1323S04021-计算机控制原理-2023版人才培养方案课程教学大纲.docxVIP

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ADDINCNKISM.UserStyle《计算机控制原理》课程教学大纲

（理论课程）

一、课程基本信息

课程号

1323S04021

开课单位

电子信息学院

课程名称

（中文）计算机控制原理

（英文）ComputerControlPrinciples

课程性质

选修

考核类型

考试

课程学分

2

课程学时

34

课程类别

专业发展课程（专业拓展课）

先修课程

自动控制原理、微型计算机原理及应用、信号与系统

适用专业（类）

自动化专业

二、课程描述及目标

（一）课程简介

《计算机控制原理》是本专业（类）的一门专业拓展课程，本课程以自动控制理论和计算机技术为基础，以微型计算机为控制工具，介绍计算机控制系统的基本知识和基本应用技术，讲授数字控制系统的基本原理，数字采样控制的基本理论，是一门综合性较强的课程。旨在通过教学使学生掌握计算机控制系统设计的基本理论和方法，培养学生应用控制理论知识分析和解决实际问题的能力，从而为以后的学习和工作奠定一定的基础。

（二）教学目标

课程目标1：通过本课程，学生将掌握计算机控制系统的基本概念、理论和方法，主要包括信号变换、系统建模与性能分析、数字控制器的模拟化设计和直接设计方法，数字控制器极点配置等理论和方法，并能运用其分析和解决实际的工程控制问题。

课程目标2：通过本课程，学生将深刻理解计算机控制系统设计方法，并通过具体设计方法的学习，使学生的思维和分析方法得到一定的训练，具备根据实际问题分析与设计计算机控制系统的基本能力。

课程目标3：通过本课程，学生将了解计算机控制系统发展历史及前沿和发展方向，加强对计算机控制系统理论与技术发展迅速的认识，树立持续创新的意识，正确认识其对客观世界的影响。

三、课程目标对毕业要求的支撑关系

毕业要求指标点

课程目标

权重

1-3能将相关知识和数学模型方法用于推演、分析自动化专业相关工程问题，并能够用于工程问题解决方案的比较与综合

课程目标1

0.5

2-3能运用基本原理，借助文献研究，选择合适的解决方案，分析自动化专业领域复杂工程问题中多种影响因素，获得有效结论

课程目标2

0.5

四、教学方式与方法

在教学方式上，根据具体教学内容，综合运用课堂讲授和演示、课堂讨论、课堂练习、发现学习法和自学指导法，通过引入问题和启发式教学，引导学生主动学习，激发内在学习动机，提高课堂的积极性。本课程教学主要包括课堂讲授，学生自学，课堂讨论、习题课，课外作业、辅导答疑等教学环节，通过各个教学环节的教学，重点培养学生的自学能力、动手能力、创新能力、分析问题与解决问题的能力。

五、教学重点与难点

（一）教学重点

本课程教学重点主要有信号变换原理、采样信号恢复与保持器、Z变换与Z反变换，差分方程及其求解，离散系统的传递函数和状态方程，数字控制器的离散化设计和模拟化设计，数字PID技术及其改进，离散系统的状态空间模型。

（二）教学难点

本课程教学难点主要包括模拟控制器的离散化方法、数字PID控制算法及其改进形式、Smith预估控制算法设计、数字控制器的极点配置方法。

六、教学内容、基本要求与学时分配

序号

教学内容

基本要求

学时

教学

方式

对应课程目标

1

概论

计算机控制系统的组成、基本类型和性能指标

D/A转换器和A/D转换器

要求计算机控制系统的组成、基本类型及性能指标；掌握D/A变换和A/D变换的基本原理及方法。

4

讲授

课程目标1

2

信号转换与Z变换

信号变换原理

采样信号恢复和保持器

Z变换与Z反变换

要求掌握信号变换原理，掌握采样系统理论和采样周期选择原则，掌握Z变换和Z反变换定义及计算方法。

6

讲授

课程目标1

3

计算机控制系统数学描述与性能分析

计算机控制系统数学描述与性能分析

脉冲传递函数模型的建立

计算机控制系统的稳定性分析

计算机控制系统的稳态与暂态性能分析

要求掌握差分方程的求解；了解S平面与Z平面之间的相互映射关系，掌握离散系统稳定性条件和Routh稳定判据；并能够进行系统稳态误差分析。

6

讲授

课程目标1

4

数字控制器的模拟化设计方法

数字控制器的模拟化设计方法导学

连续控制器的离散化方法

数字PID控制器

Smith预估控制

要求掌握计算机控制系统的模拟化设计基本思路和适用条件；掌握连续控制器的离散化方法，包括Z变换法、差分变换法、双线性变换法、零极点匹配法等；掌握基本数字PID控制算法（位置式与增量式）及改进算法；

6

讲授

课程目标1

课程目标2

5

数字控制器的直接设计方法

直接设计方法的基本原理

最小拍控制器的设计方法

最小拍无纹波控制器的设计

大林算法控制器的设计

掌握直接设计方法的基本思路及方法；掌握最小拍设计的定义，掌握在典型输入下，最小拍控制器的设计；掌握最小拍无波纹波控制器的设计，掌握大林