計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程教學(xué)大綱

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)