天津市自考10785微型计算机控制技术与系统考试大纲

天津市高等教育自学考试课程考试大纲

课程名称：微型计算机控制技术与系统                   课程代码：10785、10786

第一部分  课程性质与目标

一、 课程性质与特点

    《微型计算机控制技术与系统》是我国高等学校自动化、电子与电气工程、计算机应用、机电一体化等专业开设的重要专业课。是以计算机在自动控制系统中的应用技术为核心，研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程中，并设计出满足控制性能需求的计算机控制系统。它以计算机控制系统的结构及特点为基础，讨论一些常用的、新型的控制算法和技术实现，是一门理论联系实际，系统性、实践性很强的课程。

    总学时为80学时（理论授课64学时，实验16学时）。

二、 课程目标与基本要求

    微型计算机控制技术与系统课程学习总体目标为通过理论和实验教学培养学生对多领域知识的融会贯通能力、实践能力、独立操作能力，处理解决微型计算机控制系统设计问题的综合能力，培养专业应用型人才，为从事工业自动化、计算机控制等相关的设计和生产活动打下坚实的理论和实践基础。

    知识目标

    要求学生理解“微型计算机控制技术”的基本工程概念和原理，掌握常用的控制技术原理、算法和设计思想；掌握计算机在工业控制应用中的特点和基本规律；掌握计算机控制系统的设计、调试方法，并能够设计出符合特定指标要求的计算机控制系统。

    能力目标

    要求学生具备综合运用所学知识对“计算机控制系统”进行性能分析、系统设计及运行调试的能力。

    课程的基本要求

1．掌握计算机控制技术的基本概念，了解计算机控制系统的组成及特点。

2．掌握数据的输入输出及预处理方法。

3．掌握数字控制器的离散化设计方法，了解Z变换的方法，掌握数字控制器的解析设计方法。

4．掌握数字控制器的模拟化设计方法，掌握模拟控制器的离散化方法，掌握数字PID的实现、整定及改进方法，掌握串级控制、前馈控制的设计方法。

5．掌握逐点比较插补方法，掌握步进电机、无刷直流电机的控制方法。

6．了解计算机控制系统中的干扰来源、传播途径及作用形式，掌握共模干扰、串模干扰、长线传输干扰的抑制方法，了解电源系统的抗干扰技术，了解屏蔽与接地技术，了解印制电路板抗干扰设计方法。

7．了解工业个人计算机、可编程控制器、智能调节器和集散控制系统和现场总线控制系统的基本概念。

8．了解组态软件的基本概念。

三、 本课程与本专业其他课程的关系

    《微型计算机控制技术与系统》是学生在学习自动控制原理、单片机接口技术及应用、应用程序基础与设计的基础上的具体实践运用；教学内容综合了自动控制理论、接口技术和程序语言设计的相关知识和技能，是直接应用于工业自动化控制方面的一门综合性应用技术课程；侧重于计算机控制系统各组成部分的设计及系统综合性能分析等内容。

第二部分  考核内容与考核目标

第一章 绪论

一、 学习目的与要求

1．掌握计算机控制技术的基本概念；

2．了解计算机控制系统的基本组成；

3．了解计算机控制的特点。

二、 考核知识点与考核目标

1．计算机控制技术的基本概念（重点）

识记：计算机控制系统的概念、组成、分类、特点。

理解：数字控制器的设计方法。

2．计算机控制系统的组成（一般）

识记：工业控制计算机的硬件系统与软件系统的基本概念。

理解：控制计算机的主要特点。

第二章 数据输入输出和预处理

一、 学习目的与要求

1. 掌握输入输出数据方式；

2. 理解开关量输入输出接口、模拟量输入输出接口的工作原理；

3. 掌握数据预处理的基本方法。

二、 考核知识点与考核目标

1．输入输出数据的方式（重点）

理解：计算机输入输出数据的工作方式。

2．开关量输入输出接口（重点）

应用：能够设计开关量输入输出接口电路，并编写程序。

3．模拟量输入接口（重点）

理解：理解ADC0809的工作原理。

应用：能够设计模拟量输入接口电路，并编写程序。

4．模拟量输出接口（重点）

理解：DAC0832的工作原理。

应用：能够设计模拟量输出接口电路，并编写程序。

5．数据预处理（重点）

识记：数字滤波与模拟滤波的特点。

理解：常用数字滤波的原理。

应用：能够实现常用数字滤波的程序编写。

6．系统误差自校正（次重点）

理解：零位误差与增益误差的校准方法。

7．工程量标度转换（次重点）

理解：工程量标度转换的方法。

应用：能够完成工程量标度转换的计算和编程。

第三章 数字控制器的离散化设计

三、 学习目的与要求

1. 掌握Z变换的计算方法；

2. 掌握脉冲传递函数的计算方法；

3. 掌握频率域设计法的步骤；

4. 掌握达林算法的设计方法。

四、 考核知识点与考核目标

1．Z变换（重点）

理解：采样过程。

应用：Z变换的计算。

2．脉冲传递函数（重点）

理解：脉冲传递函数的定义。

应用：脉冲传递函数的计算。

3．频率域设计法（次重点）

应用：频率域设计方法。

4．达林算法（次重点）

应用：达林算法的设计方法。

第四章 数字控制器的模拟化设计

一、 学习目的与要求

1. 了解数字控制器模拟化设计的基本步骤；

2. 掌握模拟控制器的离散化方法；

3. 理解PID控制规律；

4. 掌握数字PID控制算法的实现方法、参数整定方法和改进方法；

5. 掌握串级控制和前馈控制的设计方法。

二、 考核知识点与考核目标

1．数字控制器模拟化设计概述（重点）

识记：模拟化设计的基本步骤。

2．模拟控制器的离散化方法（次重点）

识记：常用模拟控制器离散化方法的特点。

应用：能够完成脉冲响应不变法、阶跃响应不变法、差分变换法和双极性变换法的设计。

3．数字PID（重点）

理解：连续控制系统的PID控制规律；串级控制和前馈控制的原理。

应用：能够实现数字PID控制算法及改进算法的编程、参数整定；能够实现串级控制和前馈控制的设计。

第五章 数字控制技术

一、 学习目的与要求

1. 掌握数字控制技术的基本原理及方法；

2. 掌握步进电机工作原理及其驱动控制方法；

3. 掌握无刷直流电机及其控制方法。

二、 考核知识点与考核目标

1．数字控制基础（重点）

识记：数字控制方式、数字控制系统的类型。

理解：数字控制的基本原理，逐点比较插补法的原理。

应用：能够完成直线插补和圆弧插补的计算。

2．步进电机及其驱动控制（次重点）

理解：步进电机的工作原理及控制方法。

3．无刷直流电机及其控制（次重点）

理解：无刷直流电动机的工作原理及数学模型。

应用：能够设计直流无刷电机调速系统。

第六章 计算机控制系统中的抗干扰技术

一、 学习目的与要求

1. 了解干扰的来源、传播途径及作用形式；

2. 掌握硬件抗干扰的技术方法。

二、 考核知识点与考核目标

1．干扰的传播途径与作用方式（重点）

识记：干扰的来源、干扰的传播途径、干扰的作用形式。

2．硬件抗干扰技术（次重点）

理解：共模干扰、串模干扰和长线传输干扰的抑制方法，电源系统的抗干扰技术，屏蔽与接地技术，印刷电路板抗干扰设计方法。

第七章 计算机控制系统

一、 学习目的与要求

1. 了解工业个人计算机的组成，总线的概念；

2. 了解过程通道卡的基本概念；

3. 了解智能调节器的组成及使用方法；

4. 了解可编程控制器的基本概念；

5. 了解集散控制系统和现场总线控制系统的基本概念；

6. 了解计算机控制系统设计的基本步骤。

二、 考核知识点与考核目标

1．工业个人计算机（次重点）

识记：工业个人计算机的组成、总线。

2．过程通道卡（一般）

识记：，过程通道卡的基本概念。

3．智能调节器（一般）

识记：，智能调节器的组成及使用方法。

4．可编程控制器（一般）

识记：可编程控制器的优点及主要用途。

理解：可编程控制器的工作过程。

5．集散控制系统和现场总线控制系统（一般）

识记：集散控制系统的基本概念，现场总线控制系统的基本概念。

6．计算机控制系统应用（一般）

识记：对计算机控制系统的要求，计算机控制系统设计的步骤。

第八章 组态软件

一、 学习目的与要求

1．了解组态软件的概念。

二、 考核知识点与考核目标

1．组态软件的概念（一般）

识记：组态软件的概念、系统构成及功能。

2．KingView组态软件（一般）

识记：KingView组态软件的基本操作。

第三部分  实践环节考核与成绩

本课程的实践环节考核包括以下4个实验，每个实验单独考核，独立计分，采取百分制评分，60分及格。

考核成绩要求：4个实验均考核合格，并将4个实验的平均分作为本课程实践环节考核的最终成绩。

实验一 模拟量输入接口设计

一、考核目的与要求

1. 了解ADC0809的工作原理。

2. 掌握ADC0809与CPU的接口方式及编程方法。

二、考核内容

1. 用电位器改变模拟电压的输入值，经A/D变换后读入单片机内部寄存器（A/D时钟由CPU挂箱时钟发生电路提供）。

2. 通过设置断点查看寄存器的内容。

三、考核方式

1．考核方式

    本实验考核学生A/D转换电路的设计与编程技能，考核采用终结性考核。

2．考核方法

（1）ADC0809电路设计操作；

（2）程序编写操作；

（3）调试操作；

（4）现场有关实验问题解答。

3．评分标准

采用百分制，每项各占25分。

实验二  模拟量输出接口设计

一、考核的目的与要求

1．了解DAC0832的工作原理。

2．掌握DAC0832与CPU的接口方式及编程方法。

二、考核的内容

1．单片机输出8位数字量，经D/A变换后输出。

2． 改变数字量，用万用表观察其输出电压的变化。

三、考核方式与环境要求

1．考核方式

本实验考核学生D/A转换电路的设计与编程技能，考核采用终结性考核。

2．考核方法

（1）DAC0832电路设计操作；

（2）程序编写操作；

（3）调试操作；

（4）现场有关实验问题解答。

3．评分标准

采用百分制，每项各占25分。

实验三  炉温控制系统设计

一、考核的目的与要求

1．了解温度控制系统的特点。

2．掌握大时间常数系统PID控制器的参数整定方法。

二、考核的内容

采用PID算法进行炉温控制。

三、考核方式与环境要求

1．考核方式

    本实验考核学生针对大时间常数系统PID控制器的设计及参数整定方法的掌握情况，考核采用终结性考核。

2．考核方法

（1）炉温控制系统的硬件设计；

（2）PID控制器的程序设计；

（3）参数整定及系统调试操作；

（4）现场有关实验问题解答。

3．评分标准

    采用百分制，每项各占25分。    

实验四  直流电机调速系统设计

一、考核的目的与要求

1．了解直流电机调速系统的特点。

2．研究采样周期T对系统特性的影响。

3．研究电机调速系统PID控制器的参数的整定方法。

二、考核的内容

采用PID算法进行直流电机调速实验。

三、考核方式与环境要求

1．考核方式

    本实验考核学生采用PID控制器实现直流电动机调速系统设计及参数整定方法的掌握情况，考核采用终结性考核。

2．考核方法

（1）直流调速系统的硬件设计；

（2）PID控制器的程序设计；

（3）参数整定及系统调试操作；

（4）现场有关实验问题解答。

3．评分标准

    采用百分制，每项各占25分。  

 第四部分  有关说明与实施要求

一、 考核目标的能力层次表述

本大纲在考核目标中，按照“识记”、“理解”、“应用”三个能力层次规定了不同的能力层次，各个能力层次为递进等级关系，其含义为：

识记：能了解有关概念、理论的意义，并能正确地认识和表达，是低层次的要求。

理解：在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法分析和解决有关的理论问题和实际问题，是中等层次的要求。

应用：一般分为“简单应用”和“综合应用”，其中，“简单应用”指在理解的基础上能用学过的一两个知识点分析和解决简单的问题；“综合应用”指在简单应用的基础上能用学过的多个知识点综合分析和解决比较复杂的问题，是最高层次的要求。

二、 指定教材

《计算机控制技术》 刘雨棣 雷新颖主编 西安交通大学出版社 2013年版 

三、 自学方法指导

1．考生在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅本大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点能力层次要求和考核目标，以便心中有数，重点突出，有的放矢地学习。

2．在了解大纲内容的基础上，认真阅读教材，把握各章节的具体内容，吃透每个知识点，对基本概念深刻理解，对基本原理要彻底弄清，基本方法要牢固掌握。

3．在自学过程中，要做好阅读笔记，遇到不懂的问题、数学公式，要主动寻找相关资料，找到答案后，将资料名称和所在记录下来，养成记录书目的习惯，为长期学习提供便利。要多整理，多总结。

4．应尽可能的多做书后习题，注重理论联系实际，具体问题具体分析，在做题的过程中理解、消化、巩固所学知识。遇到困难的题目，首先回到教材中寻求答案，在解决实际问题的过程中进一步学习。

四、 对社会助学的要求

1．应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。

2．应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。

3．辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删内容，以免与大纲脱节。

4．辅导时，应对学习方法进行指导，宜提倡“认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动争取帮助，依靠自己学通”的方法。

5．辅导时要突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。

6．注意对应考者能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导学生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，做出判断，解决问题。

7．要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中会存在着不同难度的试题。

8．助学学时：本课程共5学分，其中理论环节4学分，建议72学时，实践环节1学分，建议18学时。助学学时分配如下：

五、关于命题和考试的若干规定

1． 本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章，适当突出重点。

2．试卷中对不同能力层次的试题比例大致是：“识记”为35%、“理解”为25%、“应用”为40%。

3．试题难易程度应合理：易、较易、较难、难比例为2：3：3：2。

4．每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点60%，次重点30%，一般占10%。

5．试题类型一般为：选择题、填空题、演算题、问答题、编程题。

6．考试采用闭卷笔试，考试时间150分钟，采用百分制评分，60分合格。

六、题型示例

（一）选择题

1．当模拟全量程为-10~+10V，求12位A/D转换器的转换结果。+2V对应的二进制数是（ ）。

（A）100100111001B             （B）100110011001B  

（C）110010000011B             （D）001101101100B

（二）填空题

1．两个以上模块之间或设备之间交换信息的公共线路称为         。

（三）演算题

1．已知模拟调节器的传递函数G_c（s）=（1+0.17s）/(0.085s),欲用数字PID算式实现，试分别写出相应的位置型和增量型PID算式，设采样周期T=1s。

（四）问答题：

1． 前馈控制完全补偿的条件是什么？前馈和反馈相结合有什么好处？

（五）编程题

1． 编制一个能完成中位值滤波加上算术平均值滤波的子程序。设对变量采样7次，7个采样值排序后取中间的3个采样值平均，每个采样值为12位二进制数。