江苏广播电视大学普通高等专科

《计算机控制系统》课程教学大纲  

第一部分 大纲说明

2007年2月

一、课程性质与任务

本课程是 江苏广播电视大学普通高等专科 工业电气自动化专业的选修专业课。总学时为 90 学时。

本课程教学的基本任务是使学生在掌握和了解自动控制及计算机控制工作原理和初步分析、设计方法的基础上，培养学生具有完成简单计算机控制系统构成以及系统调试维护的基本知识和能力，为毕业后参与计算机控制系统开发、调试和维护打下初步基础。

二、教学总体要求

1 ．掌握课程中所介绍的有关自动控制、计算机控制中常用的基本术语、定义、概念  

和规律，在今后的学习和工作中应能较熟练地应用这些概念和术语。

掌握自动控制、计算机控制系统的构成原理和系统的时域、频域基本特性。

掌握计算机控制系统实现中主要问题的基本处理方法（例如，系统硬件配置，实时软件开发，系统调试，抗干扰等）。

2 ．理解自动控制、计算机控制系统的基本分析方法及改善系统性能的主要途径。要求能对简单的问题进行计算。

3 ．对计算机控制系统的发展趋势及所介绍的现代控制技术有所了解。

第二部分     多种媒体教材一体化总体设计初步方案

一、课程教学总学时数、总学分数

总学时 90，学分5

二、考核

课程根据本大纲要求命题， 采用闭卷方式统一考试，重点考核基本概念，基本知识，基本技能。

三、学时分配

第三部分    教学内容及要求

第一章　计算机控制系统概述

内容：

1 － 1 计算机控制系统的发展

1 － 2 连续控制系统与计算机控制系统

1 － 3 计算机控制系统的组成与特点

1 － 4 计算机控制系统的分类

1 － 5 计算机控制系统的设计与实现

要求：

1 ．了解计算机控制系统的发展概况。

2 ．理解连续控制系统与计算机控制系统的区别及计算机控制系统的结构特点。

3 ．了解计算机控制系统的分类方法及分析设计方法。

•  计算机控制系统中的信号

内容：

2 － 1 计算机控制系统内信号的种类及特性

2 － 2 信号的采样过程和采样定理

2 － 3 信号的恢复与重构

2 － 4 模拟信号的整量化

要求：

1 ．了解计算机控制系统内信号的种类及特性。

2 ．理解信号的采样过程和恢复条件，熟记采样定理。

3 ．掌握零阶保持器的工作原理，熟记零阶保持器的传递函数。

4 ．一般了解模拟信号整量化的概念和方法。

第三章　计算机控制系统的数学描述及分析方法

内容：

3 － 1 采样信号的 Z 变换

3 － 2 计算机控制系统的数学描述

3 － 3 计算机控制系统的稳定性分析

3 － 4 计算机控制系统的性能指标

3 － 5 计算机控制系统的稳态误差

3 － 6 离散系统的频率特性

要求：

1 ．理解 z 变换的定义，熟悉 z 变换及 z 反变换的计算方法，正确理解和运用 Z 变换的基本定理。

2 ．了解线性定常差分方程的迭代解法，熟练掌握运用 Z 变换求解线性定常差分方程的方法。

3 ．理解脉冲传递函数的定义，熟悉脉冲传递函数的推导步骤，掌握由离散系统动态结构图求系统脉冲传递函数的方法。

4 ．理解 S 平面和 Z 平面的映射关系，理解离散系统稳定性定义及稳定条件，并能熟练运用判据判别离散系统的稳定性。

5 ．理解单位阶跃函数作用下系统的性能指标，熟练掌握计算离散系统采样时刻稳态误差的方法

6 ．理解离散系统频率特性的物理意义、定义及其数学本质。

第四章　计算机控制系统的模拟化设计

内容：

4 － 1 模拟化设计概述

4 － 2 差分变换法

4 － 3 脉冲响应不变法

4 － 4 阶跃响应不变法

4 － 5 零极点匹配法

4 － 6 双线性变换法

4 － 7 离散化方法总结和设计举例

4 － 8 数字 PID 控制器

4 － 9 计算机实用程序

要求：

1 ．掌握各种离散化方法的基本特点。

2 ．能正确运用离散化方法进行计算。

3 ．掌握模拟化设计计算机控制系统的步骤。

4 ．掌握数字 PID 控制器的基本算式。

•  计算机控制系统的离散域设计

内容：

5 － 1Z 平面根轨迹设计法

5 － 2W 平面设计法

5 － 3 解析设计法

5 － 4 计算机实用程序

要求：

1 ．掌握 Z 平面根轨迹设计法

2 ．掌握 W 平面设计法

3 ．掌握解析设计法

第六章　控制算法的编排实现及量化效应

内容：

6 － 1 控制算法的编排

6 － 2 数的二进制定点表示及特性

6 － 3 比例因子的配置

6 － 4 变量量化效应分析

6 － 5 变量量化的非线性效应分析

6 － 6 系统量化及对系统特性的影响

6 － 7 控制算法编排实现步骤

要求：

1 ．了解和掌握将控制算法传递函数 变换为计算机能进行计算的表达式的几种主要方法。

2 ．复习和进一步巩固计算机内数的定点二进制表示的方法及特性。

3 ．了解和掌握有限字长二进制数的主要特性 , 包括数的整量化特性 ' 溢出特性 ' 量化误差的统计特性以及二进制数的动态范围等。

4 ．了解计算机控制系统中不同运算及信号变换的量化及溢出现象。

5 ．了解和掌握利用调整及分配增益来配置比例因子的方法 ( 利用浮动定位格式来配置比例因子的方法不要求初学者掌握 ) 。

6 ．了解变量量化效应的确定性分析方法及统计分析方法，并通过具体实例的分析计算了解变量量化效应与算法的结构编排及采样周期的关系。

7 ．通过具体实例的分析，了解变量量化可能产生的非线性效应现象。

8 ．了解和掌握控制算法系数量化对控制算法特性（主要是指零极点）的关系。

第七章　计算机控制系统的工程实现（一）

内容：

7 － 1 计算机控制系统的计算机

7 － 2 计算机控制系统的外部设备及接口

7 － 3 计算机控制系统实时控制程序设计

要求：

1 ．了解计算机控制系统硬件的组成和各部分功能

2 ．了解计算机控制系统的外部设备及接口

3 ．了解计算机控制系统实时控制程序设计

第八章　计算机控制系统的工程实现（二）

内容：

8 － 1 计算机控制系统中的传感器与执行机构

8 － 2 采样频率的选择

8 － 3 计算机控制系统中的抗干扰

8 － 4 系统故障及可靠性

要求：

1 ．了解计算机控制系统中的传感器与执行机构

2 ．了解采样频率的选择

3 ．了解计算机控制系统中的抗干扰

4 ．了解系统故障及可靠性