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计算机控制理论及应用课程教学大纲一 、 课 程 基 本 信 息中 文 名 称 ： 计 算 机 控 制 理 论 及 应 用英 文 名 称 ： Computer control theory and its application开 课 学 院 ： 电 气 信 息 学 院 课 程 编 码 ： S0811406学 分 ： 2 总 学 时 ： 32适 用 专 业 ： 控 制 科 学 与 工 程 ， 控 制 工 程主 讲 教 师 ：二 、 课 程 目 的 任 务1.课 程 地 位 作 用 （ 课 程 在 实 现 培 养 目 标 中 的 地 位 作 用 ）通 过 本 课 程 的 学 习 ， 使 学 生 较 系 统 掌 握 计 算 机 控 制 系 统 分 析 、 设 计 、 建 模 和 仿 真 方法 ； 能 够 对 生 产 实 际 中 存 在 的 复 杂 对 象 ， 或 难 以 建 立 模 型 的 对 象 ， 运 用 计 算 机 控 制 理 论和 手 段 进 行 有 效 控 制 ， 从 而 为 学 生 进 一 步 从 事 该 方 向 的 学 习 与 研 究 工 作 打 下 基 础 。2.课 程 主 要 内 容 （ 简 述 ： 主 要 内 容 、 重 点 、 难 点 等 ）课 程 系 统 地 介 绍 了 计 算 机 控 制 系 统 的 分 析 、 设 计 、 建 模 、 仿 真 及 实 现 方 面 的 问 题 。分 别 介 绍 计 算 机 控 制 系 统 的 常 规 设 计 方 法 、 基 于 状 态 方 程 和 传 递 函 数 模 型 的 极 点 配 置 与最 优 控 制 的 设 计 方 法 、 系 统 辨 识 和 自 适 应 控 制 、 计 算 机 控 制 系 统 仿 真 和 性 能 计 算 、 采 样周 期 选 择 和 量 化 效 应 分 析 、 数 字 控 制 器 的 实 现 及 设 计 举 例 等 内 容 。3.学 生 应 达 到 的 基 本 要 求1） 了 解 计 算 机 控 制 系 统 构 成 原 理 及 各 组 成 部 分 的 功 能 ； 了 解 集 散 控 制 系 统 的 组 成部 分 及 其 功 能 。 了 解 计 算 机 控 制 系 统 设 计 的 一 般 方 法 及 提 高 计 算 机 控 制 系 统 的 可 靠 等 概念 。2） 正 确 理 解 计 算 机 控 制 系 统 的 特 点 和 分 类 方 法 ； 理 解 数 据 采 集 系 统 （ 滤 波 、 线 性化 处 理 、 标 度 变 换 、 误 差 修 正 、 越 限 报 警 等 ） 基 本 概 念 ； 理 解 离 散 化 设 计 方 法 、 模 拟 化设 计 方 法 、 大 滞 后 对 象 的 Dalin 和 Smith 算 法 设 计 基 本 概 念 。3） 掌 握 计 算 机 控 制 系 统 的 常 用 数 值 控 制 算 法 、 数 字 PID 控 制 算 法 、 最 小 拍 控 制 器 、Dalin 和 Smith 控 制 器 等 设 计 方 法 ； 掌 握 微 机 控 制 系 统 的 构 成 方 法 ， 且 能 对 一 个 实 际 对象 ， 给 出 实 施 方 案 。三 、 教 学 内 容 与 学 时 分 配（ 一 ） 理 论 教 学 （ 36 学 时 ）第 一 章 绪 论 （ 2 学 时 ）目 的 要 求 ： 介 绍 模 式 、 模 式 识 别 、 模 式 识 别 系 统 的 基 本 概 念 ； 模 式 识 别 的 一 些 基 本问 题 。1.1 什 么 是 计 算 机 控 制 系 统1.2 计 算 机 控 制 的 发 展 概 况1.3 计 算 机 控 制 理 论1.4 计 算 机 控 制 系 统 的 分 类重 点 ： 计 算 机 控 制 系 统 与 常 规 仪 表 控 制 系 统 的 区 别 ； 计 算 机 控 制 系 统 的 分 类 。难 点 ： 对 各 种 计 算 机 控 制 系 统 的 理 解 。第 二 章 常 规 设 计 方 法 （ 4 学 时 ）目 的 要 求 ：2.1 连 续 与 离 散 传 递 函 数 的 转 换2.2 性 能 指 标2.3 基 于 连 续 系 统 的 设 计 方 法2.4 直 接 离 散 化 的 设 计 方 法重 点 ： 贝 叶 斯 决 策 的 原 理 、 最 小 错 误 率 与 最 小 风 险 贝 叶 斯 决 策难 点 ： 最 小 风 险 贝 叶 斯 决 策 原 理第 三 章 连 续 控 制 对 象 模 型 的 离 散 化 （ 4 学 时 ）目 的 要 求 ：3.1 连 续 控 制 对 象 模 型 的 离 散 化3.2 矩 阵 指 数 及 其 积 分 的 计 算3.3 按 极 点 配 置 设 计 控 制 规 律3.4 按 极 点 配 置 设 计 观 测 器3.5 控 制 器 设 计3.6 跟 踪 系 统 设 计重 点 ： 参 数 估 计 及 正 态 分 布 的 监 督 参 数 估 计 方 法难 点 ： 总 体 分 布 的 非 参 数 估 计第 四 章 基 于 传 递 函 数 模 型 的 极 点 配 置 设 计 法 （ 3 学 时 ）目 的 要 求 ：4.1 设 计 问 题4.2Diophantine 方 程4.3 设 计 方 法4.4 设 计 中 的 其 他 实 际 问 题重 点 ： 感 知 机 算 法 、 Fisher 分 类难 点 ： Fisher 分 类 、 LMSE 分 类 算 法第 五 章 离 散 系 统 的 最 优 控 制 （ 6 学 时 ）目 的 要 求 ：5.1 离 散 系 统 的 最 优 控 制5.2 采 样 系 统 的 最 优 控 制5.3 包 含 延 时 的 采 样 系 统 的 最 优 控 制5.4Riccati 方 程 的 求 解 及 加 权 阵 的 选 择5.5 状 态 最 优 估 计5.6 控 制 器 的 设 计重 点 ： 各 聚 类 算 法 优 ， 缺 点难 点 ： 动 态 聚 类 K 均 值 算 法第 六 章 基 于 传 递 函 数 模 型 的 最 优 化 设 计 法 （ 4 学 时 ）目 的 要 求 ：6.1 设 计 问 题6.2 最 小 方 差 控 制6.3 广 义 最 小 方 差 控 制6.4 跟 踪 系 统 设 计重 点 ： 样 本 筛 选 步 骤 、 主 成 分 分 析 法难 点 ： 基 于 主 成 分 分 析 的 特 征 提 取 方 法第 七 章 系 统 辨 识 与 自 适 应 控 制 （ 4 学 时 ）目 的 要 求 ：7.1 最 小 二 乘 估 计 辨 识 系 统 模 型7.2 极 大 似 然 估 计 辨 识 系 统 模 型7.3 自 适 应 控 制重 点 ： 模 糊 信 息 理 论 基 础难 点 ： 模 糊 推 理第 八 章 计 算 机 控 制 系 统 仿 真 及 性 能 计 算 （ 6 学 时 ）目 的 要 求 ：8.1 离 散 系 统 的 仿 真8.2 采 样 控 制 系 统 仿 真8.3 随 机 采 样 控 制 系 统 的 仿 真8.4 数 字 控 制 系 统 仿 真8.5 网 络 控 制 系 统 仿 真8.6 确 定 性 系 统 中 性 能 指 标 函 数 的 计 算重 点 ： 模 糊 控 制 器 的 设 计 方 法 。难 点 ： PID 模 糊 整 定第 九 章 采 样 周 期 选 择 及 量 化 效 应 （ 6 学 时 ）目 的 要 求 ：9.1 采 样 周 期 选 择 的 一 般 考 虑 原 则9.2 考 虑 控 制 量 幅 度 受 限 时 采 样 周 期 和 加 权 系 数 的 选 择9.3 量 化 效 应 的 线 性 分 析9.4 量 化 效 应 的 非 线 性 分 析9.5 量 化 效 应 与 控 制 规 律 的 实 现 方 式 及 采 样 周 期 的 关 系重 点 ： 神 经 网 络 控 制 器 的 设 计 。难 点 ： 模 糊 神 经 网 络 控 制 器 设 计（ 二 ） 实 验 教 学 （ 4 学 时 ）目 的 和 要 求 ：必 修 实 验 项 目序 号 项 目 编 码 项 目 名 称1 计 算 机 温 度 PID 控 制 实 验2 数 字 滤 波 器 实 验选 修 实 验 项 目序 号 项 目 编码 项 目 名 称1 状 态 反 馈 与 状 态 观 测 器2 电 机 调 速 实 验3 工 业 控 制 组 态 软 件 应 用 实 验四 、 考 核 方 式 与 成 绩 评 定1.考 核 方 式 ： （ 笔 试 、 论 文 、 口 试 等 ）1) 平 时 ： 作 业 、 考 勤 、 实 验 操 作 和 实 验 报 告 的 完 成 情 况2) 期 末 ： 可 采 用 两 种 方 式 评 定 ： （ 方 式 1： 闭 卷 ， 考 试 时 间 100 分 钟 ， 方 式 2： 论文 +答 辩 ）2.成 绩 评 定 办 法 ： （ 平 时 成 绩 、 期 末 考 试 成 绩 等 比 例 ）（ 一 ） 成 绩 核 算 办 法1) 总 成 绩 课 堂 成 绩 （ %） 实 践 成 绩 （ %） 实 验 成 绩 （ %）总 成 绩 （ 100%） 75 0 252) 分 项 成 绩 平 时 成 绩 （ %） 期 中 成 绩 （ %） 期 末 成 绩 （ %）课 堂 成 绩 （ 100%） 20 0 80实 践 成 绩 （ 100%） 0 0 0实 验 成 绩 （ 100%） 100 0 0五 、 教 材 及 主 要 参 考 书 目（ 一 ） 教 材 ： 计 算 机 控 制 理 论 与 应 用 ， 孙 增 圻 ： 清 华 大 学 出 版 社 ， 2008（ 二 ） 参 考 书 ：六 ： 其 他 需 要 说 明 的 问 题大 纲 执 笔 人 ： 曹 谢 东 、 李 杰大 纲 审 批 机 构 ： 电 气 信 息 学 院 学 术 （ 或 教 授 ） 委 员 会2015 年 9 月 5 日
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