热工过程计算机控制技术课程教学大纲.docx

热工过程计算机控制技术课程教学大纲
课程名称：热工过程计算机控制技术
英文名称：Thermotechn i ca I Process Computer Contro I Techno I ogy
课程编号：x4011181
学时数：32学时
其中实验学时数：4学时课外学时数：无
学分数：3.5
适用专业：热能与动力工程（A2/B）— '课程的性质和任务
（—）性质
《热工过程计算机控制技术》课程是热能与动力工程专业的专业选修课，是以自动控制 理论、计算机技术和自动化仪表等为基础的技术课程，与过程控制和电力拖动控制系统等密 切相关，技术性、综合性和实践性很强，是热工过程自动化方向重要的一门的专业课。通过 本课程学习，加深学生对实际热力过程控制系统的认识，帮助学生掌握对热力、制冷等设备 构成的计算机控制系统的分析方法，从而为设计合理的计算机控制系统，满足生产和工程需 要奠定基础。
（二）任务
1掌握计算机控制的一般组成结构和常用接口的基本原理，能够设计一般的应用接口电 路，掌握通用型计算机接口的使用，用适当的计算机语言编程实现应用系统的计算机控制。
2运用自动控制原理，掌握控制系统中离散控制器的设计，熟练编写数据采集程序、控 制程序和数据处理程序。
3分析、设计热工过程的计算机控制应用系统。
二、课程教学内容的基本要求、重点和难点（-）计算机控制系统概述
主要内容:介绍计算机控制系统的一般组成和结构;介绍计算机控制系统分类、优越性； 介绍计算机控制系统的发展趋势；介绍采样、量化与重构。
重点：计算机控制系统的一般组成和结构；采样、量化与重构。
难点：计算机控制系统的一般组成和结构；采样、量化与重构。
（二）模拟量输入/输出通道接口技术
主要内容：介绍D/A、A/D转换器原理、性能指标及典型芯片；介绍MCS-51单片机和 D/A、A/D转换器接口，介绍MCS-51单片机接口；介绍放大器及多路开关；介绍常用输出 驱动电路。
重点：微型计算机的输入输出接口技术，开关量、模拟量的输入输出通道。
难点：信号的采样与量化处理方法。
（三）数据采集（DAS）与数据处理
主要内容：介绍微型计算机数据采集系统，包括基本数据采集系统、高速微机数据采集 系统、数据采集系统的发展；介绍数字滤波方法（包括程序判断滤波、算术平均滤波、加权 平均滤波、中值滤波、惯性滤波、复合滤波、高通滤波、带通滤波等），介绍标度变换（包 括线性标度变换和非线性标度变换），介绍越限报警处理方法；介绍数据采集与数据处理系 统应用。
重点：数据采集系统的硬件组成，数字滤波技术、线性变换技术。
难点：数字滤波技术、线性变换技术。
（四）常用控制程序设计
主要内容：简单报警程序与越限报警程序的原理和设计；开关量输出接口技术；光电隔 离技术；继电器输出接口技术；固态继电器输出接口技术；电磁阀接口技术；可控硅技术; 大功率场效应管开关接口技术；定时控制技术。
重点：理解并掌握开关量输入和输出接口技术、常用报警程序的设计。
难点：理解并掌握开关量输入和输出接口技术、常用报警程序的设计。
（五）直接数字控制（DDC）及其算法
主要内容：介绍PID的作用及计算机实现PID的优点；介绍基本数字PID （包括位置 式PID、增量式PID和速率式PID）,介绍改进式PID （包括抑制积分饱和的PID算法、抑 制干扰的PID算法、避免控制动作过于频繁的PID算法…带死区的PID控制、给定值频繁 升降时对控制量进行阻尼的PID算法、混合过程PID算法、采样PID算法和批量PID算法）， 介绍PID控制程序的设计（包括位置式积分分离PID子程序、增量式PID算法子程序），介 绍数字PID调节器参数的整定。
重点：微型计算机的DDC系统结构，数字控制器及其PID算法。
难点：PID算法及其调节参数整定方法，程序实现方法。
（六）热工过程计算机控制系统分析与设计
主要内容：介绍控制系统设计的一般步骤（总体方案设计、计算机选择、控制算法设计 及系统联调）及控制系统软件设计等；常用算法设计（数字滤波、线性化处理、越限报警、 数码显示等）；控制系统设计举例。
重点：常用算法设计及系统设计的总体过程。
难点：根据工艺要求确定系统硬件结构和控制方法。
三教学方式及学时安排
序号
主要内容
主要教学 方 式
学时 分配
辅导答 疑比 例
-
计算机控制系统概述
讲授
4
1： 1

模拟量输入/输出通道接口技术
讲授+实验
8
2： 1
—*
数据采集（DAS）与数据处理
讲授+实验
6
2： 1
四
常用控制程序设计
讲授
4
2： 1
五
直接数字控制（DDC）及其算法
讲授
6
2： 1
六
热工过程计算机控制系统分析与设计
讲授
4
2： 1
四、课程其他教学环节要求（-）实验环节
实验环节共4学时，均以实际动手实验为主，要求学生积极准备、认真参加，并及时上 交实验报告。
主要内容：
1. D/A、A/D转换实验，需2学时数字滤波实验，2学时
（二）作业
作业要求：在掌握基本概念基本术语基本结构的基础上，加强对各种接口的认识，广泛 阅读计算机应用系统硬件电路。熟练掌握计算机控制系统的编程能力。能分析较复杂的控制 系统，掌握计算机控制系统设计的一般方法，能设计热工过程一般应用系统的计算机控制系 统。
（三）辅导答疑
每6学时应安排2学时的辅导答疑时间，辅导答疑地点和时间应明确，教师应按时到岗。
五、本课程与其他课程的联系
本课程的先修课程为《热工自动控制原理》、《单片机原理》、《模拟电子电路》、《数字电 子电路》。
六' 教学参考书目
《微型计算机控制技术实用教程》潘新民主编，电子工业出版社，2006
《微型计算机控制技术》赖寿宏主编，机械工业出版社，2005
《微型计算机控制技术》于海生主编，清华大学出版社，2000
《微型计算机控制技术及应用》徐大诚主编，高等教育出版社，2003
《微型计算机控制技术》曾庆波主编，电子科技大学出版社，2007
《计算机控制原理及其应用》江秀汉等主编，西安电子科技大学出版社，1996年9月