计算机控制系统设计

课程代码：11121530

课程名称：计算机控制系统设计

课程类别：选修课

授课周数：16

周 学 时：2-1

课程学分：2.5

面向对象：本科生

预修课程要求：微机原理与接口技术、自动控制理论、过程工程原理、现代传感技术和过程检测系统、控制仪表与计算机控制装置

一、课程介绍（100-150字）

本课程从系统集成的角度讲述构成计算机控制系统的有关硬件、软件、控制策略、数据通信、网络技术、数据库技术等方面的理论知识与技术，重点内容为计算机控制系统与软件的基本概念与组成，计算机控制系统中常用的控制策略，不同规模计算机控制系统的设计范例，并简要介绍对流程工业计算机集成制造系统。

二、教学目标

本课程针对自动化类的本科生，目的是使学生掌握计算机控制系统的基本原理与设计方法，通过本课程的学习，能够针对具体过程设计并实施满足实际需求的计算机控制系统。

(一)主要内容

第一章 绪论

1.1 计算机控制系统的一般概念

1.2 计算机控制系统的分类及其结构体系

1.3 计算机控制系统的设计与实现

1.4 计算机控制系统的发展概况及趋势

第二章 计算机控制系统的基础理论

2.1 计算机控制系统的采样及信号特点

2.2 计算机控制系统的数学模型

2.3 离散控制系统的分析

第三章 计算机控制系统中的总线技术

3.1 总线技术概论

3.2 常用总线标准介绍

第四章 计算机控制系统的输入输出接口技术

4.1 模拟量输出接口

4.2 模拟量输入接口

4.3 开关量输入输出接口

4.4 人机交互接口

第五章 数据通信技术

5.1 数据通信的基础知识

5.2 数据通信设备

5.3 数据通信中的检错与纠错

第六章 计算机控制系统中的计算机网络技术

6.1 计算机网络技术基础

6.2 控制网络与现场总线技术

6.3 控制网络与企业网络

第七章 计算机控制系统的常用控制策略

7.1 数字滤波和数据处理

7.2 数字PID控制算法

7.3 基于数字PID控制的多回路控制系统

7.4 模型预测控制

7.5 模糊控制

7.6 控制策略的工程实现

第八章 计算机控制系统的软件技术基础

8.1 面向计算机控制的操作系统

8.2 计算机控制系统中的数据库

8.3 数据库的接口设计

8.4 计算机控制系统的应用软件

第九章 计算机控制系统的设计与实施

9.1 计算机控制系统设计原则和步骤

9.2 计算机控制系统的设计与实施

9.3 过程计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术

9.4 计算机控制系统实例

第十章 流程工业企业综合自动化系统

10.1 计算机集成制造系统概述

10.2 流程工业CIMS的体系结构

10.3 流程工业CIMS的核心问题及关键技术

10.4 流程工业CIMS设计示例

(二)学习目标

1. 掌握计算机控制系统的基本概念与组成。

2. 掌握计算机控制系统的理论基础。

3. 掌握计算机控制系统中的常用控制策略。

4. 针对具体过程设计并实施满足实际需求的计算机控制系统。

三、课程要求

（一）授课方式

    课堂讲座与专题小组讨论相结合。

（二）学习要求

    每周到课；每位学生必须完成一个专题报告并在课堂进行报告和讨论；每位学生必须完成计算机控制系统软件的设计，但在实验室进行的控制系统实施任务以2~3人的小组为单位完成。

四、 考核

    所有学生必须遵守学术道德规范，鼓励相互之间进行讨论，但提交的作业必须独立完成。

    平时到课情况占总成绩的10%；实验任务完成情况和实验报告占总成绩的50%；专题报告占总成绩的40%。

五、教学计划

（一）课堂教学

第一章 绪论 4学时

1.1 计算机控制系统的一般概念

1.2 计算机控制系统的分类及其结构体系

1.3 计算机控制系统的设计与实现

1.4 计算机控制系统的发展概况及趋势

第二章 计算机控制系统的基础理论 1学时

2.1 计算机控制系统的采样及信号特点

2.2 计算机控制系统的数学模型

2.3 离散控制系统的分析

第三章 计算机控制系统中的总线技术 1学时

3.1 总线技术概论

3.2 常用总线标准介绍

第四章 计算机控制系统的输入输出接口技术 1学时

4.1 模拟量输出接口

4.2 模拟量输入接口

4.3 开关量输入输出接口

4.4 人机交互接口

第五章 数据通信技术 2学时

5.1 数据通信的基础知识

5.2 数据通信设备

5.3 数据通信中的检错与纠错

第六章 计算机控制系统中的计算机网络技术 1学时

6.1 计算机网络技术基础

6.2 控制网络与现场总线技术

6.3 控制网络与企业网络

第七章 计算机控制系统的常用控制策略 6学时

7.1 数字滤波和数据处理

7.2 数字PID控制算法

7.3 基于数字PID控制的多回路控制系统

7.4 模型预测控制

7.5 模糊控制

7.6 控制策略的工程实现

第八章 计算机控制系统的软件技术基础 4学时

8.1 面向计算机控制的操作系统

8.2 计算机控制系统中的数据库

8.3 数据库的接口设计

8.4 计算机控制系统的应用软件

第九章 计算机控制系统的设计与实施 4学时

9.1 计算机控制系统设计原则和步骤

9.2 计算机控制系统的设计与实施

9.3 过程计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术

9.4 计算机控制系统实例

第十章 流程工业企业综合自动化系统 2学时

10.1 计算机集成制造系统概述

10.2 流程工业CIMS的体系结构

10.3 流程工业CIMS的核心问题及关键技术

10.4 流程工业CIMS设计示例

专题讨论 6学时

（二）实验教学

1  完成计算机控制系统软件设计 10学时

2  针对实验装置实施过程计算机控制 6学时

（三）其它

六、教学日历

（超过8周，请自行添加）

七、参考教材及相关资料

1  王慧等. 计算机控制系统（第三版）. 化学工业出版社, 2011

八、课程教学网站：