天津大学《计算机控制技术》课程教学大纲
课程代码： 学 时： 学时分配： 授课学院： 适用专业： 先修课程：
2160064 32
课程名称： 计算机控制技术 学 分： 2
授课：24 上机： 实验：8 实践： 实践（周）： 计算机学院
更新时间： 2011-6-13
计算机科学与技术专业
电路与电子技术、计算机组成原理、C语言、高等数学、积分变换、数学模型
一、课程的性质与目的
《计算机控制技术》课程跨越多个学科方向，包括数学相关内容、控制理论和技术、电子技术和计算机技术等，是一门理论基础扎实、知识面宽广、应用性强、对学生水平要求较高的课程。当前的控制科学和技术在军事领域、航空航天领域、工业生产、现代农业、社会和经济等领域都有重要应用。该课程将分理论和实验两大部分，理论部分将介绍控制科学和技术中最基本、最重要、最成熟的经典的部分内容，实验部分将在学院嵌入式平台上完成控制技术的应用实验。通过该课程的学习，学生将巩固前期所学的基础课程，并能予以深入理解和应用，同时能开拓视野提升使用理论工具分析解决外部复杂系统的能力。 二、教学基本要求
1复习并掌握高等数学、组成原理、电子技术等先修课程； 2 掌握控制系统的整体框架和系统结构；
3 掌握基于控制系统思路分析研究对象,如何建立物理现实与抽象描述的对应关系方法；
4 掌握解析式建立方法,从工程角度理解和掌握拉氏变换,学习和掌握方框图的使用；
5 掌握应用系统搭建的的基本框架和基本方法，明确引入Z变换的意义，掌握PID控制方法，了解复杂控制系统架构；
6 通过实验实际完成一个综合系统的控制实现。 三、教学内容
第一章：背景介绍及整体概论，介绍本课程的基本情况、背景和课程内容，以水箱控制系统为例，给出控制系统的整体框架和系统逻辑组成。
第二章：数学模型及拉氏变换，讲解针对受控对象的数学模型分析和建立方法，讲解拉氏变换理论方法；
第三章：拉氏变换应用及传递函数和方框图，讲解控制基本理论和分析方法，包括拉氏变换分析微分方程，传递函数和方框图的建立和使用，等控制系统分析基本方法；
第四章：模拟和数字信号转换，介绍计算机控制用到的模拟数字信号转换理论和基本法则，包括A/D以及D/A转换原理和技术；
第五章：输入输出通道分析，针对受控对象和计算机之间接口部分，通过经典的电路分析，使学生掌握控制系统中常用的电路搭建和使用方法；
第六章：离散系统描述和分析，讲解Z变换的原理、方法和差分方程中的使用实例；
第七章：Z变换深入，讲解Z变换引起的脉冲传递函数、开环闭环传递函数、Z变换下的方框图；
第八章：控制性能指标描述，数字采集与处理，讲解控制系统基本分析描述指标，数字处理的原理和基本算法；
第九章：PID控制，讲解连续系统的比例控制、比例积分控制、比例积分微分控制；
第十章：复杂控制系统，介绍串级控制、比例控制、前馈控制，以及多种控制方法集成复杂控制；
第十一章：高级控制技术介绍，介绍梅森公式、时域分析原理方法、根轨迹分析、状态空间。
实验一：简单闭环控制，在已有嵌入式平台上，通过软硬件设计搭建平台，实现简单的电机转速控制；
实验二：PID控制算法，在已有嵌入式平台上，通过软硬件设计搭建平台，综合使用平台提供的红外、串口等丰富接口实现PID控制；
实验三：复杂控制，在已有嵌入式平台上，通过软硬件搭建平台，综合使用平台提供的红外、串口和步进电机驱动模块实现较复杂的控制系统。
四、学时分配
教学内容 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 实验一 实验二 实验三 五、评价与考核方式
课堂出勤、回答提问、实验和作业等平时成绩占30% ，课程考试占70%。
授课 2 2 2 2 2 2 2 2 4 2 2 上机 实验 2 3 3 实践 实践(周) 六、教材与主要参考资料
[1] 计算机控制技术，熊静琪，电子工业出版社，2000 [2] 计算机控制系统，何克忠，清华大学出版社，2002 [3] 计算机控制技术，余人杰，西安交通大学出版社，2001 [4] 现代计算机控制系统，冯勇，哈尔滨工业大学出版社，1999 [5] 动态系统的反馈控制，Genef.Frank，电子工业出版社，2004 [6] 自动控制原理，哈尔滨理工大学精品课程，http://jpk.hrbust.edu.cn/zdkz/
[7] 自动控制原理，西北工业大学精品课程，http://jpkc.nwpu.edu.cn
[8] SMART嵌入式实验指导，广州致远有限公司技术文档
TU Syllabus for Computer Control Technology
Code:
Semester Hours: Semester Structure
Hour
2160064 32
Title: Credits:
Computer control technology 2
Lecture： 24 Computer Lab： Experiment：8 Practice： Practice (Week)： School of computer
Offered by: for: Prerequisite:
1. Objective
science technology
and Date:
2011-6-13
Computer science and technology
Higher mathematics, c programming, computer principles
1 Review and master mathematics, composition theory, electronic technology and etc course;
2 master control system of the overall framework and system architecture;
3 master control system of thought based on analysis of the object, how to build an abstract description of physical reality ;
4 master the analytic establishments, from an engineering perspective to understand and master the Laplace transform, to learn and master the use of block diagram; 5 master the basic application framework and the basic method, be clear with the significance of the introduction of Z transform, master PID control method to understand the complex control system architecture;
6 Performed the experiment and achieve an integrated system control.
2. Course Description
This course includes mathematics-related content, control theory and control technology, electronic technology and computer technology. This course need a solid theoretical foundation and broad knowledge supporting, The students of this
course require to have a higher level ability. Today’s control technology is used in the military field, aerospace field, industrial production, modern agriculture, social and economic fields. The course will be divided into two parts, theoretical and experimental,
theoretical part
of
the Control
Science and
Technology will
introduce the most basic, most important, the most mature part of the classic. Experimental section
will be
completed using
the
embedded platform
at
the Institute. Through this course, students will be more familiar with the foundation of the courses early and can deeply understood the foundation course and know how to using them. The students can also broaden their knowledge and at the same 3. Topics
Chapter I: Background and overall a general introduction to the basic situation of the course, background and course content, based on the tank control system gives the control system logic of the overall framework and system components.
Chapter II: mathematical model and Laplace transform, to explain the mathematical model for the analysis of the controlled object and the establishment of methods to explain the theory of Laplace transform methods;
Chapter III: Application of Laplace transform and transfer function and block diagram to explain the control of the basic theory and analysis, including Laplace transform of differential equations, transfer functions and block diagram of the establishment and use of basic methods such as control system analysis;
Chapter IV: Analog and digital signal conversion, introduced computer-controlled analog-digital signal converter used in the theory and basic principles, including the A / D and D / A conversion principles and techniques;
Chapter Five: Analysis of input and output channels for the interface between the controlled object and the computer part, by the classical circuit analysis, to enable students to master the circuit used in the control system;
Chapter VI: Description and analysis of discrete-time systems, Z transform to explain the principles, methods and the use of differential equations instance;
time enhance
the use
of theoretical tools to
analyze
and
solve complex external systems.