电气与控制工程学院 课程教学大纲 课程名(COURSE TITLE): 计算机控制系统 课程代码(COURSE CODE): 7053001 学分(CREDIT VALUE): 2 开课单位(DEPARTMENT/UNIT): 自动化系 版本(VERSION): DG7053001-202111自动化 课程负责人(COURSE COORDINATOR): 曲亚鑫（签章） 北方工业大学电气与控制工程学院 2021年11月
电气与控制工程学院 课程教学大纲 课 程 名（COURSE TITLE）： 计算机控制系统 课程代码（COURSE CODE）： 7053001 学 分（CREDIT VALUE）： 2 开课单位（DEPARTMENT/UNIT）： 自动化系 版 本（VERSION）： DG7053001-202111 自动化 课程负责人（COURSE COORDINATOR）： 曲亚鑫 (签章) 北方工业大学 电气与控制工程学院 2021 年 11 月
目录 1课程基本信息 .3 2毕业要求与课程目标 .4 2.1本课程支撑的毕业要求观测点 4 2.2课程目标 2.3毕业要求与课程目标的关系。 3课程内容及安排 3.1课程学时总体安排 6 3.2知识单元内容和预期学习目标， 6 4课堂教学设计和实施载体。 5课堂实验教学 d 5.1实验名称和安排 5.2实验要求和教学组织 -10 5.3实验预习和实验报告要求 11 5.4实验教学在能力培养方面的具体措施 .12 6课程考核方案和依据 1 6.1课程考核方案 12 6.2课程各考核项评价依据和标准 12 7本次修订说明 14 8其他需要说明的问题 14
2 目 录 1 课程基本信息.............................................................................................................................. 3 2 毕业要求与课程目标.........................................................................................................4 2.1 本课程支撑的毕业要求观测点....................................................................................4 2.2 课程目标...........................................................................................................................4 2.3 毕业要求与课程目标的关系....................................................................................... 6 3 课程内容及安排..........................................................................................................................6 3.1 课程学时总体安排.........................................................................................................6 3.2 知识单元内容和预期学习目标...................................................................................6 4 课堂教学设计和实施载体......................................................................................................... 8 5 课堂实验教学.............................................................................................................................. 9 5.1 实验名称和安排............................................................................................................. 9 5.2 实验要求和教学组织.................................................................................................. 10 5.3 实验预习和实验报告要求..........................................................................................11 5.4 实验教学在能力培养方面的具体措施................................................................... 12 6 课程考核方案和依据...............................................................................................................12 6.1 课程考核方案................................................................................................................12 6.2 课程各考核项评价依据和标准..................................................................................12 7 本次修订说明............................................................................................................................ 14 8 其他需要说明的问题...............................................................................................................14
1课程基本信息 课程名称（中文）计算机控制系统 课程名称（英文）Computer Control System 课程计划学时 32 课外学时建议 32 计划学时构成理论学时26 实验学时6上机学时0 课外学时要求 线上学习要求：0 自主学习建议学时：32 先修课名称 《电路》-课程编码：7021241《自动控制原理I》-课程编码：7120401 《现代检测技术》-课程编码：726891 适用专业年级 自动化专业、电气工程及其自动化专业、新能源科学与工程专业2019级及 以后年级 开课单位 自动化系 计算机控制与总线接口技术是自动化专业、电气工程及其自动化专业和 新能源科学与工程专业的专业选修课。通过本课程的学习使学生掌握计算机 控制系统主要的描述、分析、设计及实现方法和技术，使学生能够将计算机 课程简介 支术和自动控制理论应用于工业生产过程。课程内容包括：信号变换原理 差分方程及z变换，脉冲传递函数，离散系统分析，数字控制器设计，计算 机输入输出接口技术，人机接口技术，现场总线与网络化控制系统，计算机 系统的工程设计和抗干扰技术等。 基础资料： (1)《计算机控制系统》孙德辉李志军史运涛董哲.国防工业出版社。 2010ISBN:9787118067385 (2)《计算机控制系统实验指导书》（电子版）北方工业大学电控实验中心 教材和学习资源 控制系统实验室，2020年编 参考资料： (1)《计算机控制系统》.高金源夏洁.清华大学出版社.2007.ISBN: 9787302136002 (2)(计算机控制系统》第2版.王锦标.清华大学出版社.2008 大纲版本号DG7053001-202111自动化 前一版本号 DG7053001-201601自动化 大纲修订人 曲亚鑫、郑勇 修订时间 2021.11 课程负责人 徐继宁 (签字) 实验教学审核人 胡长斌 (签字)
3 1 课程基本信息 课程名称（中文） 计算机控制系统 课程名称（英文） Computer Control System 课程计划学时 32 课外学时建议 32 计划学时构成 理论学时 26 实验学时 6 上机学时 0 课外学时要求 线上学习要求：0 自主学习建议学时：32 先修课名称 《电路》-课程编码：7021241 《自动控制原理 I》-课程编码：7120401 《现代检测技术》-课程编码：7268911 适用专业年级 自动化专业、电气工程及其自动化专业、新能源科学与工程专业 2019 级及 以后年级 开课单位 自动化系 课 程 简 介 计算机控制与总线接口技术是自动化专业、电气工程及其自动化专业和 新能源科学与工程专业的专业选修课。通过本课程的学习使学生掌握计算机 控制系统主要的描述、分析、设计及实现方法和技术，使学生能够将计算机 技术和自动控制理论应用于工业生产过程。课程内容包括：信号变换原理， 差分方程及 z 变换，脉冲传递函数，离散系统分析，数字控制器设计，计算 机输入输出接口技术，人机接口技术，现场总线与网络化控制系统，计算机 系统的工程设计和抗干扰技术等。 教材和学习资源 基础资料： （1）《计算机控制系统》孙德辉 李志军 史运涛 董哲. 国防工业出版社. 2010 ISBN:9787118067385 （2）《计算机控制系统实验指导书》(电子版）北方工业大学电控实验中心 控制系统实验室，2020 年编 参考资料： （1）《计算机控制系统》.高金源 夏洁. 清华大学出版社. 2007. ISBN： 9787302136002 （2）《计算机控制系统》第 2 版.王锦标. 清华大学出版社. 2008. ISBN:9787302171812 大纲版本号 DG7053001-202111 自动化 前一版本号 DG7053001-201601 自动化 大纲修订人 曲亚鑫、郑勇 修订时间 2021.11 课程负责人 徐继宁 （签字） 实验教学审核人 胡长斌 （签字）
专业负责人 李志军 审核时间 2021.11 学院批准人 徐继宁（签字） 批准时间 2021.11 2毕业要求与课程目标 2.1本课程支撑的毕业要求观测点 本课程是专业选修课，仅自动化专业2019版培养方案为本课程设置了2个 毕业要求观测点，具体描述如下： (1)毕业要求指标点1-1：学科基础 能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于自动化相关领域复杂工程 问题的表述。 (2)毕业要求指标点7-2：影响分析 能够从环境保护和可持续发展的角度，分析自动化领域工程实践的可持续 性，评价其可能对环境、社会造成的影响。 2.2课程目标 根据自动化专业毕业要求指标点，本课程设置了5个课程知识能力目标（简 称：KX)。另根据教育部和学校要求，课程设置了1个思政目标 JK-1目标1：认知和理解计算机控制系统相关术语和基本概念 能够复述计算机控制系统的组成，可以根据不同原则进行系统分类：理解并 解释计算机控制系统的硬件构成、输入和输出接口的类型：复述并区分计算机控 制系统相关软件的类型和应用特点，能够理解并说明计算机控制系统的形成与发 展过程。 JK-2目标2：理解计算机控制系统的基础理论和方法，并能应用计算 能够理解、解释和证明采样定理，复述并从至少两个角度理解的Z变换的定 义，能够利用定义和Z变换性质，通过部分分式法、留数法和查表方法完成系统 Z变换和方法Z反变换的计算，能够理解Z变换收敛域在系统分析中的约束。 能够为基本计算机控制系统建立不同的数学描述，包括差分方程描述，Z传 递函数描述、离散状态方程描述，可以完成各种描述形式的相互转换。 4
4 专业负责人 李志军 审核时间 2021.11 学院批准人 徐继宁（签字） 批准时间 2021.11 2 毕业要求与课程目标 2.1 本课程支撑的毕业要求观测点 本课程是专业选修课，仅自动化专业 2019 版培养方案为本课程设置了 2 个 毕业要求观测点，具体描述如下： （1）毕业要求指标点 1-1：学科基础 能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于自动化相关领域复杂工程 问题的表述。 （2）毕业要求指标点 7-2：影响分析 能够从环境保护和可持续发展的角度，分析自动化领域工程实践的可持续 性，评价其可能对环境、社会造成的影响。 2.2 课程目标 根据自动化专业毕业要求指标点，本课程设置了 5 个课程知识能力目标（简 称：JK-X）。另根据教育部和学校要求，课程设置了 1 个思政目标。 JK-1 目标 1 ：认知和理解计算机控制系统相关术语和基本概念 能够复述计算机控制系统的组成，可以根据不同原则进行系统分类；理解并 解释计算机控制系统的硬件构成、输入和输出接口的类型；复述并区分计算机控 制系统相关软件的类型和应用特点，能够理解并说明计算机控制系统的形成与发 展过程。 JK-2 目标 2：理解计算机控制系统的基础理论和方法，并能应用计算 能够理解、解释和证明采样定理，复述并从至少两个角度理解的 Z 变换的定 义，能够利用定义和 Z 变换性质，通过部分分式法、留数法和查表方法完成系统 Z 变换和方法 Z 反变换的计算， 能够理解 Z 变换收敛域在系统分析中的约束。 能够为基本计算机控制系统建立不同的数学描述，包括差分方程描述，Z 传 递函数描述、离散状态方程描述，可以完成各种描述形式的相互转换
能够解释、推导和理解S平面、Z平面和W平面之间的关系，熟练完成计算 机控制系统的稳定性分析，会计算线性MIS0系统的稳态误差，能够借助解析求 解和仿真手段分析各类线性系统的时域动态特性。 JK-3目标3：理解计算机控制系统的基本设计方法并能直接应用 区分计算机控制系统的间接设计法和间接设计方法的概念，能够进行分类、 对比和识别。 理解并解释离散PID控制算法及其工程改进，能熟练完成SIS0系统的PID 参数整定。 能够针对模型已知的系统完成计算机控制系统的直接设计，包含有纹波、无 纹波最少拍和有限拍控制器设计。了解并能复述纯滞后对象的计算机控制设计方 法(Dahlin控制算法，Smith控制算法)。 以模糊控制为例，了解计算机控制系统中先进控制算法的基本原理与设计方 法，能够在matlab上完成模糊PID控制的仿真 JK-4目标4：实现计算机控制系统的工程应用 理解计算机控制系统的工程设计方法，能够按照既定步骤完成系统设计。 理解、解释并能解决数字PD控制算法工程实现过程中的问题，对抗抗干扰 技术有系统的认知，并能其解释系统控制的相关典型现象 能够识别和解释计算机控制系统的输入通道、输出通道和人机接口技术的相 关概念和结构特点，能够从现场总线控制系统的角度理解计算机控制系统的接口 和通讯问题。 了解并能复述现场总线技术的概念、相关技术基础，以CW总线控制网络为 案例理解多层级工厂自动化的原理和体系。 JK-5目标5：分析计算机控制系统的可持续发展 分析计算机控制系统的发展沿革、现有技术水平和未来趋势，从环境保护和 可持续发展的角度，理解并解释自动化领域工程实践的可持续性发展的影响因 素，评价其可能对环境、社会发展造成的影响。 JK6目标6：建立科学世界观，以及符合社会主义道德要求的价值观
5 能够解释、推导和理解 S 平面、Z 平面和 W 平面之间的关系，熟练完成计算 机控制系统的稳定性分析，会计算线性 MISO 系统的稳态误差，能够借助解析求 解和仿真手段分析各类线性系统的时域动态特性。 JK-3 目标 3：理解计算机控制系统的基本设计方法并能直接应用 区分计算机控制系统的间接设计法和间接设计方法的概念，能够进行分类、 对比和识别。 理解并解释离散 PID 控制算法及其工程改进，能熟练完成 SISO 系统的 PID 参数整定。 能够针对模型已知的系统完成计算机控制系统的直接设计，包含有纹波、无 纹波最少拍和有限拍控制器设计。了解并能复述纯滞后对象的计算机控制设计方 法（Dahlin 控制算法，Smith 控制算法）。 以模糊控制为例，了解计算机控制系统中先进控制算法的基本原理与设计方 法，能够在 matlab 上完成模糊 PID 控制的仿真 JK-4 目标 4：实现计算机控制系统的工程应用 理解计算机控制系统的工程设计方法，能够按照既定步骤完成系统设计。 理解、解释并能解决数字 PID 控制算法工程实现过程中的问题，对抗抗干扰 技术有系统的认知，并能其解释系统控制的相关典型现象。 能够识别和解释计算机控制系统的输入通道、输出通道和人机接口技术的相 关概念和结构特点，能够从现场总线控制系统的角度理解计算机控制系统的接口 和通讯问题。 了解并能复述现场总线技术的概念、相关技术基础，以 CAN 总线控制网络为 案例理解多层级工厂自动化的原理和体系。 JK-5 目标 5：分析计算机控制系统的可持续发展 分析计算机控制系统的发展沿革、现有技术水平和未来趋势，从环境保护和 可持续发展的角度，理解并解释自动化领域工程实践的可持续性发展的影响因 素，评价其可能对环境、社会发展造成的影响。 JK-6 目标 6：建立科学世界观，以及符合社会主义道德要求的价值观