PPT--第三章计算机控制系统数学基础

计算机控制系统——课程建设吉林大学李元春王德军高巍一、课程建设的背景二、课程建设内容教学思想改革教学内容改革教学手段和方法改革教材建设多媒体电子教案教学实践环节一、课程建设的背景•我国高等教育的改革与发展•我国社会主义市场经济建设•招生分配制度的改革，专业目录的调整等。•科学技术的发展•自动化专业的发展•自动化专业产生、发展及现状。人才培养模式，课程设置等。计算机控制技术是将计算机技术与自动化控制系统融为一体的一门综合性学科，是以计算机为核心部件的过程控制工程和运动控制工程的综合性技术。作为一门现代的交叉学科，计算机控制涉及自动化技术、计算机技术、通信技术等诸多学科，呈现开放性、集散性、智能性、信息化与网络化的特点，并以日新月异的速度发展，在国民经济、人民生活和国防建设等各个领域中得到了广泛的应用。因此，为适应目前高等教育的发展，有必要对计算机控制课程进行改革。教学思想改革教学内容改革教学手段和方法改革教材建设多媒体电子教案建设教学实践环节改革二、课程建设内容（一）教学思想改革•从社会实际需求入手，分析学生应具备的能力结构，进而构架课程结构，划分教学内容，体现高校特色。分析目前国內外自动化设计及应用要求，结合工业控制系统新技术不断发展，改进课程设置。拓宽知识领域，增强学生毕业后的工作适应性，更好地适应社会对人才的需求。•培养自动化专业应用型人才，加强实践和技术应用环节的教学，突出对学生应用能力的培养。坚持以基本素质和技术应用能力培养为主线，构建合理的知识及能力结构。教学改革的总体思路是由原来的纯理论讲授为主，到以培养和发展学生的基本素质与基本技能为主。在原有的常规教学基础上，加强学生分析问题和解决问题的能力培养。（一）教学思想改革•面向行业，以科研带动教学。根据自动控制设备及各相关学科（计算机、机械、汽车、企业管理等）的发展，立足科研，以国内外先进技术研究方向为导向，培养自动控制工程的高级应用型技术人才，为自动控制的应用服务。（一）教学思想改革（二）教学内容改革1.系统性从实际工程问题出发，安排教学内容。主要内容包括概述、硬件系统设计、数学基础、各类数字控制器设计方法、计算机整体控制系统设计、先进控制方法介绍、系统可靠性设计等。从各个层面系统阐述计算机控制系统的设计内容。且在每一部分知识中也充分体现系统性，如系统硬件设计部分，除了通道设计具有通用性的一般方法外，还给出了计算机控制系统中电源的设计方法及硬件滤波和软件滤波方法。2.基础性硬件设计：一般原则和方法，常用芯片的使用。系统分析：稳定性分析、动态特性分析。控制器设计：数字控制器的根轨迹设计法及频域设计法。3.先进性将一些科研成果融入到教学内容中。如大林算法、双闭环直流调速系统。将计算机控制技术最前沿知识融入到教学内容中。如嵌入式系统和网络控制，介绍了相应控制系统的特点、结构、控制策略及其应用情况。•4.多样性1.课堂讲授：结合控制理论的发展、计算机技术的发展；立足于基本理论、基本知识。2.举例：结合实际对象。3.利用MATLAB辅助教学4.实验课的重要性5.习题、作业及答疑（三）教学手段和方法课堂教学：结合控制理论的发展、计算机技术的发展；立足于基本理论、基本知识。本课程内容比较广泛，而且涉及到计算机控制技术的前沿，因此在教学中注意介绍各种计算机控制技术的特点及其发展，在比较中完成教学内容，使学生了解计算机控制技术方面的最新知识。此外由于课程内容很多，而学时数相对较少，因此在教学中采用启发式教学，鼓励学生自学，培养学生的自学能力，以“少而精”为原则，精选课堂讲授内容，调动学生学习的主观能动性。课内作业及课外作业：消化和理解教学内容。课外自习：多媒体电子教案。习题课：检验学生对教学内容的掌握情况。课程设计：考核综合运用所学知识的情况。综合实验：考核分析问题和解决问题的能力。（三）教学手段和方法1.在理论教学和实践教学过程中，结合教学内容提出在工程实际应用中遇到的一些问题，引导学生思考。培养学生的学习兴趣，激发学生学习的主动性和积极性。在课堂讲授上注重理论基础扎实，知识面宽广；在实践教学中为学生提供多方面的专业技能训练。教学手段和方法改革的特点2.课堂上采用启发式教学方式，调动学生学习的主观能动性。以提问等方式增加与学生的互动，培养学生的学习兴趣，便于学生个性发展。3.利用多媒体课件生动展示所学内容，增加教学容量，提高学生学习兴趣，培养学生发现问题、解决问题能力。•4.通过课后练习与辅导，加强与学生的交流、沟通，培养学生的自学能力，对学生通过网络等方式学习课程知识进行帮助。•5.通过相关课程设计、综合实验，培养学生实际动手能力，分析问题和解决问题能力。（四）教材建设1.定位在综合分析、比较国内外同类教材优缺点的基础上，将我们出版的教材定位在自动化类专业的本科及本硕统筹培养模式上，结合编者多年的教学实践经验，从工程应用的角度出发，立足于系统性、基础性及先进性，深入浅出地介绍计算机控制系统的基本知识及分析和设计方法。2.教材特色（1）删除了陈旧内容，吸收了目前世界上计算机控制系统的最新科技成果。（2）立足于系统性、基础性及先进性，按照本硕统筹培养新模式的要求，重新对本课程的体系、结构进行规划。2.教材特色（3）按照减少学时、拓宽面向、精选内容、更新知识的原则，对本课程内容重新进行整合和改造，篇幅适中（44万字）。（4）为方便学生理解、消化教材中的基本知识、内容及方法，本教材利用MATLAB软件进行辅助教学，并在有些章节提供了相应的动画显示。2.教材特色这样一方面可以使学生加深理解所学的教学内容，另一方面也可使学生掌握计算机控制系统分析、设计及仿真的一种有效手段，有利于培养学生学习的主动性和创造性。（5）每一章后面都给出了大量习题，并在书后给出了参考答案，有利于学生掌握和巩固所学的知识。（五）多媒体电子教案（1）本教材配备了与之配套的多媒体电子教案，该电子教案的内容融汇了本课程的全部内容，按教材的内容顺序编制。课件制作遵循课程教学规律，经提炼加工，精心制作而成。本教案较好地解决了课堂教学中的难点问题，突出重点内容，使教学生动、形象，信息量大，富有启发性。（2）利用当今流行的PowerPoint软件，操作方便、灵活，教师可在教学中根据需要对内容随时进行增减、修改等工作，教与学可充分地结合在一起，很好地达到了多媒体教学目的。（3）电子教案中给出了大量的模拟试题及其详细的试题解答，可以帮助学生理解和消化教材的有关内容。（4）提供了与书中重要知识点相对应的实验环节的基本内容，以当前广泛使用的MCS51系列CPU为核心，给出了每个实验内容所必备的详细硬件设计原理图和相应的实验步骤。（六）教学实践环节•自制实验设备•课程设计•综合实验自制实验设备自制实验设备特点•基础性：以MCS51系列单片机为核心。•紧凑性:便于学生理解和接受。•完备性：具有良好的知识衔接性和延伸性。•可操作性模块化单元设计，每一部分IO口都进行了扩展资源丰富，具有液晶显示功能具备在线仿真、调试功能，51C编程工具•工程适用性装置调试工具电子大赛培训工具课程设计•内容：以电烤箱为被控对象进行温度控制系统设计，主要包括硬件设计：传感器调理电路，执行驱动电路，最小系统，键盘、显示等应用软件设计：主程序，各算法子程序，各中断子程序等•要求：给出最终的设计文档通过面试综合实验•实验内容系统硬件整合分步调试系统联调实验结果测试•要求：给出最终的实验报告谢谢！