计算机控制课程实施大纲

四川理工学院本科课程实施大纲计算机控制基本信息课程代码：10000724课程名称：计算机控制（ComputerControl）学分：2.5总学时：38（32理论+6实验）学期：第6学期上课时间：上课地点：答疑时间和方式：课前、课后、固定地点辅导答疑、网络及电话答疑地点：上课的教室，教师办公室（实验一楼429）或者教研室（实验一楼541）授课对象：自动化本科任课教师：陈昌忠学院：自动化与电子信息学院邮箱：[e-mail]联系电话：[phone]，61682（V网短号）1．教学理念自动化专业致力于培养适应新世纪社会主义现代化建设需要的德、智、体、美全面发展的，素质、能力、知识协调统一的，掌握电工技术、电子技术、自动检测与仪表、控制理论、计算机技术与应用、信息处理、系统工程和网络技术等较宽广领域的工程技术基础和现代自动化领域基本理论知识及专业技能，富有创新精神和协作能力、实践能力强、全面发展的高级复合型自动化工程技术人才。计算机控制课程除了掌握基本知识和基本理论以外，更重要的是培养学生的自学能力、实践能力和系统设计能力，在老师的理论教学和实践教学过程中，遵循理论联系实际和因材施教的原则，使学生在循序渐进的教学过程中获得系统的科学知识，并能够做到学以致用。计算机控制课程所涉及知识较广，要求有较全面的工程数学、微型计算机原理及接口技术、程序设计以及电路原理和电路设计等知识，考虑到该课程的前期基础课程较多，学生基础相对比较薄弱的特点，在教学计算机控制的知识的过程中，区分计算机控制课程的新知识和运用的前期课程知识，计算机控制课程的新知识理清思路、讲透原理；运用的前期课程知识，告诉同学们该知识点具体属于那门课程及章节，并讲透如何使用这些知识点等。整个教学实施过程中，我的教学风格是：（1）认真的对待每位学生。在教学过程中，我将以民主、平等、尊重、严格的态度对待每位学生，对不同类型的学生以及关系密切程度不同的学生做到一视同仁，对每一位学生都关心、爱护。（2）以多重教学方法传递知识。为了避免学生因为知识较难而产生课程学习的畏难情绪。课程实施主要采用讲授法、引导法、提问法、对比法、归纳法、演示法以及实例分析法等多种教学方法，同时结合教师自身的教学经验，充分调动学生的学习兴趣，使学生通过积极的思维、练习，主动地获取知识，确保学生学有所得。在上课形式上，运用多媒体教学手段，方便引入前期学习知识内容，便于学生了解和掌握本课程的知识，以实现良好的教学效果。（3）以深入浅出的逻辑思路讲解知识。在教学过程中，我尽量寻求学生易于接受的教学方法和思维方式引导学生，尽量获取更多的知识信息。尽可能地引用前期课本中的相关例子、前期课程设计中的内容，用最浅显易懂的语言表达课程中比较复杂抽象知识，让学生积极参与整个教学环节，通过理论学习和实践教学，较好地掌握该课程。（4）积极引导学生的主动学习。在教学过程中，我将通过现实生活的实际计算机控制系统，分析系统中的关键技术，引导同学们去思考实现这个计算机控制系统所需的知识，并如何应用这些知识去完成系统的设计，让学生掌握如何去分析问题和解决问题。这样充分调动学生学习兴趣，积极主动地学习。2．课程描述《计算机控制》属于信息技术学科，该课程是我国高等学校各类自动化、电子与电气工程、计算机应用、机电一体化等专业的一门专业技术课。它是继《微控制器原理及应用》、《自动控制原理》、《单片机原理与应用》、《可编程控制器》、《数字电路》、《模拟电路》、《算法语言》、《检测技术》、《控制装置》等课程之后的一门综合性较强的专业主干课程。《计算机控制》本课程主要学习计算机控制系统的概念、结构、类别，计算机控制系统硬件的一般组成，数字控制器的常用控制算法，系统硬、软件抗干扰技术，计算机控制系统设计等。要求学生们能够从被控对象出发，综合考虑工艺、性能指标、系统硬件与软件、控制规律等诸多方面，设计出符合要求的计算机控制系统。《计算机控制》是自动化专业的限选专业课程，也是一门理论性和实践性都很强的课程。该课程的知识主要解决控制系统自动运行、智能解决运行中的问题以及系统设备之间进行信息交互问题等，是机器、装置、产品等必不可少的知识组成部分。《计算机控制》主要研究将计算机技术和自动控制技术相结合，是自动控制发展中的高级阶段，是自动控制的重要分支，广泛应用于日常生活、工农业生产、军事国防、管理等各个领域。现随着信息化、数字化、智能化、网络化技术的发展，与微电子技术、控制技术、计算机技术、网络与通信技术、显示技术的发展密切相关，互为因果，相互补充、相互促进，目前计算机控制系统主要向综合化、虚拟化、智能化、绿色化等方向发展。3．教师简介陈昌忠，硕士研究生，副教授，自动化与电子信息学院自动化教研室。1997.07大学本科毕业于四川大学自动控制专业，获工学硕士；2009.06硕士研究生毕业于四川理工学院模式识别与智能系统专业，获工学工学硕士。主要研究方向：微控制器技术，检测技术及信息处理，智能控制以及非线性控制。4．先修课程《高等数学》《工程数学》、《电路原理》、《模拟电路》、《数字电路》、《算法语言》、《电机拖动基础》《电力电子技术》《自动控制原理》、《微控制器原理及应用》、《单片机原理与应用》、《可编程控制器》、《检测技术》、《控制装置》先修课程与本课程的关系：高等数学：主要微分、积分和泰勒级数等知识，在控制器算法设计、数据预处理、线性化、非线性误差、标度变换等需要这些学知识。工程数学：在计算机控制器设计时，要使用拉氏变换、Z变换、差分方程、矩阵知识等。电路原理、模拟电路、数字电路：计算机控制电路设计需要这些课程的知识。检测技术、控制装置：在计算机控制系统设计中需要正确选用传感器和执行机构，以及对传感器输出信号和输入执行机构信号进行处理。电机拖动基础、电力电子技术：电机拖动基础为计算机控制课程用到的控制对象步进电机提供理论基础，电力电子技术为实现计算机控制提供控控制方法。自动控制原理：其理论支撑计算机控制算法实现，是计算机控制课程关于控制的直接基础知识。微控制器原理及应用、单片机原理与应用、可编程控制器、算法语言：这些课程的知识都是计算机控制课程的直接基础知识，学习计算机控制的时候，涉及到计算机方面的知识都是直接使用。与本课程相关的后续课程：系统工程设计、系统综合训练、集散控制系统和现场总线控制系统、毕业设计等。5．课程目标5.1知识与技能方面知识：掌握计算机控制系统的概念、结构特点、工作原理；理解和掌握计算机控制系统的组成，计算机控制系统过程通道，计算机控制系统数据预处理技术，数字控制器的常用控制算法；了解计算机控制系统分类及发展趋势，工业控制计算机，数字控制器的复杂控制算法及先进控制技术，计算机控制系统硬、软件抗干扰技术，工业控制网络技术；理解计算机控制系统设计与实现等。技能：能够分析现实生活中计算机控制系统的组成、工作原理；能够根据需求设计出直接数字控制系统（DDC）。5.2过程与方法方面计算机控制理论学习32学时，每周4学时，共开课8周；实践课程6学时，伴随相应教学之后进行。理论教学由讲解、演示以及示例等完成，实验教学由构建电路、连接计算机以及编程等完成，学生学习由预习、课堂学习、复习以及作业完成，最后通过考核完成学习过程。教学与学习过程中，通过多种教学方法（讲授法、引导法、提问法、对比法、归纳法、演示法以及实例分析法等）学习本次课程内容，每次课程给出下一次课程讲解的内容、需要的前期课程知识；学生们进行预习、复习、做作业，认真完成实践教学。5.3情感、态度与价值观方面总体目标：不仅教会学生知识，还要教会学生做人。老师要认真备课、讲解和批改作业，上课按时就位、态度认真、尽职尽责；学生课前要预习，课中要积极认真，课后要复习、认真作业，实践课程一定理解和动手完成；师生在上课期间不要与他人讨论与本课程无关的内容，或者玩手机、上网、打电话、吃东西等。老师对待学生以民主、平等、尊重的态度，重视学生的发言，认真思考学生的提出意见和建议，并反馈相应信息；学生要尊重老师和其他同学，诚实守信，遵守课堂纪律，学生要学会理解和尊重他人，学会与人交往的基本礼仪，注重在公众场所的言谈举止等。6．课程内容6.1选用教材简介计算机控制技术（ComputerControlTechnology）（第3版）顾德英罗云林马淑华编著北京邮电大学出版社普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等院校自动化新编系列教材6.2课程教学章节及学时安排总学时安排：38学时，其中（理论教学32学时，实验教学6学时）理论教学安排如下：绪言计算机控制系统关键技术2学时第1章计算机控制系统概述3学时第2章工业控制计算机2学时第3章输入输出与信息通道技术7学时第4章计算机控制系统抗干扰技术2学时第5章数字控制技术3学时第6章常规及复杂控制技术5学时第7章计算机控制系统软件设计技术4学时第8章先进控制技术自学（0学时）第9章工业控制网络技术2学时第10章计算机控制系统设计与实现2学时实验教学安排如下：PID控制实验3学时最小拍控制3学时6.3课程教学内容、重点难点绪言计算机控制系统关键技术（一）教学内容0.1计算机控制基础0.2计算机控制系统的关键技术0.3本课程讲解的知识（二）重点：计算机控制的定义，计算机控制系统中的关键技术。（三）难点：计算机控制的定义，计算机控制系统关键技术的理解。第1章计算机控制系统概述（一）教学内容1.1计算机控制特征与组成1.2计算机控制系统的分类1.3计算机控制系统的发展概况及趋势（二）重点：计算机控制的组成、特征、工作原理以及工作方式。（三）难点：计算机控制的控制过程、实时工作方式。第2章工业控制计算机（一）教学内容2.1IPC工控机2.2可编程序控制器（PLC）(自学，前期课程内容)2.3嵌入式系统(自学，前期课程内容)（二）重点：IPC工控机的概念、组成，计算机控制系统总线。（三）难点：IPC工控机的总线结构和输入输出模板。第3章输入输出与信息通道技术（一）教学内容3.1数字量输入输出通道3.2模拟量输入通道3.3模拟量输出通道3.4人机交互通道（二）重点：过程通道的的组成，A/D、D/A结构与应用、计算机控制系统的显示器和键盘。（三）难点：组成过程通道的器件的灵活使用、计算机控制系统基本显示电路软硬件设计和非编码键盘的软硬件设计。第4章计算机控制系统抗干扰技术（一）教学内容4.1计算机控制系统主要干扰分析4.2过程通道抗干扰技术4.3接地技术4.4供电技术（二）重点：干扰的定义，干扰产生的机理及消除干扰的方法，计算机控制系统的接地技术。（三）难点：干扰产生的机理及消除干扰的方法，计算机控制系统接地的方法。第5章数字控制技术（一）教学内容5.1数字控制系统5.2逐点比较法插补原理5.3步进电机伺服控制技术5.4直流伺服电机控制技术（二）重点：数字程序控制的概念及组成，数字控制原理和实现方法，步进电机的工作原理及其控制。（三）难点：数字程序控制实施的原理，步进电机控制电路设计及其软件设计。第6章常规及复杂控制技术（一）教学内容6.1数字控制器模拟化设计6.2计算机控制系统的离散化设计6.3纯滞后控制技术（二）重点：数字控制器的设计方法，数字控制器的连续化设计方法和离散化设计方法的一般步骤，PID算法、最少拍算法、大林算法。（三）难点：数字控制器的连续化设计方法和离散化设计方法具体实施过程。第7章计算机控制系统软件设计技术（一）教学内容7.1程序设计技术7.2测量数据预处理技术7.3软件抗干扰技术7.4数字PID控制器的工程实现(自学，在DCS课程中具体讲)（二）重点：程序设计的步骤，测量数据预处理技术，软件抗干扰技术。（三）难点：各种数据预处理方法实现原理。第8章先进控制技术（自学内容）（一）自学内容8.1模糊控制技术8.2神经网络控制技术8.3预测控制技术（二）重点：理解模糊控制、神经网络控制及预测控制的工作原理及实现。（三）难点：模糊控制、神经网络控制及预测控制的原理。第9章工业控制网络技术（一）教学内容9.1工业控制网络概述9.2控制网络技术基