《计算机控制系统A》课程教学大纲 课程编号: 1110206 课程名称： 计算机控制系统A 英文名称： Computer Control System A 课程类型: 专业课 总 学 时： 56 讲课学时：46 实验学时：10 学 分： 3.5 适用对象: 自动化专业 先修课程： 自动控制理论、模拟电子技术基础、数字电子技术基础、微机原理与应用 一、课程性质、目的和任务 本课程是自动化专业主要骨干专业课之一，其性质、目的和任务是使学生掌握计算机控制系统的基本结构组成，过程通道的类型、设计方法和抗干扰措施，离散系统控制算法的主要设计方法和类型，接口技术和提高计算机控制系统可靠性与抗干扰措施的方法，计算机实时监控系统软件设计方法，以及现场总线技术在计算机控制系统中的应用等。为学生今后实际工作奠定一定的基础。 二、教学基本要求 掌握计算机控制系统的基本构成类型和特点，了解计算机控制技术在国内外控制领域的应用发展情况。 掌握过程通道的构成形式、工作原理和基本设计方法。 在掌握采样控制理论的基础上，重点掌握计算机控制系统的模拟化设计和直接数字化设计等控制算法的原理与设计方法。 了解掌握计算机控制系统现代控制理论基本设计方法，状态空间极点配置、离散二次型最优控制、自适应和自校正控制等。 掌握计算机控制系统接口技术、控制总线的基本原理、组成、功能特点等。 掌握计算机控制系统可靠性的基本概念和提高系统可靠性的设计方法；掌握干扰的产生和形成干扰的机理，以及抑制消除干扰的方法和技术措施。 了解掌握计算机实时监控软件系统的基本构成原理、功能实现和设计方法。 了解掌握现场总线技术的基本原理、特点和网络结构组成，及其在计算机控制系统的应用情况。 三、教学内容及要求 1. 概述 主要介绍计算机控制系统的产生和发展过程，计算机控制系统的基本结构形式、组成、特点、主要功能，以及其在国内外过程控制领域中的应用情况。 2. 过程通道 掌握过程通道的构成原理及其在计算机控制系统中的作用和地位，采样原理、采样周期的选择，A/D和D/A转换的原理和主要方法，模拟量输入通道、模拟量输出通道、开关量输入通道、开关量输出通道的基本原理和设计方法，过程通道的可靠性及抗干扰措施。 计算机控制系统理论基础 掌握采样系统理论，Z变换，线性离散系统的数学描述，离散系统的传递函数、系统动态稳态性能分析。 计算机控制系统的控制算法 掌握PID控制算法以及基于PID控制算法的各种改进变形算法，纯迟后补偿Smith预估控制算法，状态观测器控制算法，导前微分、前馈反馈、串级三冲量数字控制系统的设计。理解多变量系统的静态解耦控制算法的设计。 控制算法的直接数字设计 掌握数字控制系统的参数最优化的低阶控制算法，最少拍随动控制系统、最少拍无波纹随动控制系统的设计，针对最少拍设计中存在的局限性，理解惯性因子法、非最少有限拍控制和达林控制算法的设计。 6. 控制算法的现代控制理论设计方法 理解现代控制理论状态空间极点配置设计法，离散二次型最优控制设计法，简介自适应控制和自校正控制。 7. 计算机控制系统的接口技术 掌握计算机控制系统接口总线的概念、分类及典型总线的结构功能。理解计算机系统典型并行、串行I/O接口结构、编程、组态，DMA、CRT控制器接口、磁盘结构、磁盘控制器接口。 8. 计算机控制系统可靠性与抗干扰措施 掌握系统可靠性基本概念，计算机控制系统RAS技术、容错技术，提高系统可靠性的途径，计算机控制系统抗干扰措施等。 9. 计算机实时控制系统软件设计 掌握计算机系统操作系统的基本概念，操作系统的主要类型、功能，重点介绍实时操作系统的组成功能，控制软件的设计方法等。 10. 现场总线技术 掌握现场总线技术的基本原理和网络结构形式，结合实例重点分析该技术在计算机控制系统中应用的突出特点和作用，以及与常规计算机控制系统的区别等。 四、实践环节 模拟量输入（A/D）通道设计编程实验 模拟量输出（D/A）通道设计编程实验 基于模拟化设计方法的控制算法设计与仿真实验 基于直接数字设计方法的控制算法设计与仿真实验 基于DCS系统平台的数字控制系统设计组态实验 五、课外习题及课程讨论 本课程将在课堂教学的基础上，结合课程内容给学生适当安排一定量的基础理论知识方面的课外习题，同时再结合工程问题要求学生在课外通过查阅参考相关资料，对一些应用设计题目作出分析和设计，并通过习题课和课堂讨论的形式对有关习题和设计题目的内容进行讨论、点评和分析，以加深学生对所学内容的理解和掌握。 六、教学方法与手段 采用启发式思维型教学模式，以课堂教学为主，并配以相应的课外习题和工程应用设计问题的分析设计，以及实验内容进行教学和分析设计。 七、各教学环节学时分配 内容 讲课 习题课 讨论课 实验（上机） 其他 合计  绪论 2     2  过程通道 8   4  12  理论基础 4     4  控制算法 6   2  8  直接数字设计 6   2  8  现代设计方法 4     4  接口技术 4     4  可靠性与抗干扰措施 4     4  实时监控软件设计 4   2  6  现场总线技术 4     4  合计 46   10  56  八、考核方式 闭卷考试＋实验＋平时成绩 九、推荐教材和教学参考书 教 材：计算机控制技术与系统（第二版），吕震中、刘吉臻、王志明 编，中国电力出版社 2005.1 参考书：计算机控制技术与系统，刘吉臻、李大中、牛玉广 编，华北电力大学校内讲义。 大纲制订人：李大中 大纲审定人：马平 大纲校对人：焦嵩鸣 制订日期：