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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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