计算机控制技术教案Word下载.docx
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（1）了解计算机控制系统的组成、接口和过程通道设计的基本知识；
（2）掌握数字程序控制的基本原理和程序编制；
（3）掌握常规及复杂控制策略、应用程序设计与实现技术；
（4）学会计算机控制系统的硬件、软件设计与研制方法；
（5）初步了解分散型测控网络技术和现场总线技术。
3.选用教材与课程地位
（1）本课程选用的教材，由本课程组编写，是国家级“十一五”规划教材，由机械工业出版社2007年6月出版
（2）本课程曾选用的教材，也由本课程组编写，2002年获全国高等学校优秀教材二等奖。
由清华大学出版社出版，先后印刷21次，发行量近12万册，被许多高校选作教材，在国内产生了很大影响。
（2）本课程于2004年被评为山东省精品课程。
4.内容简介
全书共分9章。
第1章是绪论，介绍了计算机控制系统及其组成、计算机控制系统的典型型式、计算机控制系统的发展概况和趋势；
第2章讨论了计算机控制系统的硬件设计技术；
第3章讨论了数字控制技术，重点介绍了逐点比较法插补原理、多轴步进驱动控制技术和多轴伺服驱动控制技术；
第4章讨论了常规及复杂控制技术，主要介绍了数字控制器的各种控制算法；
第5章讨论了现代控制技术，主要介绍了采用状态空间的输出反馈设计法、极点配置设计法、最优化设计法；
第6章讨论了先进控制技术，重点介绍了模糊控制技术、神经网络控制技术、专家控制技术和预测控制技术；
第7章计算机控制系统的软件设计技术；
第8章讨论了分布式测控网络技术；
第9章讨论了计算机控制系统的设计原则、步骤和工程实现，并给出了设计实例。
书中配有习题可供选用。
全书内容丰富，体系新颖，理论联系实际，系统性和实践性强。
第1次课3学时
章节
1.1计算机控制系统概述
1.2工业控制机的组成结构及特点
讲授主要
内容
计算机控制系统的工作原理；
实时，在线，离线的含义计算机控制系统的五种典型形式控制系统的总线结构：
内部总线和外部总线
重点难点
1.关于实时系统的理解
实时指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，这里输入、计算、输出实际是指计算机控制系统的三个步骤；
另外，一定的时间范围则是指本次采样的计算结果输出需在下一个采样时刻到来之前完成，针对不同的系统，该时间范围肯定是有区别的。
2.区分内部总线与外部总线内部总线是指计算机内部模块之间的通讯；
而外部总线是指计算机与外部设备之
间的通讯。
要求掌握知识点和分析方法
1.计算机控制系统的定义，以及实时、在线、离线的含义，进行课堂讨论和举例
2.计算机控制系统的五种典型形式，并分析各种形式的优缺点，对结构框图进行分析
3.工业控制机的组成和总线结构
教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等
本课程采用多媒体课件教学，能够提供较大的信息量，所有用到原理图，结构框
图皆投影可得，减少了课上绘图所需时间。
不需要设计板书。
1.依据计算机控制系统原理图（图1.1）和组成框图（图1.2），说明：
计算机控制系统由工业控制机和生产过程两部分组成；
在本质上，将计算机控制系统的工作原理归纳为三个步骤：
实时数据采集、实时控制决策以及实时控制输出。
采用比较和提问的方式，理解在线，离线和实时的含义。
2.针对五种计算机控制系统的典型形式，给出相应的系统框图，指出实现自动控制的过程，并且给出每种典型形式各自的优缺点。
3.了解工业控制机的组成和总线结构，并重点分析外部总线：
RS-232C串行通讯
总线与IEEE-488并行通讯总线。
4.让学生了解学科的发展概况、发展方向以及发展趋势是专业课教育的必要所在，因此，对于这部分内容，不但在课上带学生一块熟悉教材内容，同时，给学生指出相应的参考书籍、期刊和网站，鼓励学生对专业知识做进一步的探讨。
作业布置
1.1，1.2，1.4
补充作业：
将所阅读的参考书籍、期刊和网站的部分内容进行总结，写出自己对该课程或者学科发展的认识。
主要
参考资料
《微型计算机控制技术》（教材），于海生，清华大学出版社
《微型计算机控制技术》，谢剑英，国防工业出版社
《工业过程控制工程》，王树青，化学工业出版社
备注
2.1总线技术
总线的定义、层次结构及种类
串行外部总线简介总线扩展技术
基于ISA总线端口扩展
1.总线的定义
2.总线扩展技术
3.基于ISA总线端口扩展
要求掌握知识点和分析方法
教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动
等
本课程采用多媒体课件教学，能够提供较大的信息量，所有用到电路图皆投影而得，减少了课上绘图所需时间。
该部分内容与《微型计算机接口技术及应用》有相似之处，故接口电路分析较为容易，学生容易接受和理解。
难点在于输入调理电路和输出驱动电路。
通过图2.4，2.5和图2.7，2.8进行详细的分析，尤其重视分析电路中各部分器件的作用。
A/D转换器及其接口技术，属于《微型计算机接口技术及应用》数据采集卡内容，重点在于与PC总线的连接电路，以及相应的控制转换和数据读取程序。
在分析芯片ADC0809与ADC574A之后，即可由接口电路图的连接方式，写出相应程序。
教材中所给程序为8086汇编语言程序，鼓励学生将其写成C语言程序（参考第六
章第一节，高级语言编程）。
2.2，2.3，2.4
《微型计算机接口技术及应用》，刘乐善，华中科技大学出版社
《电力电子技术》，王兆安，机械工业出版社
2.3模拟量输入通道
2.4D/A转换器及其接口技术
2.5模拟量输出通道
模拟量输入通道的组成
无源I/V变换电路与有源I/V变换电路采样、量化及常用的采样保持器模拟量输入通道设计
D/A转换器及其接口技术V/I变换和自动/手动切换模拟量输出通道设计
1.无源I/V变换电路与有源I/V变换电路
2.采样、量化及采样保持原理
3.模拟量输入通道设计及8通道数据采集程序设计
4.单极性与双极性电压输出电路
1.无源I/V变换电路与有源I/V变换电路，电路分析
2.模拟量输入通道设计及8通道数据采集程序设计，程序分析
3.D/A转换器及其与PC总线工业控制机接口技术，接口电路与工作时序分析
4.8通道模拟量输出电路设计，程序分析
本课程采用多媒体课件教学，能够提供较大的信息量，所有用到电路图皆投影而
得，减少了课上绘图所需时间。
①无源I/V变换电路与有源I/V变换电路，介绍教材中出现的两个电路，难度都不大，
需要注意的是电路中各个元件的作用；
②采样的采样过程由教材图2.21描述，信号的采样频率由香农采样定理给出；
量化及量化单位，量化误差描述了A/D转换器把模拟量转换为数字量的数学过程；
采样保持器的作用是为了保证A/D转换期间输入恒定。
③模拟量输入通道设计原理图由图2.25给出，在分析该模板采集一个数据的四步过程
以后，写出8通道数据采集汇编语言程序。
④简单分析D/A转换器及其与PC总线工业控制机接口技术，接口电路与工作时序，以此为基础，设计模拟量输出通道。
⑤强化单极性与双极性电压输出电路分析，做出更详细的电路图。
⑥该部分内容与《微型计算机接口技术及应用》有相似之处，故接口电路分析较为容
易，学生容易接受和理解。
教材中所给程序为8086汇编语言程序，同样鼓励学生将其写成C语言程序（参考
第六章）。
2.5，2.6，2.10，2.12
青岛大学教案（理论教学用）
第4次课3学时
2.6硬件抗干扰技术
串模干扰及其抑制方法
共模干扰及其抑制方法长线传输干扰及其抑制方法CPU抗干扰技术
接地技术
1.共模干扰及其抑制方法
2.长线传输干扰与匹配电阻
3.CPU抗干扰技术
要求掌握
知识点和分析方法
1.首先阐述干扰的含义和来源，描述干扰的危害。
以作过的实际项目在现场碰到的各种问题，指出未考虑干扰所引起的后果以及需要注意的方面（比如电源、接地、模拟量输入、数字量的输入输出隔离、串行通信接口等）
2.串模干扰：
所谓串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声。
串模干扰的抑制方法
应从干扰信号的特性和来源入手，分别对不同情况采取相应的措施。
3.共模干扰：
所谓共模干扰是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。
通过分析被测信号的输入方式，来指出共模干扰的引入和抗共模干扰能力。
共模干扰的抑制方法有①变压器隔离、②光电隔离、③浮地屏蔽、④采用仪表放大器提高共模抑制比。
4.长线传输干扰与匹配电阻
信号在长线中传输遇到三个问题：
一是长线传输易受到外界干扰，二是具有信号
延时，三是高速度变化的信号在长线中传输时，还会出现波反射现象。
采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除长线传输中的波反射或者把它抑制到最低限度。
①终端匹配②始端匹配
5.CPU抗干扰技术：
计算机控制系统的CPU抗干扰措施常常采用Watchdog（俗称看门狗）、电源监控（掉电检测及保护）、复位等方法。
微处理器监控电路MAX1232具有
（1）电源监控、
（2）按钮复位输入、（3）监控定时器
（Watchdog）功能。
6.接地技术：
分析地线系统，由图2.55描述回流法接地。
分析在计算机控制系统中的
低频接地技术。
2.14，2.15
单片机系统的硬件抗干扰技术,杨秀敏,微处理机,1996/04
智能仪器的抗干扰技术,高辉,工业仪表与自动化装置,2000/04微机测控系统中几种抗干扰技术,罗文广,测控技术,1997/06工业控制计算机的抗干扰技术,陈勇,工业控制计算机,1996/05
第
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