《计算机控制系统》教学大纲

《计算机控制系统》教学大纲适用范围202X版本科人才培养方案课程代码05157181课程性质专业选修课学分3学分学时48学时（理论40学时，实验8学时）先修课程积分变换、模拟电子技术、数字电子技术、自动控制原理后续课程过程控制系统适用专业自动化开课单位电气工程与自动化学院一课程说明《计算机控制系统》是自动化专业学生的专业选修课本课程主要阐述计算机控制系统的建模、性能分析、控制器设计及控制系统仿真与实现的理论、方法和实用技术本课程注重基本理论知识的深入学习，重点培养学生运用计算机控制系统的基本知识解决生产实际问题的能力，兼顾计算机控制领域的先进技术，培养“厚基础、宽口径、高素质、强能力”的工程应用型人才二课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标课程目标1:掌握工程控制系统分析和设计的基本原理及方法，能运用专业语言正确描述控制系统的功能结构和工作原理，能对线性定常系统进行建模和性能分析课程目标2能正确运用计算机控制系统的理论知识，针对自动控制系统的特定功能需求和系统结构、工况等具体特点，合理设计系统结构、科学选择控制策略，并利用专业软件或设备验证计算机控制系统的功能和合理性课程目标3理解有关的国家标准、行业标准、法律法规以及行业政策，并将其运用到计算机控制系统的方案设计和具体实现中

三、课程目标与毕业要求《计算机控制系统》课程教学目标对自动化（专升本）毕业要求的支撑见表1表1课程教学目标与毕业要求关系支撑强毕业要求指标点课程目标度

1.工程知识L4能够将自然科学、工课程目标1:掌握工程控制系统分程基础、专业知识和数析和设计的基本原理及方法，能运学模型方法应用于自动用专业语言正确描述控制系统的控制领域复杂工程问题功能结构和工作原理，能对线性定H解决方案的比较与综常系统进行建模和性能分析，进而合设计符合功能需求的控制器；理解有关的国家标准、行业标准、法律法规以及行业政策，并能将其运用到计算机控制系统的方案设计和具体实现中

5.使用现代工具

5.2能够选择和使用恰课程目标2能正确运用计算机控当的现代仪器、系统仿制系统的理论知识，针对自动控制真与设计软件、信息技系统的特定功能需求和系统结构、术工具对自动控制领域工况等具体特点，合理设计系统结H复杂工程问题进行分构、科学选择控制策略，并利用专析、计算和设计业软件或设备验证计算机控制系统的功能和合理性注表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度四教学内容基本要求与学时分配

1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2表2教学内容、基本要求与学时分配理论学实验学对应的课程教学内容教学要求，教学重点难点时时目标

1.计算机控制系统概教学要求使学生掌握计算机控制系统的基述本结构及特点，了解计算机控制系统的分类

1.1计算机控制系统和发展历程，进而掌握计算机控制系统的技的基本结构和特点术沿革规律和发展趋势

4011.2计算机控制系统重点计算机控制系统的结构组成和发展趋的分类和发展趋势势难点计算机控制系统的结构特点教学要求使学生掌握计算机控制系统信号的转换关系；掌握采样过程的相关概念、实现方法及关键参数;掌握香农采样定理；掌

2.信号转换与Z变换握零阶保持器与一阶保持器的概念和时域表

2.1计算机控制系统示形式；掌握Z变换和Z反变换的计算方法中的信号转换及工程重点采样过程的实现方法及关键参数；香

621、2化技术农（shannon）采样定理；零阶保持器的时

2.2Z变换与Z反变换域表示形式、重要意义、用途及其传递函数;z变换和z反变换的定义及计算方法难点信号转换关系；频率混叠现象；z变换和z反变换的计算方法

3.计算机控制系统数教学要求使学生理解差分方程的含义及其学描述与性能分析求解方法；理解脉冲传递函数的含义，掌握

3.1线性常系数差分计算机控制系统开环脉冲传递函数、闭环脉冲传递函数和闭环误差脉冲传递函数的的建方程与脉冲传递函立方法；深刻理解s平面与z平面的映射关数；

621、2系；能正确运用代数判据判断线性定常离散

3.2计算机控制系统控制系统的稳定性；掌握系统稳态误差与误稳定性分析与代数稳差系数、系统类型的关系；了解采样周期对定性判据；系统暂态性能的影响

3.3计算机控制系重点脉冲传递函数的建立；线性定常离统稳态过程分析；

3.4计算机控制系统暂态散控制系统的稳定性分析；线性定常离散控过程分析制系统的稳态指标计算；线性定常离散控制系统的暂态过程分析及暂态指标计舁难点线性定常离散控制系统的稳态指标计算；线性定常离散控制系统的暂态过程分析及暂态指标计算教学要求使学生掌握数字控制器模拟化设计方法的基本思路、适用条件和一般步骤；掌握数字PID控制算法的位置式算法和增量

4.数字控制器的模拟式算法；掌握改进PID算法的基本思路和算化设计方法法特点；掌握数字Smith预估控制器的设计

4.1数字控制器模拟思路及设计方法；掌握数字PID控制器的参化设计方法基本原理数整定方法

4.2连续控制器的离重点数字控制器模拟化设计方法的基本思

1022、3散化方法路、适用条件和一般步骤；数字PID控制算

4.3数字PID控制器法的位置式算法和增量式算法;改进PID算法的基本思路和算法特点；数字PID控制器设计的参数整定方法

4.4Smith预估控制难点改进PID算法的基本思路和算法特点；数字Smith预估控制器的设计思路及设计方法

5.数字控制器的直接教学要求使学生掌握数字控制器直接设计设计方法方法的基本思路、适用条件和一般步骤；掌握最小拍控制器的设计方法和特点；掌握最

5.1数字控制器直接小拍控制器的工程化改进思路及方法；掌握设计方法基本原理大林算法的基本思想及工程应用；理解数字

5.2最小拍控制器的控制器的程序实现思路设计方法重点数字控制器直接设计方法的基本思路、

5.3最小拍控制器的

1022、3适用条件和一般步骤；最小拍控制器的设计工程化改进方法和特点；最小拍控制器的工程化改进思

5.4大林算法及其工路及方法；大林算法的基本思想及工程应用程应用难点最小拍控制器的设计方法和特点；最

5.5数字控制器的程小拍控制器的工程化改进思路及方法；大林序实现算法的基本思想及工程应用

6.计算机控制系统的设计与实现

6.1计算机控制系统教学要求使学生掌握计算机控制系统的基设计原则与方法本设计原则和思路；了解计算机控制系统硬

6.2计算机控制系统件设计的基本思路和关键技术；了解计算机的硬件设计控制系统软件设计的基本思路和关键技术；

402、

36.3计算机控制系统掌握计算机控制实现中常用的抗干扰技术的软件设计重点计算机控制系统的基本设计原则和思

6.4计算机控制系统路；计算机控制实现中常用的抗干扰技术的可靠性与抗干扰技难点计算机控制实现中常用的抗干扰技术术合计

4082.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3表3实验项目、实验内容与学时对应的课程实验项目实验内容和要求实验学时目标实验内容信号采样与重构的工程意义与基本原理

1.信号的采样与重实验要求掌握数据采集的原理和实现方22构法；理解采样周期在信号采集和还原中的重要性；深刻理解香农采样定理实验内容离散控制系统稳定性分析

2.离散控制系统稳定实验要求深刻理解采样周期对离散系统稳

21、2性分析定性的影响；掌握利用专业软件分析线性定常离散控制系统稳定性的基本方法实验内容掌握数字PID控制器设计的基本方法；利用仿真软件,深刻理解数字PID控制器各参数对系统性能的影响；设计满足系统控制要求的数字PID控制器

3.数字PID控制

21、

2、3实验要求掌握常规PID控制算法的基本原理；深刻理解数字PTD控制器参数变化对系统性能的影响；掌握PID参数整定的常用方法实验内容最小拍控制器设计及实现实验要求掌握最小拍有纹波控制器的设计

4.最小拍控制器设计方法；了解最小拍无纹波控制器的设计方

22、3仿真法；深刻理解最小拍控制器对输入信号的适应性合计8

五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，采用启发式、讨论式教学和案例教学等多种方法，促进学生积极独立思考，开发学生的学习分析潜能，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力;以“少而精”为原则，精选教学内容，精讲多练；安排习题课，巩固课堂所学知识实验教学着重讲授如何用科学的手段来完成理论的验证；如何组织实验、处理数据和分析实验现象；介绍常用软件的基本用法以及相关的理论知识、实验思路和方案设计等采用教师讲授和学生动手操作的方法；在实验前学生应复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书；在实验中要严格遵守实验纪律，按要求操作设备、开展实验；实验结束后，按规程妥善关闭实验设备；每完成一项实验，要认真完成一份实验报告

六、课程资源

1.教材刘建昌等.计算机控制系统[M].北京科学出版社，

2022.

2.参考书

（1）高金源，夏洁.计算机控制系统［M］.北京清华大学出版社，

2007.

（2）康波，李云霞,计算机控制系统［M］.北京电子工业出版社，

2015.

（3）顾德英.计算机控制技术与系统［加・北京北京邮电大学出版社，

2020.

3.期刊

（1）自动化学报.中国自动化学会，中国科学院自动化所

（2）控制理论与应用.华南理工大学，中国科学院数学与系统科学研究院

（3）控制工程.东北大学

4.网络资源

（1）中国工控网.gongkong.com

（2）OFweek工控网.ofweek.com/

（3）国家高等教育智慧教育平台.smartedu.cn/Course/6260b217f29a9e60d0f26de9

七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4表4课程考核对课程目标的支撑考核占比课程目标考核/评价细则环节12课

（1）根据课堂出勤情况、课堂回答问题情况和随堂练习完成情况V堂进彳亍考核，满分100分12表

（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总84现评成绩

（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在过程性考核成绩中所V占的比例计入过程性考核成绩期中

（2）主要考核离散控制系统数学模型的建立、稳定性分析、离散10考控制系统稳态性能分析和动态性能分析10试

（3）考试题型可采用填空题、选择题、判断题、计算分析题等过程

（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评性V V分，满分100分；考核实

（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的8验最终成绩26

（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩

（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满V分100分；作

（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终10业成绩82

（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩期末60

（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的V V考核比例计入课程总评成绩

（2）主要考核离散控制系统的模型解算、稳定性分析、稳态性能4020和动态性能分析；解决过程通道设计相关的工程问题的能力；针对具体的控制对象，按照控制要求设计数字控制器的能力

（3）考试题型为填空题、单选题、判断题、分析题和设计题等合计100分6832

八、考核与成绩评定

1.考核方式及成绩评定考核方式本课程主要以课堂表现、期中考试、实验、作业、期末考核等方式对学生进行考核评价考核基本要求考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成其中期末试卷成绩为100分（权重60%）,试题类型为填空题、选择题、判断题、分析题和设计题等类型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%,综合应用题、分析题不低于50%；课堂表现、期中考试、实验、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例

2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5表5过程性考核方式评价标准所占比100x29090x28080x27070x260考核方式x60重（%）积极参与教学认真参与教偶尔参与教上课不认活动，踊跃回学活动，回答上课不认真，学活动，回答真，偶尔参课堂表现30答问题，准确不参与教学活问题准确率问题准确率与教学活率大于90%动大于0大于70%动080%o期中考试25以期中考试成绩为准作业完整，思作业完整，准不交作业2作业完整，准不交作业3次路清晰，准确确率大于次以内，准作业25确率大于以上，准确率率大于90%,字80%,字迹工确率大于70%.小于60%o迹工整整60%.实验预习认实验前有预实验前有预实验前有预没有预习，不真，能够熟练习，能够掌握习，基本能够习，不能掌能完成实验；实验20掌握方法与步方法与步骤，掌握方法与握方法与步实验操作步骤骤，实验操作实验操作过步骤，实验操骤,实验操有误；实验结过程程正作过程作过熟练、规范，遵确、规范，遵基本正确、无程基本正果不正确，没规守纪、团结规守纪、团结协作，实验结确，无协作，有分析讨论协作，实验结协作，实验结果基本正确，实验结果基果详实、结论果正确、讨论讨论一般本正确，无清晰、讨论合适当讨论理。