计算机控制课程设计大纲2011

《计算机控制系统》课程教学大纲课程概要2教学大纲2.1教学目的和任务“计算机控制系统”课程定位为自动化专业高端专业课群中的理论核心课程之一，是本科专业基础理论的综合应用，同时还是自动控制理论实际应用的基础。

从本课程开始，学生才真正接触到计算机控制的概念、理论、方法和技术。

本课程主要讲述计算机控制系统理论与工程设计的基础理论与方法，主要包括信号转化与z变换、计算机控制系统数学描述与性能分析、数字控制器的模拟化设计方法、数字控制器的直接设计方法，以及数字控制器实现中的关键技术。

通过本课程的学习，使学生掌握计算机控制系统设计的基本方法，培养学生应用所学过的控制理论基本知识分析和解决实际问题的能力，为进一步的学术研究和工程应用奠定基础。

2.2教学内容的结构（1）“计算机控制系统导学与概述”模块内容本模块使学生明确本门课程的研究内容和讲授思路，概述计算机控制系统。

本模块包括：计算机控制系统的定义、本课程的研究内容和讲授思路；计算机控制系统的基本概念、基本结构、性能指标、发展历程和基本类型。

（2）“信号转换与z变换”模块内容计算机控制系统是一个信号混合系统，包括信号从连续变成离散，又从离散变成连续的过程，本模块包括：信号连续与离散之间的相互变换关系，分析该变换对信号本身的影响。

本模块包括：采样信号分析与香农采样定理；采样信号恢复与保持器性能分析；信号转换的工程化技术；z变换与z反变换的定义、变换方法和定理。

（3）“计算机控制系统数学描述与性能分析”模块内容计算机控制系统的分析与设计以系统的数学描述为基础，通过脉冲传递函数作为系统描述的基本工具，建立系统各环节的数学模型，对计算机系统的各种性能进行分析。

本模块包括：计算机控制系统脉冲传递函数模型的定义和建立方法；计算机控制系统稳定性的分析，离散系统稳定性条件，s平面与z平面的映射关系（多对一）以及采样周期对计算机控制系统稳定性的影响，判断离散系统稳定性的方法（劳斯判据和朱利判据）；对计算机控制系统稳态过程和暂态过程进行分析，计算机控制系统稳态误差的定义及其求解方法，三种典型输入的稳态误差系数，系统类型与稳态误差的关系，z平面极点分布与暂态性能的关系，以及采样周期对稳态性能和暂态性能的影响。

课程设计任务书2011～2012 学年第 1 学期学生姓名：专业班级：电气工程及其自动化2008级（1）班指导教师：胡蔷陶彪工作部门：电气与电子信息工程学院电气自动化教研室一、课程设计题目计算机控制课程设计二、课程设计内容（含技术指标）1．设计目的及要求通过本课程设计学生应掌握设计所用硬件电路的工作原理，软件的使用方法。

能较熟练地使用软件平台设计较复杂的计算机控制系统。

1）根据设计课题的技术指标和给定条件，能独立而正确地进行方案论证和设计计算，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。

2）要求掌握计算机控制系统的设计内容、方法和步骤。

3）学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数。

4）学会绘制有关计算机控制系统原理图和编制元器件明细表。

5）学会编写设计说明书。

6）通过对所设计的系统进行仿真实验，掌握系统仿真的方法。

7）按设计指导书中要求的格式书写设计报告，所有的内容一律打印。

8）报告内容包括设计过程、软件仿真结果及分析、硬件仿真结果及分析。

9）必须有整体电路原理图、各模块原理图。

10）软件仿真包括各个模块的仿真和整体电路的仿真。

2．设计内容1）接口设计项目设置与内容序号名称内容提要学时每组人数1 8253可编程计数/定时器8253与单片机的硬件连接8253工作方式及其功能2 5～82 A/D转换ADC0809与单片机的硬件连接ADC0809的转换性能25～8ADC0809转换的编程和调试方法3 存储器扩展与EPROM编程常用存储器芯片单片机扩展外部存储器的硬件、软件设计与调试方法EPROM的擦除、编程方法2 5～84 基本I/O接口和中断单片机I/O接口的特性和使用方法单片机中断系统的性能、中断程序的编制和调试方法2 5～85 步进电动机控制单片机控制步进电动机的硬件接口技术步进电动机驱动程序的设计与调试方法2 5～86 顺序控制了解顺序控制系统设计和调试简单的顺序控制系统 2 5～8 2）计算机控制课程设计项目设置与内容1. 智能式脱水控制系统设计2. PID数字控制器的设计3. 冰箱控制器设计4. 燃油加热炉IPC控制系统设计5. 浓度—流量控制器设计6. 锅炉进水流量控制系统设计7. 加热炉参数检测和炉温控制系统设计8. 步进电机模糊PID控制9. 基于单片机的无线温控电风扇调速器设计10. 单相逆变电源数字化控制系统11. 基于单片机的交流调速系统设计12. 即热式电热水器模糊控制器的设计13. 电饭锅的模糊控制三、进度安排1．时间安排序号内容学时安排（天）1 接口设计项目 12 方案的选择论证 13 硬件、软件设计和仿真 54 设计答辩 15 撰写和打印设计报告 2合计10 2．执行要求计算机控制系统设计的6题中选做一题，要求独立完成，并在答辩过程中检测。

计算机控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握计算机控制系统的基础理论知识，包括控制系统的组成、工作原理和性能指标；2. 使学生了解常见传感器的工作原理，并能运用所学知识分析传感器的选用原则；3. 让学生掌握计算机控制算法的基本原理，如PID控制、模糊控制等。

技能目标：1. 培养学生运用计算机编程软件（如MATLAB）进行控制系统仿真的能力；2. 培养学生设计简单的计算机控制系统硬件电路，并进行调试的能力；3. 提高学生运用所学知识解决实际计算机控制问题的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机控制技术产生浓厚的兴趣，激发学生的学习热情；2. 培养学生具备团队协作精神，学会与他人共同探讨、分析和解决问题；3. 增强学生的创新意识，培养学生在面对实际问题时敢于尝试、勇于突破的精神。

分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为计算机控制技术的实践性课程，旨在培养学生的实际操作能力和创新能力。

学生处于高年级阶段，已具备一定的专业基础知识和实践能力。

教学要求注重理论与实践相结合，强调学生的动手实践能力和解决实际问题的能力。

二、教学内容1. 计算机控制系统概述- 控制系统基本概念- 控制系统发展历程- 计算机控制系统的优势与应用2. 控制系统硬件组成- 控制器硬件结构- 传感器及其接口技术- 执行器及其接口技术3. 计算机控制算法- PID控制算法原理- 模糊控制算法原理- 其他先进控制算法介绍4. 控制系统仿真与设计- MATLAB/Simulink软件介绍- 控制系统仿真模型搭建- 控制系统硬件设计及调试5. 实际案例分析与讨论- 典型计算机控制系统案例分析- 学生分组讨论实际控制问题- 创新性控制系统设计实践教学内容安排与进度：第一周：计算机控制系统概述第二周：控制系统硬件组成第三周：计算机控制算法第四周：控制系统仿真与设计第五周：实际案例分析与讨论教材章节及内容列举：第一章：计算机控制系统概述（涵盖教学内容1）第二章：控制系统的硬件与接口技术（涵盖教学内容2）第三章：计算机控制算法（涵盖教学内容3）第四章：控制系统的仿真与设计（涵盖教学内容4）第五章：计算机控制系统应用案例（涵盖教学内容5）三、教学方法本课程采用以下多样化的教学方法，以充分激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：用于讲解计算机控制系统的基本概念、原理和算法等理论知识。

计算机控制技术课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握计算机控制技术的基本原理和应用方法。

通过本课程的学习，学生将能够：1.知识目标：理解计算机控制技术的基本概念、原理和特点；熟悉计算机控制系统的组成和分类；掌握常见的计算机控制算法和应用。

2.技能目标：能够运用计算机控制技术解决实际问题；具备分析和设计简单计算机控制系统的的能力。

3.情感态度价值观目标：培养学生对计算机控制技术的兴趣和好奇心，提高学生运用科学技术解决实际问题的意识。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.计算机控制技术概述：计算机控制技术的起源、发展及其在各个领域的应用。

2.计算机控制系统的基本原理：模拟计算机控制系统、数字计算机控制系统、混合计算机控制系统。

3.计算机控制系统的组成：控制器、执行器、传感器、反馈元件等。

4.计算机控制算法：PID控制算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等。

5.计算机控制技术的应用：工业自动化、交通运输、楼宇自动化等。

三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学：1.讲授法：通过讲解计算机控制技术的基本概念、原理和特点，使学生掌握相关知识。

2.案例分析法：分析实际案例，使学生更好地理解计算机控制技术的应用。

3.实验法：让学生动手进行实验，培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。

4.讨论法：学生进行课堂讨论，激发学生的思考，提高学生的表达能力。

四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用国内权威出版社出版的计算机控制技术教材。

2.参考书：提供相关的计算机控制技术参考书籍，供学生自主学习。

3.多媒体资料：制作课件、教学视频等，丰富教学手段，提高教学效果。

4.实验设备：准备计算机控制系统实验装置，让学生能够实际操作，加深对知识的理解。

五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：通过课堂参与、提问、讨论等方式，评估学生的学习态度和积极性。

计算机控制》教学大纲大纲说明课程代码： 3335050总学时： 48学时（讲课 42学时,实验 6学时） 总学分： 3课程类别：专业模块选修课 适用专业：机械设计制造及其自动化专业 预修要求：自控原理、微机原理 一、课程的性质、目的、任务 :（ 一 ） 性质 属于机械制造及其自动化专业本科生的专业模块课程，为选修课。

（ 二 ） 目的 计算机控制技术与方法已广泛应用于各种工业领域，如炼油、化工、炼钢、发电、环境治理等方面， 计算机控制系统已成为过程工业的重要组成部分。

为此，要求学生不仅了解与掌握计算机控制理论、计算 机技术，而且能够设计可满足实际工业生产需要的计算机控制系统。

（ 三 ） 任务 通过本课程的学习，使从事机械制造及其自动化专业的学生掌握计算机控制系统常用的控制规律设计 方法，了解复杂控制规律的设计方法，初步掌握计算机集散控制系统的设计思想与实现技术，并能结合具 体的工业过程设计合理的控制方案，并加以工程实施。

二、课程教学的基本要求： 1．掌握计算机控制控制系统的原理与组成，了解计算机控制系统的分类与特点，了解计算机控制系 统的发展概况及趋势。

2．掌握过程输入 / 输出通道的设计方法。

3．掌握常用的数字控制算法设计及仿真方法，了解复杂数字控制控制器的设计方法。

4．了解控制计算机的组成 , 掌握数据预处理及数字滤波的常用方法。

5．了解计算机控制系统可靠性的概念 , 掌握常用的硬件可靠性技术和软件可靠性技术。

6．了解网络集成式分散控制系统 , 掌握计算机控制系统的工程设计方法及实现过程。

三、教学方法和教学手段的建议：多媒体教学和传统教学方法相结合课程习题要求 习题的基本要求是：巩固和深入理解所学过的基本概念、基本理论，提高计算技能。

培养学生分析问 解决问题的能力和严肃认真的科学作风。

习题可包括思考题和计算题，课外习题和课内习题。

大纲的使用说明： 本大纲适用于本科机械制造及其自动化专业，因为本课程涉及《自控原理》 、《微机原理及接口技术》 等专业基础知识，故适宜在第四学年开课。

二○一一～二○一二学年第一学期信息科学与工程学院自动化系课程设计报告书姓名：高胜学号：200804134180班级：自动化0806课程名称：计算机控制与接口技术指导教师：潘炼2011年12月5日基于单片机的步进电机控制系统步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。

控制系统通过单片机存储器、I/O接口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。

为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。

人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、绘图仪，磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。

此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被广泛应用在各种自动化控制系统中，随着微电子和计算机技术的发展，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用，大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。

1.步进电机原理及硬件和软件设计1.1步进电机原理及控制技术由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专业设备----步进电机控制驱动器，典型步进电机控制系统如图1所示：控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几千赫兹可以连续变化的脉冲信号，它为环形分配器提供脉冲序列，环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输入端，以驱动步进电机的转动，环形分配器主要有两大类：一类是用计算机软件设计的方法实现环形分配器要求的功能，通常称软环形分配器。

计算机控制系统课程教学大纲计算机控制系统课程教学大纲一、课程概述计算机控制系统课程是一门涉及自动化技术、计算机技术、控制系统理论和实践的综合性课程。

本课程的目标是培养学生具备设计、分析和实现计算机控制系统的能力，为进一步深入学习和从事相关领域的工作打下坚实的基础。

二、课程目标通过本课程的学习，学生将能够：1、理解并掌握计算机控制系统的基本概念、原理和方法；2、熟悉并掌握计算机控制系统的硬件和软件设计技术；3、掌握数字信号处理和数字控制的基本理论和方法；4、能够进行计算机控制系统的设计和实现；5、了解并掌握计算机控制系统的性能评估和优化方法。

三、课程内容本课程将涵盖以下内容：1、计算机控制系统基本概念和原理；2、计算机控制系统硬件设计，包括控制器、输入输出接口、信号转换器等；3、计算机控制系统软件设计，包括控制算法、数据结构和程序设计等；4、数字信号处理和数字控制理论和方法；5、计算机控制系统设计和实现，包括离散化方法、系统稳定性分析、控制器设计和仿真等；6、计算机控制系统性能评估和优化方法。

四、课程活动本课程将采取以下活动：1、课堂讲解：由教师讲解课程内容，包括基本概念、原理和方法等；2、实验操作：学生在实验室进行实验操作，包括硬件设计和软件编程等；3、小组讨论：学生分组进行讨论，交流学习心得和解决问题的方法；4、项目实践：学生独立完成一个计算机控制系统的设计和实现，培养实际操作能力。

五、课程评估本课程的评估将采取以下方式：1、平时作业：布置相关习题和阅读材料，检验学生对课程内容的掌握情况；2、期中考试：进行中期考试，测试学生对课程内容的掌握程度；3、期末考试：进行期末考试，全面测试学生对课程内容的理解和应用能力；4、项目实践：对学生的项目实践进行评分，评估其设计和实现能力。

六、课程资源本课程将使用以下资源：1、教材和参考书：将提供相关教材和参考书，供学生学习和参考；2、实验室设备：提供实验所需的硬件设备和软件工具，供学生进行实验操作；3、网络资源：提供相关网站和在线资源，供学生自行学习和研究。

《计算机控制技术》课程设计Curriculum Design of Computer Control Technology课程编号：05360930 学时：1周学分：1先修课程：微机原理及应用、自动控制理论I、计算机控制技术适用专业：自动化一、目的与任务《计算机控制技术课程设计》是自动化专业教学计划中具有承上启下、融会贯通意义的实践性课程，它建立在微机原理及应用、自动控制理论、计算机控制技术等课程知识的基础上，为自动化专业的学习打好坚实的基础。

《计算机控制技术课程设计》的任务是在所掌握的计算机控制技术理论知识的基础上，利用现有的实验平台，掌握利用微机技术进行直流电机转速测量与控制的基本原理和方法。

二、要求、内容与进度安排1．要求（含工作量要求）（1）学生在上机前要进行充分准备，事先充分查阅所需设计资料（2）能按照所给电路图选择所需器件，并在实验平台上搭建实验电路（3）根据所给样程，编写相关程序，并进行调试（4）完成课程设计报告并进行答辩以上各要求所需工作量为5天。

1．内容本设计内容参照《计算机控制技术课程设计指导书》执行。

（1）采用PID控制算法实现直流电机转速的测控，并利用FD-ST8088A实验平台动态显示转速大小等信息，转速给定由键盘置入（2）采用模块化结构编制测控程序，定时中断和转速利用8253T0、T1编制相应的服务程序，显示相关信息调用INT14（3）将调速系统按照接线图连接无误后，再将编好的源程序汇编、链接，形成可执行文件并下载到FD-ST8088A实验平台进行调试、运行，直到满意为止。

3．进度安排（学时）（1）硬件接线 1.5天（2）软件编程调试3天（3）答辩0.5天共计5天（1周）三、考核与成绩评定考核主要由指导教师在最后一次上级考核，分为优、良、中、及格、不及格五个档次。

评分依据：1．答辩过程中回答问题是否基本正确2．课程设计报告是否清晰准确3．平时上机是否不迟到不早退，工作是否认真能完成上述几条的，且能独立自主完成课程设计的可评为优。