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文檔簡介
1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程教學(xué)大綱課程名稱:計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程代碼:ELEA3042英文名稱:Computer Control System課程性質(zhì):專業(yè)學(xué)位課程學(xué)分/學(xué)時(shí):4學(xué)分/72學(xué)時(shí)(54+18)開課學(xué)期:第7學(xué)期適用專業(yè):電氣工程及其自動(dòng)化先修課程:復(fù)變函數(shù)與積分變換、信號(hào)與系統(tǒng)、自動(dòng)控制原理后續(xù)課程:無開課單位:機(jī)電工程學(xué)院課程負(fù)責(zé)人:楊歆豪大綱執(zhí)筆人:楊歆豪大綱審核人:余雷一、課程性質(zhì)和教學(xué)目標(biāo)(在人才培養(yǎng)中的地位與性質(zhì)及主要內(nèi)容,指明學(xué)生需掌握知識(shí)與能力及其應(yīng)達(dá)到的水平)課程性質(zhì):計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)學(xué)位課程。本課程針對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn),以離散控
2、制理論等基礎(chǔ)知識(shí)為主,同時(shí)結(jié)合自動(dòng)控制理論、現(xiàn)代控制理論和復(fù)變函數(shù)等概念,并且以實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向,培養(yǎng)學(xué)生熟練的運(yùn)算能力及進(jìn)行科學(xué)分析、歸納和總結(jié)的能力,提高分析問題和解決問題的能力,從而為以后的從事實(shí)際工作和科學(xué)研究奠定一定的基礎(chǔ)。教學(xué)目標(biāo):計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是將計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)的控制器,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)對(duì)象的有效控制,所以在本質(zhì)上計(jì)算機(jī)控制討論的就是系統(tǒng)的離散控制。本課程的主要內(nèi)容包括:信號(hào)的離散和恢復(fù),Z變換與Z反變換,差分方程及其求解,離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程,系統(tǒng)的穩(wěn)定性、過渡過程和穩(wěn)態(tài)誤差,系統(tǒng)的離散化設(shè)計(jì)和模擬化設(shè)計(jì),數(shù)字PID技術(shù)和改進(jìn),離散系統(tǒng)的能控性和可測性。通過本課程的學(xué)習(xí),
3、要使學(xué)生了解和掌握計(jì)算機(jī)控制的基本概念、工作原理、初步分析、具有實(shí)用價(jià)值的設(shè)計(jì)方法,培養(yǎng)學(xué)生完成簡單計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成、實(shí)時(shí)軟件編制以及系統(tǒng)調(diào)試維護(hù)的基本能力,為畢業(yè)后參與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)、調(diào)試和維護(hù)打下初步基礎(chǔ)。本課程的具體教學(xué)目標(biāo)如下:1. 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的定義、分類、結(jié)構(gòu)和組成,較好的掌握香農(nóng)采樣定理和零階保持器,理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的本質(zhì)是離散控制系統(tǒng),從而掌握線性離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述(差分方程、Z傳遞函數(shù))和分析方法(Z變換、Z反變換);2. 領(lǐng)會(huì)S平面與Z平面的映射關(guān)系,掌握線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)定域,熟練靈活運(yùn)用線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù),能夠利用Z傳遞函數(shù)分析離散系統(tǒng)的過渡過程特性和
4、離散系統(tǒng)的誤差特性,能夠利用系統(tǒng)的離散狀態(tài)方程和輸出方程分析系統(tǒng)的能控性和可測性;3. 了解離散化設(shè)計(jì)方法的基本思路,重點(diǎn)掌握最少拍設(shè)計(jì)方法及其改進(jìn)算法那,掌握數(shù)字控制器計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的三種方法:直接程序設(shè)計(jì)法、串行程序設(shè)計(jì)法和并行程序設(shè)計(jì)法,會(huì)應(yīng)用這三種方法得到數(shù)字控制器的差分方程表達(dá)式;4. 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的模擬化設(shè)計(jì)思路及其成立的條件,掌握模擬控制器的各種離散化方法,并會(huì)用來求解數(shù)字控制器,重點(diǎn)掌握數(shù)字PID控制方法,了解數(shù)字PID控制的各種改進(jìn)方法以及參數(shù)整定方法。5. 了解并掌握基于差分方程和Z傳遞函數(shù)的離散狀態(tài)空間表達(dá)式建立過程,掌握線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程和輸出方程的離散化方法,
5、掌握離散系統(tǒng)的特征方程以及狀態(tài)方程與傳遞函數(shù)距陣的關(guān)系,了解線性離散系統(tǒng)離散狀態(tài)方程的求解方法。教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系:畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系說明畢業(yè)要求1:工程知識(shí)1-2掌握自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、檢測技術(shù)與儀表的基礎(chǔ)知識(shí),能用于自動(dòng)化系統(tǒng)的反饋和控制問題教學(xué)目標(biāo)1理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念及其數(shù)學(xué)仿真模型表述(差分方程、傳遞函數(shù)),并能從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)理解信號(hào)的離散和恢復(fù)(香濃采樣定理和零階保持器)。畢業(yè)要求3:設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案3-1 能針對(duì)復(fù)雜問題進(jìn)行調(diào)研并明確約束條件,完成電氣或自動(dòng)化系統(tǒng)的軟硬件需求分析教學(xué)目標(biāo)3基于離散化設(shè)計(jì)思路將最少拍控制器設(shè)計(jì)方法用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控
6、制中。教學(xué)目標(biāo)4通過模擬化設(shè)計(jì)思路,能采取合理的離散化方法對(duì)所設(shè)計(jì)的模擬控制器進(jìn)行離散化;能夠?qū)?shù)字PID技術(shù)用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中。畢業(yè)要求6:工程與社會(huì)6-2 理解電氣工程對(duì)工業(yè)自動(dòng)化、智能制造和社會(huì)進(jìn)步的影響,并理解電氣工程實(shí)踐承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任教學(xué)目標(biāo)5由于現(xiàn)代工業(yè)被控對(duì)象基本上屬于多輸入多輸出,非零初始條件系統(tǒng),所以將狀態(tài)空間表示法引入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中,嘗試解決一些復(fù)雜的實(shí)際工程問題。畢業(yè)要求7:環(huán)境和課持續(xù)發(fā)展7-2能針對(duì)實(shí)際自動(dòng)化項(xiàng)目,評(píng)價(jià)效率,制訂安全防范措施,判斷產(chǎn)品可能對(duì)人類造成的損害,并能夠表達(dá)自己見解與認(rèn)知教學(xué)目標(biāo)2從系統(tǒng)的穩(wěn)定性,動(dòng)態(tài)、靜態(tài)性能指標(biāo)以及能控性、可測性的角度出
7、發(fā),提高系統(tǒng)的控制性能和安全系數(shù)。二、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配(含課程教學(xué)、自學(xué)、作業(yè)、討論等內(nèi)容和要求,指明重點(diǎn)內(nèi)容和難點(diǎn)內(nèi)容。重點(diǎn)內(nèi)容:«;難點(diǎn)內(nèi)容:)1、計(jì)算機(jī)控制概論 (3 學(xué)時(shí))(支撐教學(xué)目標(biāo)1)1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念1.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成1.1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類 1.1 4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1.2 信號(hào)的采樣與恢復(fù)1.2.1 信號(hào)的采樣過程(香農(nóng)采樣定理)1.2.2 信號(hào)的恢復(fù)過程(零階保持器)1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢Ø 目標(biāo)及要求:1)掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式、主要構(gòu)成環(huán)節(jié)、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,
8、掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的定義、主要構(gòu)成環(huán)節(jié)、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)的作用;2)掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、相互關(guān)系及其在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的作用,掌握過程通道在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的作用和過程通道的基本類型;3)掌握根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的控制功能和控制目的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類及其與與一般模擬控制系統(tǒng)相比具有的優(yōu)點(diǎn);4)掌握什么是采樣過程,掌握采樣開關(guān)是實(shí)現(xiàn)采樣過程的關(guān)鍵,掌握香農(nóng)(shannon)采樣定理,掌握采樣周期選擇的幾個(gè)原則;«5)知道采樣保持器是將數(shù)字序列恢復(fù)乘連續(xù)信號(hào)的裝置,掌握零階保持器和一階保持器的時(shí)域表示形式,會(huì)推導(dǎo)零階保持器的傳遞函數(shù),知道計(jì)算機(jī)控制中最廣泛
9、采用的是零階保持器。«Ø 討論內(nèi)容:結(jié)合本學(xué)科的相關(guān)專業(yè)知識(shí),討論計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。2、Z變換及Z傳遞函數(shù)(14學(xué)時(shí))(支撐教學(xué)目標(biāo)1)2.1 Z變換定義與常用信號(hào)Z變換2.1.1 級(jí)數(shù)求和法2.1.2 部分分式法2.1.3 常用信號(hào)的Z變換2.2 Z變換的性質(zhì)和定理2.3 Z反變換2.3.1 部分分式法2.3.2 留數(shù)法2.4 線性定長離散系統(tǒng)的差分方程及其求解2.5 Z傳遞函數(shù)2.5.1 Z傳遞函數(shù)的定義2.5.2 Z傳遞函數(shù)的求法2.5.3 開環(huán)Z傳遞函數(shù)2.5.4 閉環(huán)Z傳遞函數(shù)2.5.5 Z傳遞函數(shù)的物理可實(shí)現(xiàn)性Ø 目標(biāo)及要求:1)掌握Z變換和Z
10、反變換的定義,掌握級(jí)數(shù)求和法和部分分?jǐn)?shù)法計(jì)算Z變換的方法,掌握并會(huì)應(yīng)用長除法、部分分式法和留數(shù)法計(jì)算Z反變換;«2)掌握Z變換的線性定理、滯后定理和超前定理,掌握Z變換的初值定理和終值定理,并會(huì)應(yīng)用初值定理和終值定理計(jì)算初值和終值,初步掌握Z變換的卷積定理、求和定理、位移定理、位移定理和微分定理;3)了解差分方程是描述線性定常離散系統(tǒng)的工具,差分方程是離散系統(tǒng)時(shí)域分析的基礎(chǔ),計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)本質(zhì)是離散系統(tǒng),會(huì)熟練求解差分方程;4)掌握Z傳遞函數(shù)的定義及其與脈沖響應(yīng)函數(shù)的關(guān)系,掌握根據(jù)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)求Z傳遞函數(shù)的步驟,并會(huì)根據(jù)該步驟計(jì)算Z傳遞函數(shù);«5)掌握串聯(lián)環(huán)節(jié)
11、、并聯(lián)環(huán)節(jié)的Z傳遞函數(shù)的計(jì)算方法,了解閉環(huán)Z傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)形式的多樣性,能夠推導(dǎo)結(jié)構(gòu)簡單的離散系統(tǒng)的閉環(huán)Z傳遞函數(shù),理解系統(tǒng)物理可實(shí)現(xiàn)性的概念。Ø 作業(yè)內(nèi)容:1、Z變換和Z反變換2、初值定理和中值定理3、差分方程求解4、系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)求解3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析(9 學(xué)時(shí))(支撐教學(xué)目標(biāo)2)3.1 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析3.1.1 離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件3.1 2 Routh穩(wěn)定判據(jù)3.2 離散系統(tǒng)的過渡響應(yīng)分析3.3 離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確度分析Ø 目標(biāo)及要求:1)了解S平面與Z平面之間的相互映射關(guān)系,掌握離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件和Routh穩(wěn)定判據(jù),能熟練判定離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性;
12、«2)掌握控制系統(tǒng)的過渡過程的定義,掌握離散系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)與各個(gè)極點(diǎn)時(shí)間響應(yīng)的關(guān)系,掌握離散系統(tǒng)的Z傳遞函數(shù)與單位脈沖響應(yīng)函數(shù)的關(guān)系,會(huì)求解系統(tǒng)的輸出;«3)了解連續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算的方法,會(huì)推導(dǎo)單位負(fù)反饋離散系統(tǒng)的閉環(huán)誤差Z傳遞函數(shù),并根據(jù)此應(yīng)用終值定理求穩(wěn)態(tài)誤差,掌握在給定傳遞函數(shù)的基礎(chǔ)上,計(jì)算系統(tǒng)在單位階躍輸入、單位速度輸入、單位加速度輸入下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。Ø 討論內(nèi)容:與自動(dòng)控制原理所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行比較,分析連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)在計(jì)算系統(tǒng)控制性能時(shí)的不同之處。Ø 作業(yè)內(nèi)容:1、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和參數(shù)待定2、求解系統(tǒng)的輸出3、穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算4、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
13、的離散化設(shè)計(jì)(12 學(xué)時(shí))(支撐教學(xué)目標(biāo)3)4.1 最少拍計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1.1 基本概念4.1.2 廣義最少拍控制器設(shè)計(jì)4.1.3 無波紋最少拍控制器設(shè)計(jì)4.2 數(shù)字控制器的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)4.2.1 直接程序法4.2.2 改進(jìn)型直接程序法4.2.3 串行程序法4.2.4 并行程序法Ø 目標(biāo)及要求:1)理解離散化設(shè)計(jì)的基本思路,掌握最少拍設(shè)計(jì)的定義,掌握在典型輸入下,最少拍數(shù)字控制器的確定;«2)了解最少拍系統(tǒng)的不足之處,會(huì)設(shè)計(jì)廣義最少拍控制器和無波紋最少拍控制器;3)掌握數(shù)字控制器計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的三種方法:直接程序設(shè)計(jì)法、串行程序設(shè)計(jì)法和并行程序設(shè)計(jì)法,會(huì)應(yīng)用這三
14、種方法得到數(shù)字控制器的差分方程表達(dá)式。Ø 作業(yè)內(nèi)容:1、最少拍控制器設(shè)計(jì)2、控制器程序框圖及控制器的差分方程表達(dá)5、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的模擬化設(shè)計(jì)(14 學(xué)時(shí))(支撐教學(xué)目標(biāo)4)5.1 概述5.2 模擬控制器的離散化方法5.2.1 沖激不變法5.2.2 加零階保持器的Z變換法5.2.3 差分變換法5.2.4 雙線性變換法5.3 數(shù)字PID控制5.3.1 PID控制的基本形式及數(shù)字化5.3.2 數(shù)字PID控制器的控制效果5.3.3 數(shù)字PID控制算法5.4 數(shù)字PID控制算法的改進(jìn) 積分分離PID控制算法5.4.2 不完全微分PID算法5.4.3 微分先行PID算法 帶死區(qū)的PID控制 抗
15、積分飽和PID算法5.5 數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定Ø 目標(biāo)及要求:1)了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的模擬化設(shè)計(jì)基本思路和適用條件,掌握模擬化設(shè)計(jì)方法的一般步驟,重點(diǎn)掌握零階保持器對(duì)輸出的影響;2)掌握模擬控制器的離散化方法,包括:沖激不變法、加零階保持器的Z變換法、后向/前向差分變換法和雙線性變換法,會(huì)用這些方法求解離散化的控制器;3)掌握PID控制器的定義,掌握數(shù)字PID控制器的Z傳遞函數(shù),掌握比例調(diào)節(jié)器、掌握比例積分調(diào)節(jié)器、比例積分微分調(diào)節(jié)器的控制作用特點(diǎn),掌握數(shù)字PID控制算法的位置式算法和增量式算法;«4)掌握改進(jìn)PID算法的基本原理和設(shè)計(jì)思路,包括:積分分離PID、不完全
16、微分PID、微分先行PID、帶死區(qū)的PID、抗積分飽和PID;5)掌握數(shù)字PID控制的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)性能的影響,掌握應(yīng)用試湊法、擴(kuò)充臨界比例度法和擴(kuò)充響應(yīng)曲線法的PID參數(shù)整定步驟。Ø 作業(yè)內(nèi)容:模擬控制器的離散化方法Ø 自學(xué)拓展:查閱相關(guān)文獻(xiàn),結(jié)合所學(xué)PID相關(guān)知識(shí),撰寫與PID相關(guān)的科技報(bào)告。6、線性離散系統(tǒng)狀態(tài)空間分析(12 學(xué)時(shí))(支撐教學(xué)目標(biāo)2和教學(xué)目標(biāo)5)6.1 線性離散系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式 6.1.1 由差分方程導(dǎo)出離散狀態(tài)空間表達(dá)式 6.1.2 由Z傳遞函數(shù)建立離散狀態(tài)空間表達(dá)式 6.2 連續(xù)狀態(tài)方程的離散化6.3 線性離散
17、散系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣和特征值6.4 線性離散系統(tǒng)性能分析6.4.1 穩(wěn)定性6.4.2 可控性6.4.3 可測性Ø 目標(biāo)及要求:1)掌握由差分方程求解狀態(tài)方程的方法,掌握由并行程序法、串行程序法和直接程序法求狀態(tài)方程的方法;2)掌握連續(xù)狀態(tài)方程的離散化方法;3)掌握線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程的一般形式,掌握離散系統(tǒng)的特征方程,掌握狀態(tài)方程與傳遞函數(shù)距陣的關(guān)系,知道特征方程的為特征值,也為系統(tǒng)的極點(diǎn);«4)掌握并應(yīng)用基于狀態(tài)空間表達(dá)式的線性離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件,掌握系統(tǒng)可控性、可測性的含義,掌握并應(yīng)用線性離散系統(tǒng)的可控性、可測性的充要條件。«Ø 討論
18、內(nèi)容:狀態(tài)空間表示法與傳遞函數(shù)的不同之處。Ø 作業(yè)內(nèi)容:1、狀態(tài)方程及輸出方程的表示2、基于狀態(tài)空間表示的穩(wěn)定性、可控性和可測性7、實(shí)驗(yàn)一:A/D與D/A轉(zhuǎn)換(2學(xué)時(shí))(支撐教學(xué)目標(biāo)1)7.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)“THKKL6”試驗(yàn)箱基本操作7.2 典型模擬信號(hào)(階躍信號(hào)、斜坡信號(hào))的離散化Ø 目標(biāo)及要求:1)了解實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)和基本使用方法,包括電源、基本元器件、Easy 51Pro軟件和虛擬示波器等;2)了解模擬通道中模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)方法和結(jié)果。8、實(shí)驗(yàn)二:數(shù)字PID調(diào)節(jié)器算法研究實(shí)驗(yàn)(2學(xué)時(shí))(支撐教學(xué)目標(biāo)4)8.1 利用本實(shí)驗(yàn)箱,設(shè)計(jì)并構(gòu)成一個(gè)用于混合仿真實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)
19、閉環(huán)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)8.2 采用常規(guī)的PI和PID調(diào)節(jié)器,構(gòu)成計(jì)算機(jī)閉環(huán)系統(tǒng),并對(duì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行整定,使之具有滿意的動(dòng)態(tài)性能8.3 對(duì)系統(tǒng)采用積分分離PID控制,并整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)Ø 目標(biāo)及要求:1)學(xué)習(xí)并熟悉常規(guī)的數(shù)字PID控制算法的原理;2)學(xué)習(xí)并熟悉積分分離PID控制算法的原理;3)掌握具有數(shù)字PID調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法。9、實(shí)驗(yàn)三:離散化方法研究實(shí)驗(yàn)(2學(xué)時(shí))(支撐教學(xué)目標(biāo)4)9.1 利用實(shí)驗(yàn)箱,設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)?;旌戏抡娴挠?jì)算機(jī)控制系統(tǒng),并利用D(S)離散化后所編寫的程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行控制9.2 研究采樣周期變化時(shí),不同離散化的方法對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)性能的影響9.3
20、對(duì)上述連續(xù)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能作比較研究Ø 目標(biāo)及要求:1)學(xué)習(xí)并掌握數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法;2)熟悉將模擬控制器D(S)離散為數(shù)字控制器的原理與方法;3)通過數(shù)?;旌蠈?shí)驗(yàn),對(duì)D(S)的多種離散化方法作比較研究,并對(duì)D(S)離散化前后閉環(huán)系統(tǒng)的性能進(jìn)行比較,以加深對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理解。10、實(shí)驗(yàn)四:最少拍控制算法實(shí)驗(yàn)(2學(xué)時(shí))(支撐教學(xué)目標(biāo)3)10.1 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)具有一個(gè)積分環(huán)節(jié)的二階系統(tǒng)的最少拍控制10.2 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)具有一個(gè)積分環(huán)節(jié)的二階系統(tǒng)的最少拍無紋波控制,并通過混合仿真實(shí)驗(yàn),觀察該閉環(huán)控制系統(tǒng)輸出采樣點(diǎn)間紋波的消除Ø 目標(biāo)及要求:1)學(xué)習(xí)并熟悉最少拍控制
21、器的設(shè)計(jì)和算法;2)研究最少拍控制系統(tǒng)輸出采樣點(diǎn)間紋波的形成;3)熟悉最少拍無紋波控制系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。三、教學(xué)方法在教學(xué)方式上,根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容,綜合運(yùn)用課堂講授和演示、課堂討論、課堂練習(xí)、發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法和自學(xué)指導(dǎo)法,通過引入問題和啟發(fā)式教學(xué),使學(xué)生更加明確教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)體系,引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí),激發(fā)內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),提高課堂的積極性。在目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件基礎(chǔ)上,及時(shí)采用實(shí)驗(yàn)練習(xí)法,強(qiáng)化所學(xué)知識(shí)的理解和運(yùn)用,培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題,思考解決方案,為后續(xù)教學(xué)內(nèi)容作鋪墊。教學(xué)內(nèi)容體系、前后關(guān)聯(lián)和相關(guān)重點(diǎn)結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容,本課程所采用的教學(xué)方法說明如下:1.
22、 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論。教學(xué)內(nèi)容主要是對(duì)于所學(xué)課程的概述性介紹以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)信號(hào)的采樣與恢復(fù)。在教學(xué)中采用講授法、演示法、討論法和實(shí)驗(yàn)練習(xí)法相結(jié)合,將抽象問題具體化,增加學(xué)生對(duì)于課程學(xué)習(xí)的興趣。在講授原理的基礎(chǔ)上,通過一些實(shí)際工程例子,加深學(xué)生對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)以及對(duì)于采樣周期的選擇原則;通過實(shí)驗(yàn)一使得學(xué)生對(duì)于A/D與D/A技術(shù)有一個(gè)更直觀的概念;此外,鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合相關(guān)所學(xué)知識(shí)來談一談?dòng)?jì)算機(jī)控制技術(shù)的興起對(duì)于我們生活的改變以及其未來的發(fā)展趨勢。2. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析和線性離散系統(tǒng)狀態(tài)空間分析。教學(xué)內(nèi)容與前置課程(自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論)具有一定的關(guān)聯(lián)性。在教學(xué)中采用
23、講授法、演示法和討論法相結(jié)合。在講授系統(tǒng)性能指標(biāo)基礎(chǔ)上,通過演示簡單的數(shù)值算例,加深學(xué)生對(duì)于各性能指標(biāo)的認(rèn)識(shí)。此外,在課程中引導(dǎo)學(xué)生思考和討論離散系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)在個(gè)性能指標(biāo)的計(jì)算上有何異同,以及兩者在狀態(tài)空間表示上的差異,加深學(xué)生對(duì)于離散系統(tǒng)的理解和認(rèn)識(shí)。3. Z變換及Z傳遞函數(shù)。教學(xué)內(nèi)容涉及較多的定理定義和理論推導(dǎo),內(nèi)容比較抽象,且具有一定的難度。教學(xué)中采用講授法和發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法相結(jié)合。例如,在開始教學(xué)時(shí),我們僅基本Z變換和Z反變換部分分式法的基本原理和過程,然后通過例題引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)齊次和分子帶有常數(shù)項(xiàng)的特殊解法,從而加深學(xué)生對(duì)于定理定義的理解。發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法也可被用于差分方程求解、Z傳遞函數(shù),初值、終值定理的教學(xué)環(huán)節(jié)中。4. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的離散化設(shè)計(jì)和模擬化設(shè)計(jì)。教學(xué)內(nèi)容主要涉及離散系統(tǒng)下的控制器設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),具有一定的實(shí)際應(yīng)用性。教學(xué)中主要采用講授法、實(shí)驗(yàn)法和自學(xué)指導(dǎo)法相結(jié)合。組織教學(xué)內(nèi)容時(shí),首先使學(xué)
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