微机控制技术(02294)自学考试大纲

上海市高等教育自学考试

工业自动化专业（独立本科段）（B080603）

微机控制技术 (02294)自学考试大纲

上海交通大学自学考试办公室编

上海市高等教育自学考试委员会组编

2005年6月

目  录

一、课程的性质及其设置的目的和要求……………………2

(一)课程的性质、地位与任务…………………………2

(二)基本要求……………………………………………2

(三)本课程与有关课程的联系…………………………2

二、课程内容与考核目标……………………………………3

第一章  计算机控制系统概述…………………………3

第三章  过程通道和数据采集系统……………………4

第四章  程序控制和数值控制…………………………6

第五章  数字PID控制算法……………………………7

第六章  数字控制器的直接设计方法…………………8

第八章  微型计算机控制系统设计……………………9

第九章  分布式计算机控制系统……………………10

第十章  现场总线技术及其应用……………………12

三、有关说明与实施要求……………………………………13

(一)关于大纲中有关术语的说明……………………13

(二)教材………………………………………………13

(三)学习方法指导……………………………………13

(四)自学时间分配建议………………………………14

(五) 考试时间和考试形式……………………………14

一、课程的性质及其设置的目的和要求

（一）课程的性质、地位与任务

微型计算机控制技术课程是自动控制专业、电气自动化专业的专业主干课程之一，是一门从应用角度出发，密切结合自动化工程实践的应用技术课程。

本课程的任务是介绍计算机在控制领域中的应用，并讲授计算机控制系统的基础知识和基本应用技术，介绍微型计算机控制的硬件，软件的选择，配合，组成和设计方法。本课程把硬件和软件结合，控制原理和典型应用结合，使学生掌握计算机控制原理和应用技术的完整概念。

（二）基本要求：

学生通过本课程学习，要达到下述要求：

1．熟悉微机控制系统的组成原理，熟悉过程通道的种类，组成功能、设计的基本知识；

2．掌握数值控制和步进电机控制的原理、组成和程序编制；

3．掌握计算机直接数字控制系统的构成，数字PID控制算法的原理和工程应用以及直接数字控制器的原理和工程实现；

4．熟悉分布式计算机控制系统的组成原理及其基本控制器的结构原理；

5．掌握微机控制系统总体方案设计和硬件、软件设计的基本方法。

（三）本课程与有关课程的联系

本课程的先修课主要有：

1. 《自动控制理论》掌握自动控制系统的结构，分析方法，稳定性分析、品质分析等基础知识，并且有现代控制理论的基础知识。

2. 《微型计算机原理》微型计算机的组成、原理及基本结构，硬件和接口技术，汇编语言程序的编程方法。

二、课程内容与考核目标

第一章  计算机控制系统概述

（一）考核知识点

计算机控制的一般概念。

微型计算机实时控制系统的组成和特点。

微机控制的典型应用方式。

（二）自学要求

一般了解微机控制的典型系统应用方式及其工作过程。

正确理解微型计算机控制系统的硬件组成和软件组成。

重点掌握微型计算机在控制中一些基本概念，计算机控制系统的基本结构。

（三）考核要求

对微型计算机在控制中的几种典型应用达到“识记”层次。

对微型计算机控制系统的基本概念，微型计算机控制系统的组成及其基本结构达到“领会”层次。

第二章  基本输入输出接口技术

（不在考试范围）

第三章  过程通道和数据采集系统

（一）考核知识点

过程通道的组成，功能，信号变换中的采样、量化和编码。

模拟量输入通道的组成，多路转换器，可编程放大器采样与保持器。

数/模转换原理，模/数转换原理。模/数与数/模转换器的主要技术指标。8位模/数转换器及其接口。

12位模/数转换器及其接口，数据采集系统的组成，工作原理及其实例。

模拟量输出通道的组成和结构形成，八位数/模转换器及其接口，十二位数/模转换器及其接口，双极性模拟量输出的实现。

过程通道的抗干扰措施。

（二）自学要求

一般了解过程通道的组成和功能，过程通道的抗干扰措施。模/数与数/模转换器的主要技术指标。

正确理解数/模转换原理与模/数转换原理。正确理解8位数/模转换器，12位数/模转换器与CPU的接口。正确理解信号变换中的采样、量化和编码。

重点掌握模拟量输入通道的组成、多路转换器的工作原理，单端输入和双端输入的连接方法。可编程放大器的原理和方案。采样保持器的原理和基本电路。8位模/数转换器与CPU的接口，12位数/模转换器与CPV接口。

重点掌握数据采集系统的组成以及程序编制方法。

重点掌握模拟量输出通道的结构及双板性模拟量输出。

（三）考核要求

对过程通道的组成和功能，过程通道的抗干扰措施，常态干扰和共模干扰以及它们抑制方法达到“识记”层次。

对模/数与数/模转换器的主要技术指标达到“识记”层次。

模/数转换原理，数/模转换原理，信号变换中的采样、量化和编码达到“领会”层次。

多路转换器的工作原理，可编程放大器的原理，采样保持器的原理达到“领会”层次

模/数转换器与CPU的连接（包括8位模/数转换器与12位模/数转换器），数/模转换器与CPU的连接达到“简单应用”层次。

模拟量输出通道的结构以及双极性模拟量输出达到“领会”层次。

数据采集系统的组成、程序编制方法达到“综合应用”层次。

第四章    程序控制和数值控制

本章中程序控制已在可编程控制器中讲授，故在本课程中不再重复，只讲授数值控制

（一）考核知识点

数值控制的基本原理。逐点比较法插补原理。四方向逐点比较法直线插补原理。四方向逐点比较法圆弧插补原理。八方向逐点比较法线性插补原理。

步进电机的工作方式，步进电机的脉冲分配程序，步进电机的速度控制程序。

（二）自学要求

正确理解数值控制的基本原理，尤其是逐点比较法插补原理，以及八方向逐点比较法线性插值原理。

正确理解步进电机的几种工作方式，步进电机的接口图。

掌握在第一象限内的直线插补原理以及第一条象限内的圆弧插补原理（顺圆和逆圆）。四方向直线插补的进给方向和插补公式。四方向圆弧插补计算公式和进给方向。

掌握步进电机的脉冲分配程序的设计方法。步进电机的速度控制程序设计思想。

（三） 考核要求

数值控制的基本原理，步进电机控制的基本原理达到“识记”层次。

逐点比较法的插补原理，步进电机的工作方式，八方向逐点比较法线性插值原理达到“领会”层次。

步进电机的脉冲分配程序，步进电机的速度控制程序达到“领会”层次。

四方向逐点比较法直线插补原理，四方向逐点比较法圆弧插补原理达至“简单应用”层次。

第五章  数字PID控制算法

（一）考核知识点

模拟PID调节器，数字PID控制算法。

对标准PID算法的改进：遇限削弱积分法，积分分离法，积累补偿法。干扰的抑制。其它修改算法。纯滞后补偿算法。

PID调节器参数选择：凑试法确定PID调节参数，实验经验法确定PID调节参数，采样周期的选择。

（二）自学要求

一般了解凑试法确定PID调节参数，实验经验法确定PID调节参数，模拟PID调节器。

正确理解采样周期选择要考虑的因素，PID改进算法的出现以及各种改进的PID控制算法。

重点掌握数字PID控制算法。纯滞后补偿算法。

（三）考核要求

凑试法确定PID调节参数，实验经验法确定PID调节参数达到“识记”层次。

标准PID算法的改进，尤其是遇限削弱积分法，积分分离法，积累补偿法，干扰抑制法达到“领会”层次。

采样周期的选择达到“领会”层次。

纯滞后补偿法达到“简单应用”层次。

数字PID控制算法达到“复杂应用”层次。

第六章  数字控制器的直接设计方法

（一）考核知识点

最少拍随动系统的设计：最少拍系统，最少拍系统的设计，最少拍系统的局限性。

最少拍无纹波随动系统的设计：引起纹波的原因，消除纹波的方法。最少拍无纹波随动系统设计步骤。

惯性因子法。

达标算法：达标算法的D（Z）基本形式，振铃现象及其消除方法。

（二）自学要求

一般了解惯性因子法的设计思想和设计方法。

正确理解最少拍随动系统的约束条件，设计思想，最少拍系统的局限性。

正确理解最少拍无纹波随动系统波纹产生的原因，消除纹波的方法。

重点掌握对象具有纯滞后的计算机控制系统的达标算法的设计思想，振铃产生原因及消除办法。

（三）考核要求

最少拍随动系统的设计，约束条件，最少拍系统的局限性以及改进的惯性因子法达到“识记”层次。

最少拍无纹波随动系统的设计，消除纹波办法达到“简单应用”层次。

达林算法D（Z）的基本形式，振铃消除方法达到“复杂应用”层次。

第七章  模型预测控制算法

    （不在考试范围）

第八章  微型计算机控制系统设计

（一）考核知识点

微型计算机控制系统设计的基本要求，系统设计的特点。

微型计算机控制系统设计的一般步骤：确定控制任务，选择微处理器与外围设备，建立数学模型，确定控制算法，系统总体方案设计，硬件和软件的具体设计。

微型计算机控制系统设计：系统的选择与配置，总裁负载的考虑。

温度控制系统应用实例。

（二）自学要求

一般了解微型计算机控制系统设计的基本要求。

正确理解微型计算机控制系统的特点以及设计步骤。

重点掌握根据对象具体要求和条件，设计微型计算机控制系统的硬件和软件。

（三）考核要求

对微型计算机控制系统的特点、微机控制系统设计要求达到“识记”层次。

对微型计算机控制系统设计的步骤达到“领会”层次。

根据对象具体情况和要求，使计算机控制系统的设计达到“综合应用”的层次。

第九章 分布式计算机控制系统

（一）考核知识点

分布式控制系统概念：工程大系统，工程大系统控制理想方案，工程大系统控制结构图，分布式控制系统，分布式控制系统组成框图。各类控制系统优缺点比较，分布控制系统的特点。

分布式控制技术发展，分布式计算机控制的发展。

分布式计算机控制系统的基本控制器：基本控制器的构成，基本控制器的功能，基本控制器的工作原理，基本控制器的软件，基本控制器的特征。

分布式控制系统的层次结构和各层功能。先进控制技术及其应用。

分布式控制系统应用实例。

（二）自学要求

一般了解分布式控制技术发展，分布式计算机控制的发展。分布式控制系统在工厂、企业中的应用。

正确理解工程大系统，工程大系统设计的理想方案，工程大系统的控制结构，（分布式控制系统）分布式控制系统组成框图。

正确理解仪表控制系统，计算机集中控制系统的优缺点，分布式控制系统的特点。

重点掌握分布式计算机控制系统层次结构以及各层的功能，分布式控制系统的基本控制器的结构、工作原理、基本控制器的功能及其主要特征。

一般了解先进的控制策略及先进的控制系统。

（三）考核要求

分布式控制系统基本概念，分布式计算机控制的发展，分布式控制系统设计原则，分布式控制系统（即DCS系统）的基本构成。DCS的网络结构，现场工人站，操作员站，工程师站达到“识记”层次。先进的控制策略达到“识记”层次。

分布式控制系统组成结构，分布式控制系统的特点，分布式控制系统层次结构以及各层功能达到“领会”层次。

分布式控制系统的基本控制器的结构，基本控制器的功能，基本控制器的原理，基本控制器的可靠性，基本控制器的特征达到“领会”层次。

第十章  现场总线技术及其应用

（一）考核知识点

现场总线，现场总线的种类，现场总线的结构，现场总线的特点，现场总线的控制系统，现场总线的原理。

几种典型的现场总线。

控制网络的体系结构。

（二）自学要求

一般了解现场总线的控制网络体系结构，信息层的特点，控制层的特点，设备层的特点。

正确理解控制层现场总线，设备层现场总线，PROFIBUS现场总线，FF现场总线，CAN总线网络结构及其特点。

重点掌握现场总线，现场总线的种类，现场总线的结构，现场总线的特点。

（三）考核要求

现场总线，现场总线控制系统，现场总线网络体系结构达到“识记”层次。

现场总线的种类，现场总线的结构，现场总线的特点，控制层现场总线，设备层的现场总线PROFIBUS现场总线，CAN总线网络结构及其特点达到“领会”层次。

第十一章  计算机控制系统软件

（不在考试范围）

三、有关说明与实施要求

（一）关于大纲中有关术语的说明

在本大纲的“考核要求”中提出了“识记”、“领会”、“简单应用”和“综合应用”等四个能力层次，它们之间是递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上。它们的含义是：

1、“识记”：能知道本章、节有关的名词、概念、本章、节知识的正确认识和表达。（考题中占20%）

2．“领会”：在“识记”的基础上，能全面把握基本概念和原理的区别与联系。（考题中占30%）

3、“简单应用”：在“领会”的基础上，能用学过的一、二个知识点，综合分析和解决简单的问题。（考题中占30%）

4、“综合应用”：在“简单应用”的基础上，能用学过的多个知识点，综合分析和解决较复杂的问题。（考题中占20%）

（二）教材

《微型计算机控制技术》；谢剑英、贾青编著；国防工业出版社，2001年9月第3版。

主要参考书：

《微型计算机控制技术》潘新民、王燕芳编著；电子工业出版社，2003年1月第1版。

《计算机控制系统及应用》；苗秀敏、朱金钧编著；北京科学技术出版社，1995年4月第1版。

（三）学习方法指导

1. 先翻阅自学考试大纲中有关章的考核知识点，自学要求、考核要求，以便阅读教材时做到心中有数，有的放矢。

2. 阅读教材时，不仅对每一节，第一段的内容要细读推敲，对第每一章结尾的“小结”更要仔细阅读，以此来检查学习情况。

3. 学习过程中既要记忆一些名词和概念，更要注意掌握一些基本概念和分析方法。在未达到“深刻理解基本概念，彻底弄清基本原理，牢固掌握基本方法”的要求之前，一般不要急于学习新的内容，但也要防止当遇到一些细节问题时而停步不前，应该继续往下学。

4. 做作业是理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题、解决问题的重要环节。在做作业之前必须认真阅读教材，对教材内容了解之后，再来做作业，这才能达到预期的目的。有些复习思考题，可以结合学习教材时进行思考，这样可以促进学习的深度和掌握本章的主要内容和基本概念。

（四）自学时间分配建议

本课程是一门主干课程，共4个学分，自学时间包括阅读课文，做作业共280学时。

（五）考试时间和考试形式

考试时间：150分钟。

考试形式：闭卷。