计算机控制技术 教案全套 第1--7章 计算机控制导论--计算机控制系统设计与应用.docx

计算机控制技术 教案 课程名称 计算机控制技术 学 时 32 总学时： 32 学时 讲课： 28 学时 实验： 4 学时 其他： 学时 周 时 8 课程类别 公共课 ( ) 基础课 ( ) 专业课( ) 专业基础课( ) 专业选修课( √ ) 公共选修课( ) 授课对象 电气工程及其自动化、工业自动化 教材： [1] 缪燕子、褚菲、代伟等. 计算机控制技术， 机械工业出版社，2022. 主要参考资料： [1] 高金源. 计算机控制系统原理设计与实现. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2002. [2] 廖道争, 施保华. 计算机控制技术. 北京: 机械工业出版社, 2016. [3] 李江全. 计算机控制技术与组态应用. 北京: 清华大学出版社, 2013. [4] 丁建强, 任晓, 卢亚平. 计算机控制技术及其应用. 北京: 清华大学出版社, 2012. [5] 关守平. 计算机控制理论与设计. 北京：机械工业出版社, 2012. [6] Karl Astrom, Bjorn Wittenmark编著，周兆英等译.计算机控制系统—原理与设计(第三版). 北京: 电子工业出版社,2001. 教学目的： 通过本课程的学习，要求学生系统地掌握计算机控制系统的描述、分析与设计方法；使学生能够独立分析计算机控制系统的构成，工作原理，根据系统的响应分析系统的基本性能情况；能够根据系统的性能需求，采用所学的控制器设计方法，设计相应数字控制器，并能对不同的控制结果加以分析；能够利用图书馆和网络查阅国内外的资料，了解当前计算机控制技术的应用进展情况，并能对具体案例作必要的分析。 教学要求： 本课程系统地讲述计算机控制系统基本原理与实现技术问题，重点是计算机控制系统的描述、分析和设计，要求学生在“了解”、“掌握”和“利用”等3个层面上，清晰高效地完成教学内容的学习。“了解”要求做到对概念原理清楚明了；“掌握”需熟知并能灵活运用知识点的概念原理，“利用”需要具有相应的计算分析与综合设计能力。其教学内容的基本要求为： 1）了解计算机控制的发展、系统的组成与特点； 2）掌握离散时间信号的采样和保持过程； 3）掌握计算机控制系统的性能指标要求，能应用时域法、频域法分析系统的性能指标； 4）利用根轨迹法、最少拍设计法等对给定对象进行数字控制器设计，并对设计结果进行正确的分析。 教学重点、难点： 该课程的重点是计算机控制系统的描述、分析和设计，其教学内容的重点和难点为： 1）离散时间系统，连续时间信号的采样、连续时间状态空间系统的采样；状态空间模型的坐标系变换； 2）离散时间系统分析，包含稳定性、能控性、能达性、能观测性、能检测性； 3）基于传递函数的近似法、基于状态模型的近似法、根轨迹法、W变化法、数字PID控制器、最少拍设计法设计控制器； 4）应用状态空间法，采用状态反馈调节进行极点配置设计； 5）数字控制器的实现。 章节课时安排 一、课堂教学（28学时） 章节 内容 学时 教学单元 第1章 计算机控制导论 计算机控制系统的组成、特点及优点，计算机控制系统的发展概述及分类，计算机控制系统的理论问题、设计与实现。 2 1 (1.1) 第2章 计算机控制系统信号分析 A/D、D/A变换及计算机控制系统中信号的分类，理想采样信号的时域、复域和频域描述，采样定理和前置滤波器，信号的恢复与重构，信号的整量化，计算机控制系统简化结构。 2 2 (2.1) 第3章 计算机控制系统的数学描述 离散系统的时域描述——差分方程，差分方程的迭代求解，Z变换的定义、基本定理及变换方法，脉冲传递函数的定义、特性及与差分方程关系，离散系统的方框图分析，离散系统状态空间描述。 4 3-4 (3.1~3.2) 第4章 计算机控制系统分析 S平面和Z平面之间的映射，离散系统的稳定性分析以及与采样周期的关系，稳态误差的分析以及采样周期的影响，时域特性分析，零极点与时间响应的关系，频域特性分析以及相对稳定性。 6 5-7 (4.1~4.3) 第5章 计算机控制系统经典设计方法 连续域-离散化设计的原理、步骤和各种离散化方法，数字PID控制器设计及其参数整定， 8 8-11 (5.1~5.4) 第6章 计算机控制系统直接设计方法 离散控制系统Z平面设计性能指标，Z平面根轨迹设计方法，W’变换及频域设计，最少拍控制器设计。 4 12-13 (6.1~6.2) 第7章 计算机控制系统设计与应用 双摆实验系统的计算机控制设计与实现，转台计算机伺服控制系统设计，民用机场供油集散系统 2 14 (7.1) 二、实验教学（4学时） 实验单元 内容 学时 实验1 数字PID控制实验 研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响；研