计算机控制技术教案.docx
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计算机控制技术教案.docx
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计算机控制技术教案
成都大学教案
学院(部):
电信学院系(教研室):
自动化
授课教师:
喻晓红职称:
讲师
课程名称
计算机控制技术
总学分:
3.5学分
总学时:
60学时其中:
讲课54学时实践6学时
课程类别
必修课(√)选修课()
公共课()学科课()专业课(√)实践课()全校任选课()
授课对象
自动化专科09级
考核方式
总成绩:
课堂参与占10%;平时作业、实验占30%;期末考试占60%(闭卷考试:
术语解释、判断说理题、简述题、计算题、综合分析论述题)。
教
学
基
本
目
的
和
要
求
本课程主要学习微型计算机控制系统的构成及分类,微型机控制系统的设计方法。
讲述计算机控制系统中工程的设计与控制过程设计,过程量I/O通道的构成原理及系统软硬件实现的方法,数字控制器的模拟化设计法、直接数字设计法,以及认识了解DCS和FCS系统等。
本课程旨在培养学生掌握微型计算机控制的基本概念,掌握微型计算机控制系统的基本分析方法和设计方法。
要求学生从理论上掌握计算机控制系统的基本原理及应用,为学生提供有效地分析和设计计算机控制系统所需的必要的洞察力、知识和理解力。
在实践过程中能利用计算机技术解决控制系统中的实际问题。
通过该课程的学习能独立承担和开展计算机控制系统方面的研究工作。
通过本课程的学习,学生应了解计算机控制技术的发展及应用前景。
理解计算机控制系统的基本组成。
掌握一些最基本的计算机控制系统的分析方法、较简单的软硬件的设计与实现。
教
学
重
点
和
难
点
教学重点:
本课程的重点包括:
计算机控制系统的特点、组成和分类,模拟量输入输出通道技术,硬件软件抗干扰技术,逐点比较法插补原理(直线与圆弧)、步进电机控制,键盘与LED显示技术,数据预处理技术,数字PID控制及改进型算法,控制系统整体设计
教学难点:
计算机控制系统的信号变换特点,过程通道设计中主要硬件接口电路的功能和应用,硬件软件抗干扰技术,四个象限圆弧逐点比较法插补运算,数字PID参数的选择
(1)学生数据通信与计算机网络知识严重匮乏
解决办法:
加强相关知识的介绍、补充;(为了不过多占用课堂学时),为学生提供参考资料,鼓励学生自学,积极为学生答疑;让学生开展讨论、互相帮助。
(2)组成计算机控制系统的环节较多,学生不易考虑周全
解决办法:
首先深入浅出地介绍各种计算机控制系统的整体构成,并对各环节作具体的技术讲解,最后顺理成章地将各章节所学内容组成实用的计算机控制系统,软硬件结合。
教材、
参考书
(一)推荐教材:
计算机控制技术(第2版).顾德英主编.北京邮电大学出版社.2007年
(二)参考书目:
微型计算机控制技术实用教程(第2版) 潘新民,王燕芳编著.电子工业出版社.2010年
计算机控制技术(第1版)于海生编著. 机械工业出版社.2007年
计算机控制技术(第1版)薛弘晔 刘原编著西安电子科技大学出版社.2003年
注:
此页针对课程整体内容进行填写
成都大学教案
总学时第1学时—第6学时
授课内容
第一章现场总线技术概述
教学目的
和要求
通过本章的学习,让学生初步认识计算机控制的概况,了解其概况及其发展应用过程,认识到现计算机控制技术是目前应用最广的控制系统技术,初步了解目前正在发展的自动化新型技术,掌握计算机控制系统组成分类及相应的工业控制计算机类型及各自的特点。
重点
难点
教学重点
计算机控制系统组成,计算机控制系统分类,工业控制计算机
教学难点
计算机控制系统分类
解决办法
从计算机控制系统的基本结构入手,分析计算机控制系统是一个模拟-离散混和系统,引出计算机控制系统的信号转换过程,掌握计算机控制系统的特点。
教
学
安
排
(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)
1微型计算机控制系统概述(6学时)
1.1微型计算机及控制理论的概述及发展(1学时)
1.2微型计算机控制系统组成(1学时)
1.3微型计算机控制系统分类(1学时)
1.4微型计算机控制系统的发展概况与趋势(1学时)
1.5控制装置种类(1学时)
1.6工控机总线介绍(1学时)
思考题、
课后作业
思考:
构建一个计算机控制系统要考虑哪方面的技术?
作业:
1、计算机控制系统由哪几部份组成,说明各部份的主要功能
2、计算机控制按功能分类有哪几种?
其中计算机在系统中分别起什么作用?
3、说明DDC和SCC的系统工作原理、特点以及它们之间的联系和区别。
主要
参考资料
计算机控制技术(第2版).顾德英主编.北京邮电大学出版社.2007年
微型计算机控制技术实用教程(第2版)潘新民,王燕芳编著.电子工业出版社.2010年
计算机控制技术(第1版)于海生编著. 机械工业出版社.2007年
计算机控制技术(第1版)薛弘晔 刘原编著西安电子科技大学出版社.2003年
课后自我
总结分析
学生要求尽量理论联系实际讲课
备注
(对本章节的课堂教学需补充说明的内容)
注:
此页针对具体授课内容填写
成都大学教案
总学时第7学时—第20学时
授课内容
第二章输入/输出通道及接口技术
教学目的
和要求
通过本章的学习,使学生掌握模拟量及数字量输入/输出通道的组成及接口,了解数字量及模拟输入输出通道的组成。
重点掌握数字量输出驱动器件,模拟量输入输出构成及常用器件,重点掌握A/D转换接口及编程,D/A转换及接口。
认识了解现,硬件抗干扰措施及电源及接地技术。
重点
难点
教学重点
重点数字量输入输出通道及接口,模拟量输入通道,多路转换器,S/H器,ADC0809,AD574A,A/D转换接口及编程,D/A转换及接口,硬件抗干扰措施
教学难点
A/D转换接口及编程,D/A转换及接口
教
学
安
排
(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)
2输入/输出通道及接口技术(14学时)
2.1数字量输入输出通道及接口技术(2学时)
2.2模拟量输入通道接口技术(6学时)
2.2.1多路开关及采样保持器(2学时)
2.2.2A/D转换器与接口技术(4学时)
2.3模拟量输出通道接口技术(4学时)
2.3.1模拟量输出通道结构形式(2学时)
2.3.2D/A转换器与接口技术(2学时)
2.4硬件抗干扰技术(2学时)
2.4.1硬件抗干扰方法
2.4.2系统供电与接地技术
思考题、
课后作业
作业:
1数字量输出通道主要需要解决哪些问题?
其中哪些部件可以完成信号的驱动?
2、模拟量输入通道主要有哪些部件组成,各部件主要功能是什么?
3试用38255A,LF398,CD4051和PC总线工作控制机接口,设计出8路模拟采集系统。
请画出接口电路原理图,并编写相应的8路模拟量的数据采集程序
4什么时串模干扰和共模干扰?
如何抑制?
主要
参考资料
计算机控制技术(第2版).顾德英主编.北京邮电大学出版社.2007年
微型计算机控制技术实用教程(第2版)潘新民,王燕芳编著.电子工业出版社.2010年
计算机控制技术(第1版)于海生编著. 机械工业出版社.2007年
计算机控制技术(第1版)薛弘晔 刘原编著西安电子科技大学出版社.2003年
课后自我
总结分析
要求学生理论联系实际,能在实验室对常用的过程输入输出通道进行实际边线及接口编程
备注
(对本章节的课堂教学需补充说明的内容)
注:
此页针对具体授课内容填写
成都大学教案
总学时第21学时—第24学时
授课内容
第三章人机交互接口技术
教学目的
和要求
通过本章的学习,使学生了解人机交互接口的键盘及显示技术的概念,掌握键盘设计方法及接口,掌握LED显示原理,了解常用的显示接口技术。
重点
难点
教学重点
按键防抖技术,少量功能键设计,键盘特殊功能的处理,LED数码管的结构成显示原理
教学难点
矩阵键盘设计,LED动静态显示接口技术
教
学
安
排
(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)
3人机接口技术(4学时)
3.1键盘及接口技术(2学时)
3.1.1键盘设计需要解决的几个问题(0.5学时)
3.1.2少量功能键的接口技术(0.5学时)
3.1.3矩阵键盘的接口技术(0.5学时)
3.1.4键盘特殊功能的处理(0.5学时)
3.2LED显示接口技术(2学时)
3.2.1LED数码管的结构成显示原理(1学时)
3.2.2LED动态显示接口技术(0.5学时)
3.2.3LED静态显示接口技术(0.5学时)
思考题、
课后作业
思考:
作业1键盘为什么要防抖?
在计算机控制系统中如何实现防抖?
2说明非编码键盘扫描原理及键值方法
3LED发光二极管组成的段数码管显示器,就其结构来讲有哪两种接法?
不同的接法对字符显示有什么影响
主要
参考资料
计算机控制技术(第2版).顾德英主编.北京邮电大学出版社.2007年
微型计算机控制技术实用教程(第2版)潘新民,王燕芳编著.电子工业出版社.2010年
计算机控制技术(第1版)于海生编著. 机械工业出版社.2007年
计算机控制技术(第1版)薛弘晔 刘原编著西安电子科技大学出版社.2003年
课后自我
总结分析
课件的准备上还可以做到更多的图文并茂以便于学生更好的理解。
备注
(对本章节的课堂教学需补充说明的内容)
注:
此页针对具体授课内容填写
成都大学教案
总学时第25学时—第30学时
授课内容
第四章顺序控制与数字控制技术
教学目的
和要求
通过本章的学习,使学生掌握第一象限直线及圆弧插补方法及步进电机控制原理及应用以及相应的接口技术,了解顺序及数字控制的基本原理。
认识了解四个象限的插补方法。
重点
难点
教学重点数字程序控制原理,直线插补算法,圆弧插补算法,步机电机工作原理,步进电机计算机控制
教学难点逐点比较法插补算法,步进电机计算机控制方法
教
学
安
排
4顺序控制与数字控制技术(6学时)
4.1顺序控制技术(1学时)
4.2数字程序控制技术(5学时)
4.2.1数字程序控制基础(1学时)
4.2.2逐点比较法插补原理(2学时)
4.2.3步进电机控制技术(2学时)
思考题、
课后作业
思考:
如何将四个象限内的直线或是圆弧插补方法由一个程序编程实现?
作业:
1直线插补过程分为哪几个步骤?
有哪几种终点判别方法?
2圆弧插补过程分为哪几个步骤?
3设给定的加工轨迹为第一象限的直线OP,起点为坐标原点,终点坐标为(6,4),试进行插补计算,作出走步轨迹图,并标明进给方向和步数。
4简述反应式步进电动机的工作原理
5三相步机电动机有哪几种工作方式?
分别画出每种工作方式的各相通电顺序和电压波形图。
主要
参考资料
计算机控制技术(第2版).顾德英主编.北京邮电大学出版社.2007年
微型计算机控制技术实用教程(第2版)潘新民,王燕芳编著.电子工业出版社.2010年
计算机控制技术(第1版)于海生编著. 机械工业出版社.2007年
计算机控制技术(第1版)薛弘晔 刘原编著西安电子科技大学出版社.2003年
课后自我
总结分析
备注
(对本章节的课堂教学需补充说明的内容)
注:
此页针对具体授课内容填写
成都大学教案
总学时第31学时—第36学时
授课内容
第五章控制系统数据处理技术
教学目的
和要求
通过本章的学习,使学生了解控制系统数据处理一般方法。
了解查表方法,越限报警方法,掌握系统误差处理方法,量程转换,线性化处理及常用的数字滤波方法。
重点
难点
教学重点:
系统误差处理方法,量程转换,标度变换,常用数字滤波方法
教学难点:
标度变换,常用数字滤波方法
教
学
安
排
5控制系统的数据处理技术(6学时)
5.1测量数据预处理技术(3学时)
5.1.1系统误差的校准(1学时)
5.1.2线性化处理(1学时)
5.1.3越限报警处理及查表技术(1学时)
5.2量程自动转换和标度变换(1学时)
5.3数字滤波技术(2学时)
思考题、
课后作业
思考:
作业:
1数据预处理包括哪些技术
2什么是系统误差,系统误差如何产生?
如何消除?
3有哪些常见的数字滤波方法?
并简述其方法及特点。
4已知某热处理炉温度测量仪表的量程为0℃~1600℃,,经温度变送器输出电压为1~5V,再经AD574A转换(输入范围为0~5V,试计算当采样数值为3D5H时,所对应的炉温为多少℃?
(设为线性关系)
主要
参考资料
计算机控制技术(第2版).顾德英主编.北京邮电大学出版社.2007年
微型计算机控制技术实用教程(第2版)潘新民,王燕芳编著.电子工业出版社.2010年
计算机控制技术(第1版)于海生编著. 机械工业出版社.2007年
计算机控制技术(第1版)薛弘晔 刘原编著西安电子科技大学出版社.2003年
课后自我
总结分析
备注
(对本章节的课堂教学需补充说明的内容)
注:
此页针对具体授课内容填写
成都大学教案
总学时第37学时—第50学时
授课内容
第六章数字控制器的设计
教学目的
和要求
通过本章的学习,使学生了解数字控制器的模拟及数字化设计方法,掌握数字PID控制方法及参数整定方法,充分了解P、I、D控制的特点及相应的改进方法。
了解最少拍控制的基本概念及设计步骤。
重点
难点
重点数字控制器模拟化设计方法,数字PID控制算法,改进的数字PID控制器设计,数字PID参数整定方法
难点数字PID控制算法及其改进,PID参数整定
教
学
安
排
6数字控制器的设计(14学时)
6.1数字控制器的模拟化设计方法(11学时)
6.1.1数字控制器的模拟化设计步骤(1学时)
6.1.1PID算法的数字实现(2学时)
6.1.2数字PID调节中的几个实际问题(2学时)
6.1.3几种发展的PID算法(4学时)
6.1.4PID参数的整定方法(2学时)
6.2数字控制器的数字化设计方法(3学时)
6.2.1数字控制器的数字化设计步骤(1学时)
6.2.2最少拍控制系统设计(2学时)
思考题、
课后作业
思考:
作业:
1、数字控制器的模拟化设计方法步骤是什么?
2什么是最小拍控制?
3、增量式数字PID与位置式数字PID相比较,主要有哪些优点?
分别写出两种数字PID算式。
4有哪些常见的改进型数字PID方法,试述改进原因以及改进方法。
5采样周期如何选择,有哪些常见的数字PID参数整定方法?
主要
参考资料
计算机控制技术(第2版).顾德英主编.北京邮电大学出版社.2007年
微型计算机控制技术实用教程(第2版)潘新民,王燕芳编著.电子工业出版社.2010年
计算机控制技术(第1版)于海生编著. 机械工业出版社.2007年
计算机控制技术(第1版)薛弘晔 刘原编著西安电子科技大学出版社.2003年
课后自我
总结分析
可考虑结合matlab以及实验装置,对系统进行PID及最少拍数字控制器多种控制方法实现。
备注
(对本章节的课堂教学需补充说明的内容)
成都大学教案
总学时第52学时—第54学时
授课内容
第七章微机控制系统设计
教学目的
和要求
通过本章的学习,使学生结合全书各章节内容,综合应用计算机控制技术、自动控制原理、仪器仪表技术、过程控制技术并结合微机原理、单片机原理等相关课程,掌握综合设计实用的计算机控制系统方法。
重点
难点
教学重点微机控制系统设计步骤及实例
教学难点微机控制系统设计步骤及应用
教
学
安
排
7微机控制系统设计(4学时)
7.1微机控制系统设计方法及步骤(2学时)
7.2微机控制系统设计举例(2学时)
思考题、
课后作业
思考:
如何系统的构建一计算机控制系统?
作业:
无
主要
参考资料
计算机控制技术(第2版).顾德英主编.北京邮电大学出版社.2007年
微型计算机控制技术实用教程(第2版)潘新民,王燕芳编著.电子工业出版社.2010年
计算机控制技术(第1版)于海生编著. 机械工业出版社.2007年
计算机控制技术(第1版)薛弘晔 刘原编著西安电子科技大学出版社.2003年
课后自我
总结分析
以课程设计或是毕业设计等形式让学生动手组建一实用的微型计算机控制系统,进行全系统软硬件综合设计,有条件进行相应的实物制作,可使学生对本门及相关课程的知识得到全方位的理解及应用。
备注
(对本章节的课堂教学需补充说明的内容)
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- 计算机控制 技术 教案