計算機(jī)控制課程實施大綱

1、四川理工學(xué)院本科課程實施大綱計算機(jī)控制基本信息課程代碼：10000724課程名稱：計算機(jī)控制 （Computer Control）學(xué) 分：2.5總 學(xué) 時：38（32理論+6實驗）學(xué) 期：第6學(xué)期上課時間： 上課地點： 答疑時間和方式：課前、課后、固定地點輔導(dǎo)答疑、網(wǎng)絡(luò)及電話答疑地點：上課的教室，教師辦公室（實驗一樓429）或者教研室（實驗一樓541）授課對象：自動化本科任課教師：陳昌忠學(xué) 院：自動化與電子信息學(xué)院郵 箱：c-zchen聯(lián)系電話61682（V網(wǎng)短號）1教學(xué)理念自動化專業(yè)致力于培養(yǎng)適應(yīng)新世紀(jì)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的德、智、體、美全面發(fā)展的，素質(zhì)、能力、知

2、識協(xié)調(diào)統(tǒng)一的，掌握電工技術(shù)、電子技術(shù)、自動檢測與儀表、控制理論、計算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用、信息處理、系統(tǒng)工程和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等較寬廣領(lǐng)域的工程技術(shù)基礎(chǔ)和現(xiàn)代自動化領(lǐng)域基本理論知識及專業(yè)技能，富有創(chuàng)新精神和協(xié)作能力、實踐能力強(qiáng)、全面發(fā)展的高級復(fù)合型自動化工程技術(shù)人才。計算機(jī)控制課程除了掌握基本知識和基本理論以外，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、實踐能力和系統(tǒng)設(shè)計能力，在老師的理論教學(xué)和實踐教學(xué)過程中，遵循理論聯(lián)系實際和因材施教的原則，使學(xué)生在循序漸進(jìn)的教學(xué)過程中獲得系統(tǒng)的科學(xué)知識，并能夠做到學(xué)以致用。計算機(jī)控制課程所涉及知識較廣，要求有較全面的工程數(shù)學(xué)、微型計算機(jī)原理及接口技術(shù)、程序設(shè)計以及電路原理和電路設(shè)計等

3、知識，考慮到該課程的前期基礎(chǔ)課程較多，學(xué)生基礎(chǔ)相對比較薄弱的特點，在教學(xué)計算機(jī)控制的知識的過程中，區(qū)分計算機(jī)控制課程的新知識和運用的前期課程知識，計算機(jī)控制課程的新知識理清思路、講透原理；運用的前期課程知識，告訴同學(xué)們該知識點具體屬于那門課程及章節(jié)，并講透如何使用這些知識點等。整個教學(xué)實施過程中，我的教學(xué)風(fēng)格是：（1）認(rèn)真的對待每位學(xué)生。在教學(xué)過程中，我將以民主、平等、尊重、嚴(yán)格的態(tài)度對待每位學(xué)生，對不同類型的學(xué)生以及關(guān)系密切程度不同的學(xué)生做到一視同仁，對每一位學(xué)生都關(guān)心、愛護(hù)。（2）以多重教學(xué)方法傳遞知識。為了避免學(xué)生因為知識較難而產(chǎn)生課程學(xué)習(xí)的畏難情緒。課程實施主要采用講授法、引導(dǎo)法、提問

4、法、對比法、歸納法、演示法以及實例分析法等多種教學(xué)方法，同時結(jié)合教師自身的教學(xué)經(jīng)驗，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生通過積極的思維、練習(xí)，主動地獲取知識，確保學(xué)生學(xué)有所得。在上課形式上，運用多媒體教學(xué)手段，方便引入前期學(xué)習(xí)知識內(nèi)容，便于學(xué)生了解和掌握本課程的知識，以實現(xiàn)良好的教學(xué)效果。（3）以深入淺出的邏輯思路講解知識。在教學(xué)過程中，我盡量尋求學(xué)生易于接受的教學(xué)方法和思維方式引導(dǎo)學(xué)生，盡量獲取更多的知識信息。盡可能地引用前期課本中的相關(guān)例子、前期課程設(shè)計中的內(nèi)容，用最淺顯易懂的語言表達(dá)課程中比較復(fù)雜抽象知識，讓學(xué)生積極參與整個教學(xué)環(huán)節(jié)，通過理論學(xué)習(xí)和實踐教學(xué)，較好地掌握該課程。（4）積極引導(dǎo)學(xué)生

5、的主動學(xué)習(xí)。在教學(xué)過程中，我將通過現(xiàn)實生活的實際計算機(jī)控制系統(tǒng)，分析系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，引導(dǎo)同學(xué)們?nèi)ニ伎紝崿F(xiàn)這個計算機(jī)控制系統(tǒng)所需的知識，并如何應(yīng)用這些知識去完成系統(tǒng)的設(shè)計，讓學(xué)生掌握如何去分析問題和解決問題。這樣充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，積極主動地學(xué)習(xí)。2課程描述計算機(jī)控制屬于信息技術(shù)學(xué)科，該課程是我國高等學(xué)校各類自動化、電子與電氣工程、計算機(jī)應(yīng)用、機(jī)電一體化等專業(yè)的一門專業(yè)技術(shù)課。它是繼微控制器原理及應(yīng)用、自動控制原理、單片機(jī)原理與應(yīng)用、可編程控制器、數(shù)字電路、模擬電路、算法語言、檢測技術(shù)、控制裝置等課程之后的一門綜合性較強(qiáng)的專業(yè)主干課程。計算機(jī)控制本課程主要學(xué)習(xí)計算機(jī)控制系統(tǒng)的概念、結(jié)構(gòu)、類別

6、，計算機(jī)控制系統(tǒng)硬件的一般組成，數(shù)字控制器的常用控制算法，系統(tǒng)硬、軟件抗干擾技術(shù)，計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計等。要求學(xué)生們能夠從被控對象出發(fā)，綜合考慮工藝、性能指標(biāo)、系統(tǒng)硬件與軟件、控制規(guī)律等諸多方面，設(shè)計出符合要求的計算機(jī)控制系統(tǒng)。計算機(jī)控制是自動化專業(yè)的限選專業(yè)課程，也是一門理論性和實踐性都很強(qiáng)的課程。該課程的知識主要解決控制系統(tǒng)自動運行、智能解決運行中的問題以及系統(tǒng)設(shè)備之間進(jìn)行信息交互問題等，是機(jī)器、裝置、產(chǎn)品等必不可少的知識組成部分。計算機(jī)控制主要研究將計算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)相結(jié)合，是自動控制發(fā)展中的高級階段，是自動控制的重要分支，廣泛應(yīng)用于日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事國防、管理等各個領(lǐng)域?，F(xiàn)

7、隨著信息化、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展，與微電子技術(shù)、控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、顯示技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，互為因果，相互補充、相互促進(jìn)，目前計算機(jī)控制系統(tǒng)主要向綜合化、虛擬化、智能化、綠色化等方向發(fā)展。3教師簡介陳昌忠，碩士研究生，副教授，自動化與電子信息學(xué)院自動化教研室。1997.07大學(xué)本科畢業(yè)于四川大學(xué)自動控制專業(yè)，獲工學(xué)碩士；2009.06碩士研究生畢業(yè)于四川理工學(xué)院模式識別與智能系統(tǒng)專業(yè)，獲工學(xué)工學(xué)碩士。主要研究方向：微控制器技術(shù)，檢測技術(shù)及信息處理，智能控制以及非線性控制。4先修課程高等數(shù)學(xué)工程數(shù)學(xué)、電路原理、模擬電路、數(shù)字電路、算法語言、電機(jī)拖動基礎(chǔ)電力電子技術(shù)自

8、動控制原理、微控制器原理及應(yīng)用、單片機(jī)原理與應(yīng)用、可編程控制器、檢測技術(shù)、控制裝置先修課程與本課程的關(guān)系：高等數(shù)學(xué)：主要微分、積分和泰勒級數(shù)等知識，在控制器算法設(shè)計、數(shù)據(jù)預(yù)處理、線性化、非線性誤差、標(biāo)度變換等需要這些學(xué)知識。工程數(shù)學(xué)：在計算機(jī)控制器設(shè)計時，要使用拉氏變換、Z變換、差分方程、矩陣知識等。電路原理、模擬電路、數(shù)字電路：計算機(jī)控制電路設(shè)計需要這些課程的知識。檢測技術(shù)、控制裝置：在計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計中需要正確選用傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以及對傳感器輸出信號和輸入執(zhí)行機(jī)構(gòu)信號進(jìn)行處理。電機(jī)拖動基礎(chǔ)、電力電子技術(shù)：電機(jī)拖動基礎(chǔ)為計算機(jī)控制課程用到的控制對象步進(jìn)電機(jī)提供理論基礎(chǔ)，電力電子技術(shù)為實現(xiàn)

9、計算機(jī)控制提供控控制方法。自動控制原理：其理論支撐計算機(jī)控制算法實現(xiàn)，是計算機(jī)控制課程關(guān)于控制的直接基礎(chǔ)知識。微控制器原理及應(yīng)用、單片機(jī)原理與應(yīng)用、可編程控制器、算法語言：這些課程的知識都是計算機(jī)控制課程的直接基礎(chǔ)知識，學(xué)習(xí)計算機(jī)控制的時候，涉及到計算機(jī)方面的知識都是直接使用。與本課程相關(guān)的后續(xù)課程：系統(tǒng)工程設(shè)計、系統(tǒng)綜合訓(xùn)練、集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、畢業(yè)設(shè)計等。5課程目標(biāo)5.1知識與技能方面知識：掌握計算機(jī)控制系統(tǒng)的概念、結(jié)構(gòu)特點、工作原理；理解和掌握計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成，計算機(jī)控制系統(tǒng)過程通道，計算機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)，數(shù)字控制器的常用控制算法；了解計算機(jī)控制系統(tǒng)分類及發(fā)展趨勢

10、，工業(yè)控制計算機(jī)，數(shù)字控制器的復(fù)雜控制算法及先進(jìn)控制技術(shù)，計算機(jī)控制系統(tǒng)硬、軟件抗干擾技術(shù)，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；理解計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)等。技能：能夠分析現(xiàn)實生活中計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、工作原理；能夠根據(jù)需求設(shè)計出直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）。5.2過程與方法方面計算機(jī)控制理論學(xué)習(xí)32學(xué)時，每周4學(xué)時，共開課8周；實踐課程6學(xué)時，伴隨相應(yīng)教學(xué)之后進(jìn)行。理論教學(xué)由講解、演示以及示例等完成，實驗教學(xué)由構(gòu)建電路、連接計算機(jī)以及編程等完成，學(xué)生學(xué)習(xí)由預(yù)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)以及作業(yè)完成，最后通過考核完成學(xué)習(xí)過程。教學(xué)與學(xué)習(xí)過程中，通過多種教學(xué)方法（講授法、引導(dǎo)法、提問法、對比法、歸納法、演示法以及實例分析

11、法等）學(xué)習(xí)本次課程內(nèi)容，每次課程給出下一次課程講解的內(nèi)容、需要的前期課程知識；學(xué)生們進(jìn)行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、做作業(yè)，認(rèn)真完成實踐教學(xué)。5.3情感、態(tài)度與價值觀方面總體目標(biāo)：不僅教會學(xué)生知識，還要教會學(xué)生做人。老師要認(rèn)真?zhèn)湔n、講解和批改作業(yè)，上課按時就位、態(tài)度認(rèn)真、盡職盡責(zé)；學(xué)生課前要預(yù)習(xí)，課中要積極認(rèn)真，課后要復(fù)習(xí)、認(rèn)真作業(yè)，實踐課程一定理解和動手完成；師生在上課期間不要與他人討論與本課程無關(guān)的內(nèi)容，或者玩手機(jī)、上網(wǎng)、打電話、吃東西等。老師對待學(xué)生以民主、平等、尊重的態(tài)度，重視學(xué)生的發(fā)言，認(rèn)真思考學(xué)生的提出意見和建議，并反饋相應(yīng)信息；學(xué)生要尊重老師和其他同學(xué)，誠實守信，遵守課堂紀(jì)律，學(xué)生要學(xué)會理解和尊

12、重他人，學(xué)會與人交往的基本禮儀，注重在公眾場所的言談舉止等。6課程內(nèi)容6.1 選用教材簡介計算機(jī)控制技術(shù)（Computer Control Technology）（第3版）顧德英 羅云林 馬淑華 編著北京郵電大學(xué)出版社普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高等院校自動化新編系列教材6.2 課程教學(xué)章節(jié)及學(xué)時安排總學(xué)時安排：38學(xué)時，其中（理論教學(xué)32學(xué)時，實驗教學(xué)6學(xué)時）理論教學(xué)安排如下：緒言 計算機(jī)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 2學(xué)時第1章 計算機(jī)控制系統(tǒng)概述 3學(xué)時第2章 工業(yè)控制計算機(jī) 2學(xué)時第3章 輸入輸出與信息通道技術(shù) 7學(xué)時第4章 計算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù) 2學(xué)時第5章 數(shù)字控制技術(shù) 3學(xué)時第6

13、章 常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù) 5學(xué)時第7章 計算機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計技術(shù) 4學(xué)時第8章 先進(jìn)控制技術(shù) 自學(xué)（0學(xué)時）第9章 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 2學(xué)時第10章 計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 2學(xué)時實驗教學(xué)安排如下：PID控制實驗 3學(xué)時最小拍控制 3學(xué)時6.3課程教學(xué)內(nèi)容、重點難點緒言 計算機(jī)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)（一）教學(xué)內(nèi)容0.1 計算機(jī)控制基礎(chǔ)0.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)0.3 本課程講解的知識（二）重點：計算機(jī)控制的定義，計算機(jī)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。（三）難點：計算機(jī)控制的定義，計算機(jī)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的理解。第1章 計算機(jī)控制系統(tǒng)概述（一）教學(xué)內(nèi)容1.1 計算機(jī)控制特征與組成1.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的分

14、類1.3 計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況及趨勢（二）重點：計算機(jī)控制的組成、特征、工作原理以及工作方式。（三）難點：計算機(jī)控制的控制過程、實時工作方式。第2章 工業(yè)控制計算機(jī)（一）教學(xué)內(nèi)容2.1 IPC工控機(jī)2.2 可編程序控制器（PLC）(自學(xué)，前期課程內(nèi)容)2.3 嵌入式系統(tǒng)(自學(xué)，前期課程內(nèi)容)（二）重點：IPC工控機(jī)的概念、組成，計算機(jī)控制系統(tǒng)總線。（三）難點：IPC工控機(jī)的總線結(jié)構(gòu)和輸入輸出模板。第3章 輸入輸出與信息通道技術(shù)（一）教學(xué)內(nèi)容3.1 數(shù)字量輸入輸出通道3.2 模擬量輸入通道3.3 模擬量輸出通道3.4 人機(jī)交互通道（二）重點：過程通道的的組成，A/D、D/A結(jié)構(gòu)與應(yīng)用、計算機(jī)

15、控制系統(tǒng)的顯示器和鍵盤。（三）難點：組成過程通道的器件的靈活使用、計算機(jī)控制系統(tǒng)基本顯示電路軟硬件設(shè)計和非編碼鍵盤的軟硬件設(shè)計。第4章 計算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)（一）教學(xué)內(nèi)容4.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)主要干擾分析4.2 過程通道抗干擾技術(shù)4.3 接地技術(shù)4.4 供電技術(shù)（二）重點：干擾的定義，干擾產(chǎn)生的機(jī)理及消除干擾的方法，計算機(jī)控制系統(tǒng)的接地技術(shù)。（三）難點：干擾產(chǎn)生的機(jī)理及消除干擾的方法，計算機(jī)控制系統(tǒng)接地的方法。第5章 數(shù)字控制技術(shù)（一）教學(xué)內(nèi)容5.1 數(shù)字控制系統(tǒng)5.2 逐點比較法插補原理5.3 步進(jìn)電機(jī)伺服控制技術(shù)5.4 直流伺服電機(jī)控制技術(shù) （二）重點：數(shù)字程序控制的概念及組成，數(shù)字控

16、制原理和實現(xiàn)方法，步進(jìn)電機(jī)的工作原理及其控制。（三）難點：數(shù)字程序控制實施的原理，步進(jìn)電機(jī)控制電路設(shè)計及其軟件設(shè)計。第6章 常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)（一）教學(xué)內(nèi)容6.1 數(shù)字控制器模擬化設(shè)計6.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的離散化設(shè)計6.3 純滯后控制技術(shù)（二）重點：數(shù)字控制器的設(shè)計方法，數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計方法和離散化設(shè)計方法的一般步驟，PID算法、最少拍算法、大林算法。（三）難點：數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計方法和離散化設(shè)計方法具體實施過程。第7章 計算機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計技術(shù)（一）教學(xué)內(nèi)容7.1 程序設(shè)計技術(shù)7.2 測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)7.3 軟件抗干擾技術(shù) 7.4 數(shù)字PID控制器的工程實現(xiàn)(自學(xué)，在DCS課

17、程中具體講)（二） 重點：程序設(shè)計的步驟，測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)，軟件抗干擾技術(shù)。（三） 難點：各種數(shù)據(jù)預(yù)處理方法實現(xiàn)原理。第8章 先進(jìn)控制技術(shù)（自學(xué)內(nèi)容）（一）自學(xué)內(nèi)容8.1 模糊控制技術(shù)8.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)8.3 預(yù)測控制技術(shù)（二） 重點：理解模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制及預(yù)測控制的工作原理及實現(xiàn)。（三） 難點：模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制及預(yù)測控制的原理。第9章 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（一）教學(xué)內(nèi)容9.1 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)概述9.2 控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)9.3工業(yè)以太網(wǎng)（自學(xué)）9.4 集散控制系統(tǒng)（DCS）（自學(xué),自動化開設(shè)專門課程）9.5 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS) （自學(xué),自動化開設(shè)專門課程）9.6 綜合自動

18、化系統(tǒng)（自學(xué)）9.7 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術(shù) （自學(xué)）（二）重點：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的類型、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、介質(zhì)訪問控制技術(shù)。（三）難點：集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)的理解。第10章 計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)（一）教學(xué)內(nèi)容10.1系統(tǒng)設(shè)計的原則與步驟10.2 系統(tǒng)的工程設(shè)計與實現(xiàn)10.3 電熱油爐溫度單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計10.4 換熱站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計10.5 三維直線運動平臺PLC控制系統(tǒng)設(shè)計（二）重點：計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計的原則與步驟，計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)。（三）難點：計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)、計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計實例理解。7.課程教學(xué)實施授課章節(jié)緒言 計算機(jī)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)本章總學(xué)時3教學(xué)性質(zhì)

19、理論課單元學(xué)時2教學(xué)課次（總課次）1（16）1單元教學(xué)目標(biāo)了解日常生活中常見的計算機(jī)控制系統(tǒng)，理解和掌握計算機(jī)控制的定義，理解計算機(jī)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)2單元教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）講解計算機(jī)控制基礎(chǔ)，計算機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)重點：計算機(jī)控制的定義，計算機(jī)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。難點：計算機(jī)控制的定義，計算機(jī)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的理解。3單元教學(xué)過程及教學(xué)方法0.1 計算機(jī)控制基礎(chǔ)一、計算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖（課堂講授）二、計算機(jī)控制的定義（課堂講授）1 計算機(jī)控制就是對被控對象的有關(guān)參數(shù)（如溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)角等）進(jìn)行采樣并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，通過輸入通道把數(shù)字量和模擬量（轉(zhuǎn)換成數(shù)字量）表示的

20、各種參數(shù)信息傳送給計算機(jī)，計算機(jī)根據(jù)這些信息，按照預(yù)先規(guī)定的控制規(guī)律進(jìn)行運算和處理，并通過輸出通道把運算結(jié)果以數(shù)字量或模擬量的形式去控制被控對象，使被控制的參數(shù)達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。2 計算機(jī)控制是“計算機(jī)技術(shù)”與“自動化控制系統(tǒng)”融為一體的一門綜合性學(xué)問，計算機(jī)控制系統(tǒng)是以計算機(jī)為核心部件的過程控制系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)。3 從計算機(jī)應(yīng)用的角度出發(fā)，自動化控制工程是其重要的一個應(yīng)用領(lǐng)域；而從自動化控制工程來看，計算機(jī)技術(shù)又是一個主要的實現(xiàn)手段。三、日常生活中常見的計算機(jī)控制系統(tǒng)舉例（討論與探究法）0.2 計算機(jī)控制的關(guān)鍵技術(shù)（課堂講授）4單元作業(yè)安排及課后反思試舉例生活中的某計算機(jī)控制系統(tǒng)，并進(jìn)行分析

21、該系統(tǒng)用了哪些知識。5（單元）課前準(zhǔn)備情況及其他相關(guān)特殊要求（教師、學(xué)生）了解生活中的計算機(jī)控制系統(tǒng)。授課章節(jié)緒言 計算機(jī)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)本章總學(xué)時3教學(xué)性質(zhì)理論課單元學(xué)時1教學(xué)課次（總課次）2（16）1單元教學(xué)目標(biāo)理解計算機(jī)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，了解本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容。2單元教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）實例講解計算機(jī)控制的關(guān)鍵技術(shù)，本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容。重點：理解和掌握計算機(jī)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)需要的相關(guān)知識。難點：理解計算機(jī)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。3單元教學(xué)過程及教學(xué)方法0.2 計算機(jī)控制的關(guān)鍵技術(shù)實例：電感式滾珠直徑分選控制系統(tǒng)（案例分析、討論與探究法、實驗與演示法等）1 控制目標(biāo)2 被控對象3 完

22、成控制需要做的任務(wù)： （1） 信號檢測有哪些？（2） 控制點有哪些？（3）控制核心：控制器、控制方案；（4）裝置選擇。4 信號特征計算機(jī)控制的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容（案例分析） 1 硬件系統(tǒng)構(gòu)成多路開關(guān)、程控放大器、采樣保持器、A/D和D/A 放大器；2 控制規(guī)律算法：PID、最小拍算法實現(xiàn)方式；知識基礎(chǔ)拉氏變換、Z變換、差分方程；3 信號處理自動校準(zhǔn)、線性化、標(biāo)度變換、硬件抗干擾、軟件抗干；4 軟件系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件（前期課程、工業(yè)組態(tài)軟件）。示例：工業(yè)組態(tài)軟件控制控制系統(tǒng)的工業(yè)組態(tài)圖（圖例展示）0.3 本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容（課堂講授）1 計算機(jī)控制的定義；2 計算機(jī)控制的工作原理；3 計算機(jī)控制的組成；

23、4 信號檢測輸入通道5 信號輸出控制通道6 軟件設(shè)計（算法、編程、組態(tài)軟件）7 可靠性（數(shù)據(jù)預(yù)處理、抗干擾技術(shù)）8 系統(tǒng)的設(shè)計教學(xué)章節(jié)第0章 緒言第1章 計算機(jī)控制系統(tǒng)概述第2章 工業(yè)控制計算機(jī)第3章 輸入輸出接口與信息通道技術(shù)第4章 計算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)第5章 數(shù)字控制技術(shù)第6章 常規(guī)控制技術(shù)第7章 計算機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計技術(shù)第10章 計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)4單元作業(yè)安排及課后反思了解生活中的某些控制系統(tǒng)可以用計算機(jī)實現(xiàn)，準(zhǔn)備好本課程的前期課程的課本。5（單元）課前準(zhǔn)備情況及其他相關(guān)特殊要求（教師、學(xué)生）要求課前分析生活中的計算機(jī)控制系統(tǒng)。授課章節(jié)第1章 計算機(jī)控制系統(tǒng)概述本章總學(xué)時3

24、教學(xué)性質(zhì)理論課單元學(xué)時1教學(xué)課次（總課次）2（16）1單元教學(xué)目標(biāo)了解典型計算機(jī)控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖，理解計算機(jī)控制系統(tǒng)的特征、工作原理和工作方式。2單元教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）計算機(jī)控制系統(tǒng)特征，計算機(jī)控制系統(tǒng)工作原理、工作方式。重點：計算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征，計算機(jī)控制系統(tǒng)工作原理、工作方式。難點：計算機(jī)控制系統(tǒng)與模擬控制系統(tǒng)工作原理的區(qū)別，“實時”概念的理解。3單元教學(xué)過程及教學(xué)方法1.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)特征與組成（課堂講授）1.1.1 自動控制 自動控制是在非人工直接參與的前提下，應(yīng)用自動控制裝置自動地、有目的地控制設(shè)備和生產(chǎn)過程，使他們具有一定的狀態(tài)和性能，完成相應(yīng)功能，實現(xiàn)預(yù)定目標(biāo) 自

25、動控制系統(tǒng)一般可以分為：開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩大類。開環(huán)控制系統(tǒng)： 所謂開環(huán)控制系統(tǒng)是指控制器按照先驗的控制方案對對象或系統(tǒng)進(jìn)行控制，使被控制對象或系統(tǒng)能按照約定來運動或變化。閉環(huán)控制系統(tǒng)： 閉環(huán)控制系統(tǒng)較開環(huán)控制系統(tǒng)增加了一個比較環(huán)節(jié)和一個來自被控參數(shù)的反饋信號。1.1.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理（課堂講授） 1 計算機(jī)控制的定義（1）從結(jié)構(gòu)圖定義計算機(jī)控制系統(tǒng)是以計算機(jī)為控制器去控制具有連續(xù)工作狀態(tài)的被控對象的系統(tǒng)，由計算機(jī)和被控對象兩大部分組成。（2）從組成定義計算機(jī)控制系統(tǒng)是硬件和軟件兩個基本部分組成。（3）從信息流定義計算機(jī)控制就是對被控對象的有關(guān)參數(shù)（如溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)

26、速、轉(zhuǎn)角、電壓、電流、相位、功率、狀態(tài)等）進(jìn)行采樣并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號，通過輸入通道把表示各種參數(shù)信息的開關(guān)量和模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并傳送給計算機(jī)，計算機(jī)根據(jù)這些信息，按照預(yù)先規(guī)定的控制規(guī)律進(jìn)行運算和處理，并通過輸出通道把運算結(jié)果以開關(guān)量和模擬量的形式去控制被控對象，使被控制的參數(shù)達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。2 計算機(jī)控制的工作原理（工作過程）（1）實時數(shù)據(jù)采集 對測量變送裝置輸出的信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行處理。（2）實時控制決策 對被控變量的測量值進(jìn)行分析、運算和處理，并按預(yù)定的控制規(guī)律進(jìn)行運算。（3）實時控制輸出 實時地輸出運算后的控制信號，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成控制任務(wù)。上述過程依次不斷循環(huán)

27、進(jìn)行，使被控變量穩(wěn)定在設(shè)定值上。3 計算機(jī)控制系統(tǒng)工作的方式(1)在線方式和離線方式生產(chǎn)過程和計算機(jī)直接連接，并受計算機(jī)控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機(jī)方式，反之稱為離線方式。生產(chǎn)過程不和計算機(jī)相連，且不受計算機(jī)控制，而是靠人進(jìn)行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式稱為離線方式或脫機(jī)方式。(2)實時方式實時 ：指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間范圍內(nèi)完成，亦即計算機(jī)對輸入信息，以足夠快的速度進(jìn)行控制 。 2個要素：其一：根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過程出現(xiàn)的事件能夠保持多長的時間（允許滯后）；其二：該事件要求計算機(jī)在多長的時間以內(nèi)必須做出反應(yīng)（計算機(jī)響應(yīng)時間）。一個在線的系統(tǒng)不一定是一個實時系統(tǒng)，但一個實時控制系統(tǒng)必定是

28、在線系統(tǒng)。1.2.3 計算機(jī)控制系統(tǒng)的特征（1）結(jié)構(gòu)特征 執(zhí)行控制功能的核心部件是計算機(jī)，是模數(shù)混合系統(tǒng) 控制規(guī)律利用軟件實現(xiàn)，便于實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律；可同時控制多個回路 存在開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)等不同類型的控制系統(tǒng)。 （2）信號特征 模擬控制系統(tǒng)和計算機(jī)控制系統(tǒng)的信號差異：模擬控制系統(tǒng)：均為連續(xù)模擬信號；計算機(jī)控制系統(tǒng)：模擬信號、離散信號、數(shù)字信號。（3）控制方法特征常用的設(shè)計方法有兩種：模擬調(diào)節(jié)規(guī)律離散化設(shè)計法使用模擬自動控制系統(tǒng)理論設(shè)計，計算機(jī)控制器實現(xiàn)間接設(shè)計方法PID控制；離散化設(shè)計方法使用的數(shù)字控制理論，計算機(jī)控制器實現(xiàn)直接設(shè)計法 最少拍控制。（4）功能特征以軟件代替硬件 數(shù)

29、據(jù)存儲 狀態(tài)、數(shù)據(jù)顯示 管理功能 4單元作業(yè)安排及課后反思（1）習(xí)題1-1。（2）請描述計算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理（工作過程）。（3）請計算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征。5（單元）課前準(zhǔn)備情況及其他相關(guān)特殊要求（教師、學(xué)生）要求課前預(yù)習(xí)。授課章節(jié)第1章 計算機(jī)控制系統(tǒng)概述本章總學(xué)時3教學(xué)性質(zhì)理論課單元學(xué)時2教學(xué)課次（總課次）3（16）1單元教學(xué)目標(biāo)了解計算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成、軟件組成，了解計算機(jī)控制系統(tǒng)的分類，了解計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況、發(fā)展過程和發(fā)展趨勢。2單元教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）計算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成，計算機(jī)控制系統(tǒng)系統(tǒng)軟件，計算機(jī)控制系統(tǒng)的分類，計算機(jī)控制的發(fā)展概況及發(fā)展趨勢。重點：計算機(jī)控

30、制系統(tǒng)組成、分類。3單元教學(xué)過程及教學(xué)方法1.2.4 計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成包括硬件和軟件兩大部分。硬件是由計算機(jī)主機(jī)、接口電路、外部設(shè)備組成，是計算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。軟件是安裝在計算機(jī)主機(jī)中的程序，它能夠完成對其接口和外部設(shè)備的控制，完成對信息的處理，它包含有維持計算機(jī)主機(jī)工作的系統(tǒng)軟件和為完成控制而進(jìn)行信息處理的應(yīng)用軟件的兩大部分，軟件是計算機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。1 硬件組成（1）主機(jī)主機(jī)是指用于控制的計算機(jī)，它主要由CPU、存儲器和接口三大部分組成，是整個系統(tǒng)的核心。目前使用的主機(jī)有：單片機(jī)、PLC、工業(yè)PC等。它主要完成數(shù)據(jù)和程序的存取、程序的執(zhí)行、控制外部設(shè)備和過程通道

31、中的設(shè)備的工作，實現(xiàn)對被控對象的控制，實現(xiàn)人機(jī)對話和網(wǎng)絡(luò)通信。由于CPU技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，主機(jī)還要完成對一些含CPU設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制。 （2）I/O接口 CPU與外部設(shè)備的連接和數(shù)據(jù)交換都需要通過I/O接口設(shè)備來實現(xiàn)。I/O接口存在的原因：速度不匹配，時序不匹配，信息格式不匹配。（3）過程通道 (輸入輸出通道)過程控制通道是被控對象與主機(jī)進(jìn)行信息交換的通道，根據(jù)信號方向和形式，過程控制通道可分為： 模擬量輸入通道（AI）完成過程和被控對象送往主機(jī)的模擬信號的轉(zhuǎn)換，使之成為計算機(jī)能夠接收的數(shù)字信號。 模擬量輸出通道（AO）目前，大多數(shù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍只能接收模擬信號，

32、而計算機(jī)處理、決策后的最終結(jié)果是數(shù)字信號。通過模擬量輸出通道完成對數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量并保持。 數(shù)字量輸入通道（DI）數(shù)字量的輸入通道是把過程和被控對象的開關(guān)量或通過傳感器已轉(zhuǎn)換的數(shù)字量以并行或串行的方式轉(zhuǎn)入計算機(jī)。 數(shù)字量輸出通道（DO）數(shù)字量輸出通道是將計算機(jī)運算、決策之后的數(shù)字信號以串行或并行的方式輸出給被控對象或外部設(shè)備。（4）操作控制臺操作控制臺是計算機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)交互的關(guān)鍵設(shè)備，通過操作控制臺，操作人員可以及時了解被控過程的運行狀態(tài)，運行參數(shù)；對控制系統(tǒng)發(fā)出各種控制的操作命令，并且通過操作控制臺還可以修改控制方案和程序。操作控制臺一般應(yīng)包括： 信息的顯示， 信息的記錄， 工作方式狀態(tài)

33、的選擇， 信息輸入。一般由四部分組成: 顯示器， 作用開關(guān)， 功能鍵， 數(shù)字鍵。（5） 檢測元件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢測元件： 傳感器：將被測參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量， 變送器：電變量轉(zhuǎn)換為計算機(jī)接口使用的電信號。執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 電動執(zhí)行器， 氣動執(zhí)行器， 液動執(zhí)行器。2 計算機(jī)控制系統(tǒng)軟件組成軟件是指能完成各種功能的計算機(jī)程序的總和。它是微型計算機(jī)控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個系統(tǒng)的工作都是在程序的指揮下進(jìn)行協(xié)調(diào)工作的?？刂葡到y(tǒng)的功能和性能在很大程度上依賴于軟件水平的高低。軟件通常分為兩大類：一類是系統(tǒng)軟件，另一類是應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件一般是由計算機(jī)廠家提供的，用來管理計算機(jī)本身的資源、方便用戶使用計算機(jī)的軟件。它主要包

34、括操作系統(tǒng)、各種編譯軟件、監(jiān)控管理軟件，這些軟件一般不需要用戶自己設(shè)計，它們只是作為開發(fā)應(yīng)用軟件的工具。應(yīng)用軟件是面向生產(chǎn)過程的程序，如A/D、D/A轉(zhuǎn)換程序，數(shù)據(jù)采樣，數(shù)字濾波程序、標(biāo)度變換程序、控制量計算程序等等。應(yīng)用軟件大都由用戶自己根據(jù)實際需要進(jìn)行開發(fā)。應(yīng)用軟件的優(yōu)劣，將給控制系統(tǒng)的功能、精度和效率帶來很大的影響，它的設(shè)計是非常重要的。1.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的分類按照控制方式分類：開環(huán)控制和閉環(huán)控制；按照控制規(guī)律分類：程序和順序控制，比例積分微分控制（PID控制），有限拍控制，復(fù)雜規(guī)律控制，智能控制等；按照系統(tǒng)的功能、工作特點分類：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)

35、、分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)。1. 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)（Operational Information SystemOIS）指計算機(jī)的輸出不直接用來控制生產(chǎn)對象，而只是對系統(tǒng)過程參數(shù)進(jìn)行收集、加工處理、然后輸出數(shù)據(jù)。操作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的操作。 2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）直接數(shù)字控制系統(tǒng)(Direct Digital Control system-DDC)是計算機(jī)用于工業(yè)過程控制最普遍的一種方式。計算機(jī)通過輸入通道對一個或多個物理量進(jìn)行巡回檢測，并根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律進(jìn)行運算，然后發(fā)出控制信號，通過輸出通道直接控制調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。3監(jiān)督計算機(jī)系統(tǒng)（SC

36、C）監(jiān)督計算機(jī)控制（Supervisory Computer ControlSCC）系統(tǒng)：計算機(jī)根據(jù)工藝參數(shù)和過程參量檢測值，按照所設(shè)計的控制算法進(jìn)行計算，計算出最佳設(shè)定值直接傳給常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器或者DDC計算機(jī)，最后由模擬調(diào)節(jié)器或DDC計算機(jī)控制生產(chǎn)過程。SCC系統(tǒng)有兩種不同的結(jié)構(gòu)形式。一種是SCC+模擬調(diào)節(jié)器，另一種是SCC+DDC控制系統(tǒng)。4 集散控制系統(tǒng)（DCS）集散控制系統(tǒng)（DCS：Distributed Control System）又稱為分布控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分散控制、集中管理、分而自治、綜合協(xié)調(diào)形成具有層次化體系結(jié)構(gòu),每一級都有自己的功能，基本上是獨立的，但級與級之間或同級之間

37、又有信息交互。直接控制層是集散控制的基礎(chǔ)，用于直接控制生產(chǎn)過程，在這級參與直接控制的可以是計算機(jī)也可以是PLC或?qū)Ｓ玫臄?shù)字控制器，完成對現(xiàn)場設(shè)備的直接監(jiān)測和控制，由于生產(chǎn)過程的控制分別由獨立的控制器進(jìn)行控制，使控制器故障引起分散，局部的故障不會影響整個系統(tǒng)的工作，提高了系統(tǒng)工作的可靠性。5 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Field Bus SystemsFCS）的核心是現(xiàn)場總線?，F(xiàn)場總線是連接現(xiàn)場智能設(shè)備與控制室之間的全數(shù)字式、開放的、雙向的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在國際上流行的設(shè)備級的通信網(wǎng)絡(luò),如CANBUS、LONWORKS、PROFIBUS、HART、FF 等?，F(xiàn)場總線的能源提供：總線

38、供電；信號傳輸實現(xiàn)了全數(shù)字化,從最底層逐層向最高層均采用通信網(wǎng)絡(luò)互連; 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用全分散化, 現(xiàn)場總線的節(jié)點是現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表，如傳感器、變送器、執(zhí)行器等； 現(xiàn)場設(shè)備具有互操作性,改變了DCS 控制層的封閉性和專用性,不同廠家的現(xiàn)場設(shè)備既可互連也可互換,并可以統(tǒng)一組態(tài)； 通信網(wǎng)絡(luò)為開放式互連網(wǎng)絡(luò),可極其方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享; 技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)了全開放,面向任何一個制造商和用戶；現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式為：“工作站現(xiàn)場總線智能儀表”二層結(jié)構(gòu)。6 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(ClMS)計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS，Computer Integrated Manufacturing System)是計算機(jī)

39、技術(shù),網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)、信號處理技術(shù)、管理技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)等新技術(shù)發(fā)展的結(jié)果將企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、計劃、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、銷售及服務(wù)等環(huán)節(jié)和人力、財力、設(shè)備等生產(chǎn)要素集成起來,進(jìn)行統(tǒng)一控制,求得生產(chǎn)活動的最優(yōu)化。 CIM的理念包括兩個基本出發(fā)點第一點是企業(yè)的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)不可分割的，需要統(tǒng)一考慮；第二點整個制造生產(chǎn)過程實質(zhì)上是信息的采集、傳遞和加工處理的過程。 主要應(yīng)包括工程設(shè)計自動化、產(chǎn)品加工自動化和生產(chǎn)管理信息化等三個方面。 1.3 計算機(jī)控制的發(fā)展概況及趨勢1.3.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)概述 計算機(jī)控制，是關(guān)于將計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防等行業(yè)自動控制的一門綜合性學(xué)科與技術(shù)。

40、計算機(jī)控制是以計算機(jī)、自動控制理論、自動控制工程、電子學(xué)和自動化儀表為基礎(chǔ)的綜合學(xué)科。計算機(jī)控制系統(tǒng)簡單地說就是以計算機(jī)替代了原模擬控制系統(tǒng)的控制器（控制儀表）組成的自動控制系統(tǒng)。但是這種取代決不是一種簡單的替代而是一種升華。1. 計算機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的原因隨著科學(xué)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步和對控制要求的提高，控制對象越來越復(fù)雜，控制系統(tǒng)也隨之復(fù)雜，出現(xiàn)了多輸入-多輸出多變量系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)控制、時變和分布參數(shù)控制系統(tǒng)。對這些系統(tǒng)，使用常規(guī)控制方法和手段實現(xiàn)十分困難。電子計算機(jī)尤其是微型計算機(jī)的出現(xiàn)并應(yīng)用于自動控制領(lǐng)域，使自動控制水平產(chǎn)生了巨大飛躍。2. 計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為

41、計算機(jī)控制的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。自1946年世界上第一臺可以由程序控制的計算機(jī)（稱為電子數(shù)字器與計算器）ENICA誕生以來，人們就試圖將這種運算速度快，又能存儲又能進(jìn)行算術(shù)和邏輯計算的機(jī)器應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)中來。然而這種昂貴的運算機(jī)器在作為控制器來說是大材小用，于是人們希望用這種計算機(jī)來完成許多回路的數(shù)據(jù)采集與控制，而當(dāng)時計算機(jī)的可靠性又難以勝任作為控制器所需要的高可靠性。20世紀(jì)50年代初，美國首先用計算機(jī)來完成對生產(chǎn)過程進(jìn)行巡檢數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。1959年美國TRW航空公司和Texaco公司合作成功地在得克薩斯州的一家煉油廠將一臺計算機(jī)投入在線控制。該控制系統(tǒng)以綜合指標(biāo)出發(fā)確定了熱水循

42、環(huán)系統(tǒng)的最佳參數(shù)，同時也揭開了計算機(jī)控制的輝煌一頁。在20世紀(jì)60年代計算機(jī)控制系統(tǒng)已成功的應(yīng)用于化工、鋼鐵和電力等不同的領(lǐng)域，但這些系統(tǒng)還都是以數(shù)據(jù)的采集和處理為主。1962年英國帝國化工公司制造出一套可以直接取代常規(guī)儀表對生產(chǎn)過程直接進(jìn)行控制的計算機(jī)控制系統(tǒng)，開創(chuàng)了直接數(shù)字控制的新時期。自1971世界上第一片四位微處理器的出現(xiàn)，微型計算機(jī)得以快速發(fā)展，1993年P(guān)entium處理器的出現(xiàn)更使微型計算機(jī)在運算速度等諸多方面得以長足發(fā)展，同時也使計算機(jī)控制得以飛速發(fā)展。微處理器和微型計算機(jī)的誕生與發(fā)展為實現(xiàn)分散控制創(chuàng)造了良好的條件。1975年美國Honeywell公司研制成功世界上第一套集散型

43、控制系統(tǒng)TDC-2000并投入使用，開創(chuàng)了計算機(jī)應(yīng)用于實際生產(chǎn)過程控制的新紀(jì)元。隨后一直到80年代末，集散控制系統(tǒng)迅速發(fā)展，有幾萬套集散系統(tǒng)投入運行，不但得到使用者的高度評價同時也為制造商和使用企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著3C技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)運而生?？删幊炭刂破鳎≒LC）的綜合應(yīng)用已打破了原工業(yè)控制的格局，并共同融入到計算機(jī)控制系統(tǒng)的大門類之中。 3 計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程50年代的起步期1959年世界上第一臺過程控制計算機(jī)在美國德克薩斯州的一個煉油廠正式投入運行。該系統(tǒng)控制有26個流量、72個溫度、3個壓力和3個成份.主要用于數(shù)據(jù)處理和操作指導(dǎo)。60

44、 年代的試驗期1962年英國的帝國化學(xué)工業(yè)公司實現(xiàn)了一個DDC系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)采集量為244個，它控制129個閥門。70年代以來的推廣期70年代從傳統(tǒng)的集中控制系統(tǒng)革新為分散控制系統(tǒng)(DCS)。世界上幾個主要的計算機(jī)和儀表制造廠于1975年幾乎同時生產(chǎn)集散控制系統(tǒng)。例如，美國Honeywell公司的TDC-2000，日本橫詞公司的CENTUM等。80年代的成熟期80年代推出具有計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)、專家系統(tǒng)、控制和管理融為一體的新型分散控制系統(tǒng)。90年代后進(jìn)一步發(fā)展期90年代，在流程工業(yè)中，計算機(jī)管控一體化系統(tǒng)，從生產(chǎn)過程的全局出發(fā)，通過對生產(chǎn)活動所需的各種信息的集成，實現(xiàn)常規(guī)的過程控制、先

45、進(jìn)控制、在線優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、企業(yè)管理、經(jīng)營決策等功能。1.3.2 計算機(jī)控制理論與新型控制策略 1 計算機(jī)控制理論采樣控制理論計算機(jī)控制系統(tǒng)理論主要包括： 離散系統(tǒng)理論 采樣系統(tǒng)理論 數(shù)字系統(tǒng)理論 離散系統(tǒng)理論研究離散系統(tǒng)分析和設(shè)計的各種方法，包括：差分方程及z變換理論常規(guī)設(shè)計方法按極點配置的設(shè)計法最優(yōu)設(shè)計方法 系統(tǒng)辨識及自適應(yīng)控制采樣系統(tǒng)理論除了離散系統(tǒng)的理論外，還包括：采樣理論連續(xù)模型及性能指標(biāo)的離散化性能指標(biāo)函數(shù)的計算采樣控制系統(tǒng)的仿真采樣周期的選擇數(shù)字系統(tǒng)理論數(shù)字系統(tǒng)理論除了包括離散系統(tǒng)和采樣系統(tǒng)的理論外，還包括：數(shù)字信號整量化效應(yīng)數(shù)字控制器的實現(xiàn)2 先進(jìn)控制技術(shù)魯棒控制 預(yù)測控制 模

46、糊控制 神經(jīng)控制 專家控制 遺傳算法 （1）魯棒控制在常規(guī)計算機(jī)控制中，我們總是假設(shè)已經(jīng)知道了受控對象的模型，但由于實際中存在種種不確定因素，如：參數(shù)變化；未建模動態(tài)特性；平衡點的變化；傳感器噪聲；不可預(yù)測的干擾輸入；所以我們所建立的對象模型只能是實際物理系統(tǒng)的不精確的表示。魯棒系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)就是要在模型不精確和存在其他變化因素的條件下，使系統(tǒng)仍能保持預(yù)期的性能。如果模型的變化和模型的不精確不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和其它動態(tài)性能，這樣的系統(tǒng)我們稱它為魯棒控制系統(tǒng)。魯棒性(Robustness) 所謂魯棒性，是指標(biāo)稱系統(tǒng)所具有的某一種性能品質(zhì)對于具有不確定性的系統(tǒng)集的所有成員均成立，如果所關(guān)心的是系統(tǒng)

47、的穩(wěn)定性，那么就稱該系統(tǒng)具有魯棒穩(wěn)定性；如果所關(guān)心的是用干擾抑制性能或用其他性能準(zhǔn)則來描述的品質(zhì)，那么就稱該系統(tǒng)具有魯棒性能。（2） 預(yù)測控制預(yù)測控制是一種基于模型又不過分依賴模型的控制策略，其基本思想類似于人的思維與決策，即根據(jù)頭腦中對外部世界的了解，通過快速思維不斷比較各種方案可能造成的后果，從中擇優(yōu)予以實施。 模型預(yù)測滾動優(yōu)化反饋校正等三條基本原理 （3）模糊控制模糊控制是一種應(yīng)用模糊集合理論的控制方法。模糊控制是一種能夠提高工業(yè)自動化能力的控制技術(shù)。凡是無法建立數(shù)學(xué)模型或難以建立數(shù)學(xué)模型的場合都可采用模糊控制技術(shù)。（4）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是一種基本上不依賴于模型的控制方法，它比較

48、適用于那些具有不確定性或高度非線性的控制對象，并具有較強(qiáng)的適應(yīng)和學(xué)習(xí)功能。（5）專家控制專家控制系統(tǒng)是一種已廣泛應(yīng)用于故障診斷、各種工業(yè)過程控制和工業(yè)設(shè)計的智能控制系統(tǒng)。工程控制論與專家系統(tǒng)的結(jié)合形成了專家控制系統(tǒng)。專家控制系統(tǒng)分專家控制系統(tǒng)和專家控制器兩種主要形式。專家控制系統(tǒng)：采樣黑板結(jié)構(gòu)是一種強(qiáng)功能的專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和問題求解模型，它能夠處理大量不同的、錯誤的和不完全的知識，以求解問題?；竞诎褰Y(jié)構(gòu)是由一個黑板（BB）、一套獨立的知識源（KSs）和一個調(diào)度器組成。專家控制器：多為工業(yè)專家控制器。（6）遺傳算法遺傳算法是一種新發(fā)展起來的優(yōu)化算法，基于自然選擇和基因遺傳學(xué)原理的搜索算法。它將“適

49、者生存”這一基本的達(dá)爾文進(jìn)化理論引入串結(jié)構(gòu)，并且在串之間進(jìn)行有組織但又隨機(jī)的信息交換?；蛉我饨M合所構(gòu)成的串的集合 1.3.3計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢： 綜合化虛擬化智能化綠色化4單元作業(yè)安排及課后反思請查閱關(guān)于計算機(jī)控制系統(tǒng)組成、分類以及發(fā)展概述方面的書籍。5（單元）課前準(zhǔn)備情況及其他相關(guān)特殊要求（教師、學(xué)生）要求課前預(yù)習(xí)。授課章節(jié)第2章 工業(yè)控制計算機(jī)本章總學(xué)時2教學(xué)性質(zhì)理論課單元學(xué)時2教學(xué)課次（總課次）4（16）1單元教學(xué)目標(biāo)了解工業(yè)控制計算機(jī)的組成與特點，理解工控機(jī)的內(nèi)部總線、外部總線，了解工控機(jī)的輸入輸出模板。2單元教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）IPC工控機(jī)，可編程序控制器（PLC），嵌入

50、式系統(tǒng)。重點：IPC工控機(jī)的概念、組成，計算機(jī)控制系統(tǒng)總線。難點：IPC工控機(jī)的總線結(jié)構(gòu)和輸入輸出模板。3單元教學(xué)過程及教學(xué)方法2.1 工控機(jī)（課堂講授、實例法）工控機(jī)(Industrial Personal ComputerIPC)：亦即工業(yè)控制計算機(jī)、工業(yè)計算機(jī)，是以計算機(jī)為核心的測量和控制系統(tǒng)，處理來自工業(yè)系統(tǒng)的輸入信息，再根據(jù)控制要求將處理結(jié)果輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，去控制生產(chǎn)過程，同時對生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)督和管理。工控機(jī)是指對工業(yè)生產(chǎn)過程及其機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行測量與控制用的計算機(jī)，它作為一個工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運行。 2.1.1 工控機(jī)IPC的組成與特點（課堂講授、實例法）1 工控機(jī)的硬件

51、組成常規(guī)構(gòu)件：加固型工業(yè)機(jī)箱、工業(yè)電源、主板機(jī)、顯示板、硬盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器、各類輸入/輸出接口模塊、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等。各個部件均采用模塊化結(jié)構(gòu)。（2） 工控機(jī)的結(jié)構(gòu)硬件:主機(jī)板（CPU、內(nèi)存儲器）、系統(tǒng)總線、過程輸入輸出通道、人機(jī)接口、通信設(shè)備、系統(tǒng)支持板、磁盤系統(tǒng)。 主機(jī)板主機(jī)板是工業(yè)控制機(jī)的核心，由中央處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）和I/O接口等部件組成。主機(jī)板的作用是將采集到的實時信息按照預(yù)定程序進(jìn)行必要的數(shù)值計算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理，及時選擇控制策略并將結(jié)果輸出到工業(yè)過程 。 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線可分為內(nèi)部總線和外部總線。內(nèi)部總線是工控機(jī)內(nèi)部各組成部分之間進(jìn)行信

52、息傳送的公共通道，是一組信號線的集合。常用的內(nèi)部總線有IBM PC總線和STD總線。外部總線是工控機(jī)與其它計算機(jī)和智能設(shè)備進(jìn)行信息傳送的公共通道，常用外部總線有RS-232C、RS485和IEEE-488通信總線。 人-機(jī)接口人-機(jī)接口包括顯示器、鍵盤、打印機(jī)以及專用操作顯示臺等。通過人-機(jī)接口設(shè)備，操作員與計算機(jī)之間可以進(jìn)行信息交換。 通信接口通信接口是工業(yè)控制機(jī)與其它計算機(jī)和智能設(shè)備進(jìn)行信息傳送的通道。常用IEEE-488、RS-232C和RS485接口。為方便主機(jī)系統(tǒng)集成，USB總線接口技術(shù)正日益受到重視。 輸入/輸出模板是工控機(jī)和生產(chǎn)過程之間進(jìn)行信號傳遞和變換的連接通道。包括模擬量輸入

53、通道（AI）、模擬量輸出通道（AO）、數(shù)字量（開關(guān)量）輸入通道（DI）、數(shù)字量（開關(guān)量）輸出通道（DO）。 系統(tǒng)支持系統(tǒng)支持功能主要包括：A 監(jiān)控定時器：俗稱“看門狗”（Watchdog）,B 電源掉電監(jiān)測, C 后備存儲器, D 實時日歷時鐘。 磁盤系統(tǒng)半導(dǎo)體虛擬磁盤，軟盤,硬盤或USB磁盤 3 工控機(jī)的軟件組成工業(yè)控制機(jī)的軟件可分為：系統(tǒng)軟件、支持軟件、應(yīng)用軟件三部分。 系統(tǒng)軟件用來管理IPC的資源，并以簡便的形式向用戶提供服務(wù) 工具軟件是技術(shù)人員從事軟件開發(fā)工作的輔助軟件，包括匯編語言、高級語言、編譯程序、編輯程序、調(diào)試程序、診斷程序等 應(yīng)用軟件是系統(tǒng)設(shè)計人員針對某個生產(chǎn)過程而編制的控制和管理程序。通常包括過程輸入輸出程序、過程控制程序、人-機(jī)接口程序、打印顯示程序和公共子程序等。 4 工控機(jī)的特點 可靠性高，實時性好，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，豐富的輸入輸出模板，系統(tǒng)擴(kuò)充性和開放性好，系統(tǒng)通信功能強(qiáng)，控制軟件包功能強(qiáng) ，冗余性2.1.2 IPC的總線結(jié)構(gòu)（課堂講授、實例法）1 總線概述總線分為幾種：中央處理器內(nèi)部的總線、計算機(jī)內(nèi)部各組成部分之間的總線、計算機(jī)與外部設(shè)備之間的總線?？偩€的定義：是一組傳送規(guī)定信息的信號線的集合。通過它們可以把各種數(shù)據(jù)和命令傳送到各