spContent=“计算机控制技术”是北京交通大学测控技术与仪器专业的主干（必修）课，校级精品和优质课程。该课程是连续控制理论的延伸，以培养学生在离散域(Z域)进行控制系统的理论分析、系统设计和算法实现为主要目标，具有理论新颖，原理抽象、应用广泛的特点，是一门理论和实践性都很强的自动控制类课程。
“计算机控制技术”是北京交通大学测控技术与仪器专业的主干（必修）课，校级精品和优质课程。该课程是连续控制理论的延伸，以培养学生在离散域(Z域)进行控制系统的理论分析、系统设计和算法实现为主要目标，具有理论新颖，原理抽象、应用广泛的特点，是一门理论和实践性都很强的自动控制类课程。
—— 课程团队
课程概述
同学们在学习完基于连续系统控制模型的“自动控制原理"（俗称“古典控制理论”）课程后，需要将其与计算机结合，才能应用于实际控制系统当中。因此，“计算机控制技术”课程是连续控制理论的延伸。它以培养学生在离散域(Z域)进行控制系统的模型分析、控制器设计和算法仿真实现为主要目标。具体内容包括计算机控制系统的组成；信号的采样与恢复；线性离散系统的Z变换分析法；计算机控制系统的稳定性、过渡响应和稳态准确度分析；计算机控制系统的模拟化设计；计算机控制系统的离散化设计；复杂控制规律系统设计等。
授课目标
本课程的主要任务是使学生了解计算机控制技术的发展概况；理解计算机控制（又称数字控制或线性离散时间控制）的基本概念、基本原理和基本分析方法；掌握数字PID控制器、最少拍控制器、大林(Dahlin)和施密斯(Smith)预估算法以及串级、前馈-反馈、解耦等复杂控制系统的设计方法；掌握模糊智能控制系统的设计理念。通过课程实验和研究性专题的训练，着重培养学生在离散域进行自动控制系统分析、设计和计算机仿真测试的能力和工程意识，使学生能够系统地运用本课程及先修课程的理论体系解决复杂工程对象的计算机控制系统设计问题。
具体的课程教学目标如下：
1. 能够解释线性定常离散系统的模型理论、特性分析及常用数字控制系统的设计方法，并能运用其解决机电系统中的信息处理及控制问题；
2. 能够运用文献检索方法并应用本课程所学知识，探索与分析测控系统复杂工程问题的控制要求，提出多种解决方案；
3. 针对机电系统复杂工程问题，能够进行功能原理分析并进行控制方案设计，在方案提出中能体现创新意识，能考虑对社会、安全、环境的影响；
4. 能够运用所学知识根据不同对象模型特性和控制系统指标要求对其数字控制器算法部分进行详细方案设计；
5. 能够运用所学知识研究控制系统方案设计中的关键问题；
6. 能够利用所学知识设计实验，并使用Matlab软件工具或实验设备进行仿真调试；
7. 在研究性专题训练中，能够进行自我学习、报告撰写和沟通表达。
成绩 要求
→ 总成绩分为两部分：平时 ＋ 期末成绩。
1. 平时成绩：占总成绩的80%。
2. 期末成绩：占总成绩的 20%。
→ 申请证书分为两种：60-79分为合格证书，79分及以上为优秀证书。
课程大纲
绪论
课时目标：1. 了解本课程的教学内容、目的和要求；2. 理解计算机控制系统的组成、分类及典型形式；3. 理解计算机控制系统的基本原理；4. 理解采样定理；5. 掌握信号的恢复过程和零阶保持器。
1.1 计算机控制系统概述
1.2 计算机控制系统组成与分类
1.3 信号的采样与恢复
1.4 计算机控制系统的发展趋势
线性离散系统的Z变换分析法
课时目标：1. 理解Z变换、Z反变换的定义和性质，会求常用函数的Z变换及Z反变换；2. 理解Z传递函数的定义，会运用其性质求环节或系统的Z传递函数；3. 掌握各种不同数学模型之间的转换能力。
2.1 Z变换的定义
2.2 Z变换的性质和定理
2.3 Z反变换
2.4 线性定常离散系统的差分方程及求解
2.5 Z传递函数
实验一 基于Matlab语言的线性离散系统的Z变换分析法
计算机控制系统的分析
课时目标：1. 理解Routh 准则，会用Z变换分析法对离散系统进行稳定性分析；2. 理解离散系统的过渡过程及特点；3. 掌握离散系统稳态误差的计算方法； 4. 能够根据根轨迹和Bode图分析离散系统的稳定性。
3.1 离散系统的稳定性分析
-S平面与Z平面的映射关系
-离散系统稳定的充分必要条件
-Routh稳定性准则在离散系统的应用
3.2 离散系统的过渡响应分析
3.3 离散系统的稳态准确度分析
3.4 离散系统的根轨迹分析法
3.5 离散系统的频域分析法
实验二 离散控制系统的性能分析（时域/频域）
研究性专题1设计及讨论：基于Matlab语言的线性离散系统分析。
1. 学生通过查阅资料，运用Matlab软件对一个数字控制系统实例进行描述并建立其离散数学模型，对比连续控制系统，分析其优缺点。
2. 对一个实际计算机控制系统进行时域、频域分析。
计算机控制系统的模拟化设计
课时目标：1. 理解离散等效的基本原理；2. 掌握模拟控制器的离散化设计方法；3. 掌握两种数字PID控制器的控制算法；4. 会对数字PID控制器进行改进设计。
4.1 等效离散原理
4.2 模拟控制器的离散化方法
-Z变换法（脉冲响应不变法）
-加零阶保持器的Z变换法（阶跃响应不变法）
-数值积分法
-零极点匹配法
4.3 数字PID控制器的设计
4.4 数字PID控制器的改进
4.5 数字PID控制器的参数整定
实验三 数字PID控制器的设计---直流闭环调速实验
计算机控制系统的离散化设计
课时目标：1. 理解最少拍控制的概念；2. 能够进行有纹波最少拍控制器设计，并分析输出序列产生纹波的原因；3. 能够进行无纹波最少拍控制器设计；4. 能够采用误差平方和最小指标进行计算机控制系统设计；5. 了解数字控制器的根轨迹和频域设计法。
5.1 数字控制器的解析求法
5.2 有纹波最少拍计算机控制系统的设计
-有纹波最少拍+阻尼因子法的设计
-任意广义对象的有纹波最少拍控制器设计
5.3 无纹波最少拍计算机控制系统的设计
5.4 误差平方和最小系统的设计
5.5 在扰动作用下计算机控制系统的设计
5.6 数字控制器的根轨迹设计法
5.7 数字控制器的频域设计法
实验四 最少拍计算机控制系统的设计
复杂控制规律系统设计
课时目标：1. 了解最少拍控制的局限性；2. 掌握大林(Dahlin)算法的设计目标、数字控制器算式及设计步骤；3. 掌握施密斯（Smith）预估控制的基本原理及数字控制器算式的推导；4. 理解串级控制系统的组成特点、工作原理、设计原则、应用范围及控制器的选择；5. 理解前馈调节系统的特点及前馈-反馈控制系统的基本结构；6. 理解解耦控制的基本原理；7. 理解模糊控制的数学基础知识；8. 掌握模糊控制的基本设计方法。
6.1 纯滞后补偿控制系统
-大林(Dahlin)算法
-施密斯（Smith）预估算法
实验五 纯滞后对象的Dahlin算法和Smith预估控制系统设计
6.2 串级控制
-串级控制的结构和原理
-数字串级控制算法
6.3 前馈-反馈控制
6.4 解耦控制
6.5 模糊控制技术
-模糊控制的数学基础
-模糊控制原理
-模糊控制器设计
实验六 模糊推理系统（FIS）的设计与仿真
实验七 单水槽模糊控制系统分析与设计
研究性专题2展示及讨论：
基于控制系统工程实例分析，讨论并设计复杂对象的数字控制。
计算机控制系统的工程应用
课时目标：1. 了解集散型控制系统（DCS）和现场总线控制技术（FCS）；2. 了解控制系统组态、组态软件的基本概念、方法和技术；3. 了解计算机控制系统总体结构设计的原则与步骤；4. 了解工业领域典型的计算机控制系统设计应用实例。
7.1 计算机网络控制技术(DCS/FCS)
7.2 组态软件的基本概念、方法和技术
7.3 计算机控制系统的设计与实现
7.4 工业领域典型的计算机控制系统设计及应用实例
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预备知识
参考资料
1. 姜学军编著. 计算机控制技术. 清华大学出版社，2010年8月，第2版
2. Benjamin C. Kuo. Digital Control Systems. Oxford University Press, US, 2nd Edition, June 1995
3. 杨国安. 数字控制系统—分析、设计与实现. 西安交通大学大学出版社，2008.2
4. K. Ogata. Discrete-time Control Design. Prentice Hall, 2nd Edition（Electronic Edition）.
5. 何克忠、李伟编著， 计算机控制系统，清华大学出版社，1998年4月
6. 于海生等编著，微型计算机控制技术，清华大学出版社，1999年3月
常见问题
Q : 实验如何进行和考核？
A : 关于课程的实验部分，可以参阅实验预习报告，自主完成。部分实验内容，可以提供实验指导视频。本部分不计入课程考核成绩。
Q : 研究性专题是什么，如何开展和考核？
A : 围绕各章教学重点内容，除布置课后一定数量的作业题外，为了提高学生对实际工程中的线性离散时间系统进行模型分析及控制器设计的应用实践能力，设计研究性专题环节。根据老师提供的或学生自由选择的专题题目，学生可自主编程实现研究的内容，展开讨论，并自我监督完成研究性专题报告的撰写。本部分不计入课程考核成绩。
浙公网安备 33010802012594号
