47 《计算机控制技术》课程分析.pptx

第1页：计算机控制技术课程分析 第1页

计算机控制技术课程分析 第1页

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计算机控制技术课程分析 第2页

• 一、课程性质、定位与教学目标
• 二、课程内容与重点、难点
• 三、学情分析与教学设计
• 四、教学方法与手段
• 五、教学评价与考核方式
• 六、教学反馈与教学效果
• 七、课程特色分析内容

第3页：计算机控制技术课程分析 第3页

计算机控制技术课程分析 第3页

第4页：计算机控制技术课程分析 第4页

计算机控制技术课程分析 第4页：课程性质、定位与教学目标课程性质《计算机控制技术》课程在自动化专业开设，是自动化专业、电气工程及其自动化专业的主干专业课程，也是电子信息工程、计算机应用等专业的选修课，在电类专业人才培养方面具有非常重要的地位。

第5页：计算机控制技术课程分析 第5页

计算机控制技术课程分析 第5页

• 课程性质、定位与教学目标课程定位
• 授课对象：自动化专业、电气及其自动化专业的大三下学期的学生。
• 基本任务：通过本课程的学习，使学生掌握基本的计算机控制系统分析方法、软硬件的设计、工程实现技术。通过本课程的学习，使学生掌握计算机控制系统的理论与技术，受到较好的工程实践基本训练，具有分析、设计、开发和研究计算机控制系统的基本能力。
• 前续课程：自动控制原理、现代控制理论、过程控制系统、过程检测及仪表。后续任务：课程设计、综合自动化技术。

第6页：计算机控制技术课程分析 第6页

计算机控制技术课程分析 第6页：课程性质、定位与教学目标教学目标知识目标：了解计算机控制系统及其组成，计算机控制系统的典型型式、发展概况和趋势；掌握计算机控制系统的硬件设计技术；掌握数字程序控制的基本原理和程序编制；掌握常规及复杂控制策略、应用程序设计与实现技术；了解现代控制技术和先进控制技术；学会计算机控制系统的软件设计技术与研制方法；了解分布式测控网络技术；了解计算机控制系统设计与实现。

第7页：计算机控制技术课程分析 第7页

计算机控制技术课程分析 第7页：课程性质、定位与教学目标教学目标专业能力目标：本课程结合计算机控制技术的基本概念、基本原理、硬件设计技术、软件设计技术、控制算法的设计，使学生掌握计算机控制系统运行的工作原理、系统架构方法、工程实践方法，使学生具备计算机控制系统的分析、设计及应用能力。

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计算机控制技术课程分析 第8页

• 课程定位与教学目标教学目标情感目标：
• 注重教书育人的结合，使得学生不但拥有良好的工程实践能力，还要树立正确的人生价值观，端正人生和科研态度；
• 注重培养学生的独立思考的能力，逐渐锻炼学生的工程观、实践观、系统观、集成观，培养实事求是的学习态度；
• 注重培养学生对于专业的热爱，让学生真正的对所学知识感兴趣，有终身投身于计算机控制系统设计的专注与期待。

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计算机控制技术课程分析 第9页：课程内容与重点、难点

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计算机控制技术课程分析 第10页：课程内容与重点、难点本课程所用教材为课题组自编教材。微型计算机控制技术（第2版），清华大学出版社，2009.9国家级十二五规划教材，高等院校信息技术规划教材，国家级精品课程配套教材。该教材曾荣获全国普通高等学校优秀教材二等奖。

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计算机控制技术课程分析 第11页：课程内容与重点、难点本课程曾用教材也为课题组自编教材。《计算机控制技术》，国家级“十一五”规划教材，机械工业出版社，2007.6。该教材曾荣获山东省高校优秀教材一等奖。

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计算机控制技术课程分析 第12页：课程内容与重点、难点本课程所用辅助参考教材包括：1)孙增圻．计算机控制理论及应用．北京：清华大学出版社，1989 2)谢剑英.微型计算机控制技术.北京：国防工业出版社，20013)王锦标.计算机控制系统.北京：清华大学出版社，20044)王常力，罗安．分布式控制系统（DCS）设计与应用实例．北京：电子工业出版社，20045)K.J.Åström,B.Wittenmark.Computercontrolledsystems theory and design. Third Edition. PrenticeHall,19986)G. F. Franklin, J. D. Powell and M. Workman. Digitalcontrol of dynamicsystems,ThirdEdition. AddisonWesley Longman, Inc.,1998

第13页：计算机控制技术课程分析 第13页

计算机控制技术课程分析 第13页

• 课程内容与重点、难点（一）理论教学知识模块顺序及对应的学时《计算机控制技术》课程总学时数是48，周学时数是3。其中讲课的学时数是40，实验学时数是8。
• 绪论（2学时）计算机控制系统及其组成、计算机控制系统的典型型式、计算机控制系统的发展概况和趋势以及学习本课程的目的和要求。
• 计算机控制系统的硬件设计技术（6学时）总线技术与总线扩展技术；数字量输入输出接口与过程通道；模拟量输入输出接口与过程通道；基于串行总线的计算机控制系统硬件技术；硬件抗干扰技术。
• 数字控制技术（4学时）数字程序控制基础；逐点比较法差补原理；步进电机控制技术与伺服电机控制技术。

第14页：计算机控制技术课程分析 第14页

计算机控制技术课程分析 第14页

• 技术（12学时）数字控制器的连续化设计技术、离散化设计技术；纯滞后控制技术、串级控制技术、前馈-反馈控制技术；解耦控制技术。
• 现代控制技术（选讲）采用状态空间法的输出反馈设计、极点配置和最优化设计。
• 先进控制技术（3学时）主要介绍模糊控制技术。
• 计算机控制系统软件设计（5学时）程序设计技术；测量数据预处理技术；数字控制器的工程实现；系统的有限字长数值问题；软件抗干扰技术。
• 分布式测控网络技术（5学时）工业网络技术、分散型控制系统（DCS）、现场总线（Fieldbus）控制技术；系统集成与集成自动化系统；分布式测控网络设计。
• 计算机控制系统设计与实现（3学时）系统的设计原则与步骤、系统的工程设计与实现；计算机控制系统设计举例。二、课程内容与重点、难点

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计算机控制技术课程分析 第15页

• 难点及解决办法1.课程的重点、难点
• 计算机控制系统的硬件设计技术重点：总线技术与总线扩展技术；数字量输入输出接口与过程通道；模拟量输入输出接口与过程通道；基于串行总线的分布式计算机控制系统硬件技术；硬件抗干扰技术。难点：模拟量输入输出通道；基于串行总线的计算机控制系统硬件技术；硬件抗干扰技术。
• 数字控制技术重点：数字程序控制基础；逐点比较法差补原理；步进电机控制技术与伺服电机控制技术。难点：逐点比较法差补原理；步进电机控制技术
• 常规及复杂控制技术重点：数字控制器的连续化设计技术、离散化设计技术；纯滞后控制技术、串级控制技术、前馈-反馈控制技术；解耦控制技术。难点：离散化设计技术；纯滞后控制技术。二、课程内容与重点、难点

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计算机控制技术课程分析 第16页

• 选讲）重点：采用状态空间法的输出反馈设计、极点配置和最优化设计。难点：极点配置、最优化设计
• 先进控制技术（选讲）重点：模糊控制技术、神经网络控制技术、专家控制技术、预测控制技术。难点：模糊控制技术、预测控制技术。
• 计算机控制系统的软件设计技术重点：程序设计技术；测量数据预处理技术；数字控制器的工程实现；系统的有限字长数值问题；软件抗干扰技术。难点：数字控制器的工程实现；软件抗干扰技术。
• 分布式测控网络技术重点：工业网络技术、分布式控制系统（DCS）、现场总线控制技术（FCS）；系统集成与集成自动化系统；分布式测控网络设计。难点：分布式控制系统体系结构；分布式测控网络设计。二、课程内容与重点、难点

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计算机控制技术课程分析 第17页：难点及解决办法2.解决办法1）抓住计算机控制系统的核心内容进行深入讲授，讲授过程强调深入浅出和理论联系实际，注重基本概念和基本分析方法。2）针对不同内容，合理利用多种媒体的优势，如实物展示、软件仿真、现场实验等手段，加深学生的感性认识，帮助学生更深入地理解工程控制系统的分析、控制与实现，提高课堂教学质量。3）理论课讲授紧密联系工程实际，如适时介绍工程案例，结合教师科研介绍最新成果，介绍主流技术等。这些教学法的使用使得学生对课程的理解更加深刻、全面。4）合理分配理论课和实验课的学时，精心选择典型例题，及时巩固理论课所学知识点，进一步加深对基本概念、控制算法与设计原理的理解。二、课程内容与重点、难点

第18页：计算机控制技术课程分析 第18页

计算机控制技术课程分析 第18页：适时下发各种补充阅读材料，如先进的分布式控制系统（DCS）、设计案例、工业控制组态软件资料等，对课堂讲授形成有益补充。6）推荐合适的参考书、辅导书，并及时编写出版与改革后课程内容相配套的新教材，便于学生课前预习和课后复习。7）课后作业中布置适量的设计型题目，如温度计算机控制系统、液位计算机控制系统、RS-485总线分布式监控系统等，引导学生灵活运用课堂所学知识，并拓展其工程与学术视野。8）将自动化与电气工程领域中新器件、新装置以及新技术等引入课堂教学，调动了学生学习的积极性。9）将教师科研过程中遇到的相关问题加以提炼，建立系统的数学模型，在课堂中组织学生进行讨论，用学过的基本概念和控制方法加以分析与设计，让学生了解所学知识的典型应用领域及最新科技前沿。理论教学

第19页：计算机控制技术课程分析 第19页

计算机控制技术课程分析 第19页：设计思想与效果1.设计思想实验教学是《计算机控制技术》课程的重要组成部分。课程组确立了先进的实验教学理念与改革思路，制定了科学的教学体系与教学内容，实施了现代的教学方法与教学手段改革，取得了明显成效。坚持实践与理论并重，能力培养与素质提高并行，课程实验与工程训练、创新设计、科学研究有机结合，创造以学生为本的人文环境，坚持把知识传授、能力提高、素质培养贯穿于实验教学始终，注重培养学生建立大工程观、大系统观、大集成观，强化实践技能，着力培养学生的创新精神和创新意识。本课程实验教学以培养学生基本实验技能、综合设计能力和创新研究精神为目标，分层次设置实验内容，即由基础验证、综合设计和创新研究三个层次构成。不断减少基础验证性实验，加大综合设计性实验，加强创新研究性实验。实验内容设置体现基础、综合、创新的结合，体现经典与现代的结合，体现产学研的结合。坚持理论与实践并重，推动实验教学与理论教学之间的合理衔接，推进学生自主学习、合作学习和研究性学习。二、课程内容与重点、难点

第20页：计算机控制技术课程分析 第20页

计算机控制技术课程分析 第20页：学院已经建立了“基础、专业和研究”三级实验平台体系，该体系为《计算机控制技术》课程实验室提供了充足的硬件和软件环境条件，为提高学生的实践能力和创新精神打下了坚实的基础。电工电子国家级实验教学示范中心是基础实验平台。2006年，学院的“电工电子实验教学中心”被教育部评为国家级实验教学示范中心。电工电子国家级实验教学示范中心的建设定位是：创建一流的实验教学示范中心，担负起培养厚基础、宽口径、结构优、素质强的应用型、适应型、创新型人才的重任。专业实验教学中心是自动化专业实验平台，为学生提供了专业技能训练平台。2007年，学院的专业实验教学中心已获批立项建设中央与地方共建高校特色优势学科实验室，即系统与控制实验室。山东省工业控制技术重点实验室、电力电子工程山东省高校重点实验室是研究实验平台，为高年级学生、研究生和教师科研提供了优越的条件与环境。经过强化建设，该实验室已成为产学研相结合的人才培养、科学研究与技术开发基地。二、课程内容与重点、难点

第21页：计算机控制技术课程分析 第21页

计算机控制技术课程分析 第21页：算机控制与网络实验室

第22页：计算机控制技术课程分析 第22页

计算机控制技术课程分析 第22页：1.课程目标通过《计算机控制系统》课程设计和实验，使学生掌握计算机控制系统的设计和实现方法，具体包括以下几个方面：1）学会计算机控制系统的硬件组成、接口及过程通道的设计方法；2）学会计算机控制系统的程序编制与调试方法；3）掌握数字控制器的设计、实现和参数整定方法；4）掌握计算机控制系统的分析、设计与工程实现方法；5）具备从事计算机控制系统设计与实现、实验研究、安装和调试的基本技能。二、课程内容与重点、难点

第23页：计算机控制技术课程分析 第23页

计算机控制技术课程分析 第23页：,内容由浅到深、由易到难实验教学基本覆盖了《计算机控制技术》课程的内容，众多的实验内容可为因材施教提供了很好的素材。实验内容由浅到深、由易到难，分三个阶段培养学生的实验能力与创新精神。1）第一阶段为基础验证型实验。基础验证型实验强调动手，鼓励学生与教师或同学之间开展讨论。学生完成这些实验后既验证了所学的理论知识又学习了信号的检测技术与测量方法、数据采集与实验数据的处理、学会接口与过程通道的硬件和软件的测试方法。2）第二阶段为综合设计型实验。学生需要综合应用所学的相关知识，独立设计用于计算机控制系统的控制算法和参数，并独立完成实验。3）第三阶段为创新研究型实验。强调创新性和开放性，鼓励学生自行创新设计实验，也可在指定的实验题目范围中，学生可以自由地选择其中自己感兴趣的方向自行选题；根据确定的选题编写一份实验指导书，最终完成该实验并写出实验报告。每周周一至周五，学生均可在开放实验室做实验。开放实验室确保每天（共8小时）都有助教或者实验室教师辅导实验。二、课程内容与重点、难点

第24页：计算机控制技术课程分析 第24页

计算机控制技术课程分析 第24页：A/D转换与数据采集实验实验一必做2插补算法与步进驱动控制实验实验二必做2数字PID控制实验实验三选做2最少拍控制实验实验四选做2纯滞后控制与大林算法实验实验五选做2模糊控制技术实验实验六选做2炉温控制实验实验七选做2电机调速实验实验八必做2RS-485总线分布式控制网络实验实验九必做2工业控制组态软件应用实验实验十二、课程内容与重点、难点

第25页：计算机控制技术课程分析 第25页

计算机控制技术课程分析 第25页

• D/A与数据采集系统实验（2学时）了解A/D、D/A接口及过程通道的设计和使用方法，掌握数据采集与处理技术。
• 插补算法与步进驱动控制实验（2学时）掌握逐点比较插补算法原理和数字程序控制程序设计方法，学会步进电机的控制方法。
• 数字PID控制实验（2学时）掌握PID控制器的设计、程序实现方法，学会PID参数的在线整定步骤和方法。
• RS-485总线分布式控制网络实验（2学时）研究由RS485总线构成的主从分布式计算机控制网络，学会网络通信与通信协议的制定方法，能实现点到点、一点到多点通信。
• 工业控制组态软件应用实验（2学时）学会工业控制组态软件的应用与系统设计，掌握系统总貌画面、分组画面、回路画面的组态方法，并实现实时数据采集与监控功能。二、课程内容与重点、难点

第26页：三

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计算机控制技术课程分析 第27页：招生情况自动化专业，第一志愿率100%，录取分数均高出山东省一本线40-50分；学生基础好，经过两年半的基础课和专业基础课的学习，打下了很好的基础，储备了进一步学习专业课的知识。结合学生的学习特点，比如头脑灵活、动手能力强、喜欢实践、热爱工程项目，进行课程内容设计。自动化专业，录取人数150-180人/每年。三、 2、学生在校科技活动成功（课程组指导）学生在全国大学生电子设计竞赛、计算机仿真、数学建模、挑战杯科技创新、省大学生科技创新等科技创新活动中多次获得优异成绩。

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计算机控制技术课程分析 第28页：“研究型+启发式+工程案例”的教学方法、“讲课＋习题课＋讨论课＋实验课”的教学形式、“基础型+分析型+综合型+设计型”的课后作业、“平时成绩+实验成绩+考试成绩”的考核方法，形成了五位一体的立体化课程教学体系，收到好的教学效果。三

第29页：四

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计算机控制技术课程分析 第30页：综合性、工程应用性很强的专业课，其教学规律是：以提高工程实践能力和创新精神为中心，在内容上必须物理概念、数学概念、工程概念并重，在方法上采取讲课、练习、课程实验、课程设计与综合实验相结合，实现从知识传授到能力培养的转化。教学理念：坚持理论与实践并重，能力培养与素质提高并行，课程实验与工程训练、创新设计、科学研究有机结合，创造以学生为本的人文环境，坚持把知识传授、能力提高、素质培养贯穿于实验教学始终，注重培养学生建立工程观、系统观、集成观，强化实践技能，着力培养学生的创新精神和创新意识。五位一体的立体化课程教学体系：采用了“课堂＋实验室＋教学网站”的教学平台、“研究型+启发式+工程案例”的教学方法、“讲课＋习题课＋讨论课＋实验课”的教学形式、“基础型+分析型+综合型+设计型”的课后作业、“平时成绩+实验成绩+考试成绩”的考核方法。改革思路：以培养学生创新精神和实践能力为主线，坚持“三个结合”，实现“一个转变”，坚持实践教学与理论教学相结合，工程训练与课程实验相结合，创新实验与科学研究相结合；实现从注重知识传授向更加重视能力和素质培养的转变。四

第31页：计算机控制技术课程分析 第31页

计算机控制技术课程分析 第31页：课堂讲授和研讨的比例为4:1。对讲授的内容进行精选，充分体现少、精、宽、新的特点。研讨则强调思维过程，强调概念理解和专业技能的关系。例如：自2005年起，课程组选做了3届课堂（60人）研讨课试点。每次都能有一半以上的学生参与讨论。这种形式通过充分调动学生参与讨论的积极性提高了学生分析问题和解决问题的能力。2）教学过程中普遍使用启发式教学方法。对于一般的和经典的教学内容，我们普遍采用启发式的教学方法。比如在讲授“数字控制器的连续化设计技术”部分中，对用连续化设计方法求得的连续控制器D(s)，如何通过离散化求得数字控制器D(z)的问题，先让学生思考有哪些方法，并一一列举出来，然后，教师进行归纳总结，最终得出三种离散化方法：双线性变换法、前向差分法、后向差分法。通过采用启发式教学方法，我们有效地调动了学生的学习积极性，取得了很好的教学效果。3）注重理论联系实际，引入大量具有实际应用背景的工程案例。譬如讲“系统设计与工程实现”，引入“啤酒发酵过程计算机控制系统”等工程案例。通过这个实例，把多个知识点融会贯通，使学生对所学知识的理解更加深刻，应用更加灵活。四

第32页：计算机控制技术课程分析 第32页

计算机控制技术课程分析 第32页：有效提高了学生的听课质量1）采用以信息技术(多媒体电子课件)为主黑板为辅的课堂教学形式本课程组自2000年以来就开始使用多媒体课件，保留了课程组的教学经验和传统教学手段的优点，发挥了多媒体形象生动的特点。与此同时，教学组充分认识到黑板对于课堂教学的重要作用，将“黑板＋粉笔”的传统教学方式与多媒体课件有机结合，可以及时解决课堂教学中出现的新问题，增强了教学的交互性，有效地抓住了学生的思路。2）利用多种教学手段提供理论联系实际的途径采取的手段包括：实际板卡、元器件的展示、实际系统的照片、系统仿真、实际系统的现场实验演示等。这几种方法循序渐进，按照从理论分析到仿真验证，再到实验验证的合理认知过程，强化学生对于重要知识点的印象。合理利用多种媒体的优势，为学生提供了丰富的理论联系实际的机会，起到了很好的教学效果。3）“基础型+分析型+综合型+设计型”的课后作业练习学生在学习过程中需要完成四种作业：基础概念型作业、计算分析型作业、综合应用型作业和创新设计型作业。四种作业型式相结合，既锻炼了学生分析问题和解决问题的能力，又培养了学生的工程设计与专业意识。四

第33页：计算机控制技术课程分析 第33页

计算机控制技术课程分析 第33页：习题课、讨论课和实验课。其中讲课负责讲授计算机控制系统的基本概念、硬软件组成与设计、控制算法、分析与设计方法、工程实现方法；习题课负责复习和巩固讲授的内容并用综合性的练习提高学生对问题的分析能力；讨论课将若干自动化与电气工程领域中的重要知识点结合工程领域经常遇到的系统进行分析和讨论，从而达到启发创新性思维的目的；实验课既有以认识为目的的验证性实验，也有以提高实践能力为目的的综合设计型实验，又有以训练学生创新性思维为目的的开放型创新研究型实验。5.采用“课堂+实验室+教学网站”的教学平台各个教学环节之间是紧密相连的。课堂是传授知识和技能并且培养创新精神的主战场，实验室是培养学生动手能力和创新精神的舞台，教学网站缩短了师生之间的距离，成为学生自学的好帮手。四

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第35页：计算机控制技术课程分析 第35页

计算机控制技术课程分析 第35页：成绩+考试成绩”的考核方法以往考核都是凭借期末考试一张试卷来评价学生的学习情况。为了培养学生的实践能力与创新精神，必须改革应试教育的模式，加强学生综合创新能力的培养。经课程组研究，报学院批准，平时成绩+实验成绩+考试成绩=课程成绩。平时成绩占10%，包括：课堂出勤率、学习态度、课堂互动情况、答疑情况、学习的主动性、作业完成情况等；实验成绩占10%，包括：做实验、上机、实验报告完成情况及运用所学专业知识解决问题的能力等；考试成绩占80%，命题采用A、B卷的形式，多种题型，增加覆盖面，实行统一命题、考试、阅卷的制度。实践表明，改革后的考核办法，对教师和学生都具有促进作用，有利于教学水平和教学效果的提高。五

第36页：计算机控制技术课程分析 第36页

计算机控制技术课程分析 第36页：教学反馈与教学效果

第37页：计算机控制技术课程分析 第37页

计算机控制技术课程分析 第37页：教学反馈与教学效果评价方式教师评学教师评教督学评教学生评价通过网上评教方式，学生近三年来对课程评价多数都在前30%。上个学期的评教，课程组3位授课老师，均名列前茅。学校的督学、专家，通过随堂听课、检查教案、检查教学材料、学生调研等方式，一致认为该课程教学质量优异，教学水平较高。通过公开课、观摩课的方式，进行公开的教研活动，同行教师对该课程评价较高，符合国家级精品资源共享课程要求。通过近几年的教学改革和实践，该课程学生学习状态良好，态度端正，出勤率几乎满勤，能够很好的参与课程互动，课堂效果好！

第38页：感谢各位专家

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