参考书教材及主要参考书教材及主要参考书1 丁建强,任晓,卢亚平.
14、 计算机控制技术及应用M.第 1 版.北京:清华大学出版社,20122 徐大诚,邹丽新,丁建强.微型计算机控制技术及应用M.第 1 版.北京:高等教育出版社,20033 高金源,夏洁.计算机控制系统M.第 1 版.北京:清华大学出版社,20074 顾德英,张健,马淑华.计算机控制技术M.第 1 版.北京:北京邮电大学出版社,20065 黄强,高峻峣.控制技术M.第 1 版.北京:机械工业出版社,20066 黄惟一,胡生清.控制技术与系统M.第 2 版.北京:机械工业出版社,20067 林敏.计算机控制技术及工程应用M.第 1 版.北京:国防工业出版社,20058 潘新民,王燕芳.微型计算机控制
15、技术实用教程M.第 1 版.北京:电子工业出版社,20069 张艳兵,王忠庆,鲜浩.计算机控制技术M.第 1 版.北京:国防工业出版社,200610 杨树兴.计算机控制系统理论、技术与应用M.第 1 版.北京:机械工业出版社,200711 熊静琪.计算机控制技术M.第 1 版.北京:电子工业出版社,200312 章兼源.微机控制技术M.第 1 版.北京:电子工业出版社,200313 王建华,黄河清.计算机控制技术M.第 1 版.北京:高等教育出版社,200314 徐安.微型计算机控制技术M.第 1 版.北京:科学出版社,200415 邴志刚,方景林,谷兆麟,彭力.计算机控制基础技术工具实例M.第 1 版.北京:清华大学出版社,北京交通大学出版社,2005
