黑龙江自考微机原理与接口技术考试大纲.docx
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黑龙江自考微机原理与接口技术考试大纲
黑龙江省高等教育自学考试
机械制造与自动化(080302)专业(独立本科段)
微机原理与接口技术考试大纲
(课程代码7441)
黑龙江省高等教育自学考试委员会办公室
二○○九年十月
《微机原理与接口技术》考试大纲
适用专业:
机械制造及自动化(独立本科段)
学时:
60学时
一、课程的性质目的和任务
本课程是测控、自动化专业的一门主要专业课。
通过本课程的学习,使学生掌握计算机控制系统的基本设计方法。
学生在修完微机原理的基础上,通过深入学习典型微机总线结构,掌握输入输出接口电路设计方法;进而学习将生产现场各种物理量引入计算机中的方法,为实现计算机对生产现场的检测、控制提供必要的硬件基础;针对不同被控对象和系统性能指标要求,设计相应的数字控制器;进一步学习典型计算机控制系统设计举例,培养学生的计算机控制系统设计能力。
通过对先修课程的学习,应该具备一定的接口电路和程序设计能力;熟练掌握拉氏变换、Z变换和控制器的设计理论。
二、课程的基本要求
学完本课程后,应达到以下基本要求:
1.了解计算机控制的一般概念,熟悉计算机控制系统的组成、特点和典型应用方式。
2.了解基于系统状态空间模型和系统非参数模型的数字控制器最优化设计的原理和方法。
3.掌握计算机在控制技术领域内的基础知识、基本应用技术。
4.掌握计算机控制系统的硬件、软件的选择、组织配置和设计方法。
5.掌握最少拍控制器设计方法,掌握大林算法的设计思想。
6.熟练掌握PID及改进算法、采样周期的选择、PID常用参数整定方法。
7.掌握微机控制直流伺服系统的设计方法;掌握微机温度控制系统的设计方法。
本课程与相关课程的联系与分工:
本课程的先修课程为模拟电子技术、数字电子技术、微型计算机原理、C语言程序设计、自动控制原理、现代控制理论、控制工程等。
讲授过程中遇到上述课程内容时不再讲解。
讲授课程时需要理论联系专业,但应以分析现场实际控制系统、阐明理论为主,不应因过分强调专业而削弱基本理论的讲授。
三、课程内容和考核目标
第一章绪论(4学时)
(一)学习目标
了解计算机控制系统的组成、特点、典型应用方式及发展方向。
(二)课程内容
第一节计算机控制系统的组成及特点(1学时)
1.计算机控制系统基本概念:
采用计算机来实现的工业自动控制(含管理)系统。
2.计算机控制系统组成
3.计算机控制系统的特点
第二节计算机在控制中的典型应用方式(1学时)
1.操作指导控制系统
2.直接数字控制系统
3.监督计算机控制系统
4.分级计算机控制系统
第三节典型计算机控制系统简介(1学时)
1.计算机过程控制系统
2.微型计算机控制的电动机调速系统
3.计算机数字程序控制系统
4.工为机器人
第四节工业控制机
1.工业控制计算机的特点和要求
2.典型工业控制计算机介绍
第五节计算机控制系统的研究课题和发展方向(1学时)
1.集散控制系统(DCS)
2.可编程序控制器(PLC)
3.计算机集成制造系统(CIMS)
4.低成本自动化(LCA)
5.智能控制系统(IntelligenceControl)
(三)考核知识点
1.计算机控制系统及其组成
2.工业控制机的组成结构及特点
(四)考核要求
1.识记
(1)记住计算机控制系统及其组成
(2)记住计算机在控制中的典型应用方式
2.理解
(1)理解计算机控制系统的工作原理
(2)理解典型工业控制机工作原理及区别
第二章输入输出接口技术和输入输出通道(14学时)
(一) 学习目标
掌握输入输出接口电路的一般设计方法;掌握过程通道的分类、组成及其工作原理。
(二) 课程内容
第一节概述(2学时)
1.I/O通道、通道及其功能
2.I/O信号的种类
3.计算机和外部的通信方式
第二节I/O控制方式(2学时)
1.程序控制方式
2.中断控制I/O方式
3.直接存储器存取方式――DMA方式
第三节I/O接口设计(3学时)
1.I/O接口的编址方式
2.I/O接口与系统的连接
3.I/O接口扩展
4.I/O接口设计的方法、步骤及设计举例
5.GAL在接口电路中的应用
第四节I/O通道(2学时)
1.模拟量输入通道
2.采样与量化
3.模拟量输出通道
4.模拟量输入输出通道工作过程分析
5.数字量输入输出通道
第五节D/A转换器(2学时)
1.并行D/A转换器的工作原理
2.串行D/A转换器的工作原理及应用
3.常用D/A转换器及其与CPU的连接
4.D/A转换器电流输出方式
5.D/A转换器选择和使用
第六节A/D转换器(2学时)
1.A/D转换器原理
2.A/D转换器主要技术参数
3.常用A/D转换器
4.A/D转换器与系统的连接及举例
第七节I/O通道的抗干扰措施(1学时)
1.串模干扰及其抑制方法
2.共模干扰及其抑制方法
(三)考核知识点
1.I/O接口电路、I/O通道、I/O信号、通信方式的概念及功能
2.3种I/O控制方式的接口电路原理
3.I/O接口设计的原理、方法及步骤
4.I/O通道的任务、组成及工作原理
5.A/D、D/A转换器的结构及工作原理
(四)考核要求
1.识记
(1)记住I/O接口电路、I/O通道、I/O信号、通信方式的概念及功能
(2)记住I/O通道的任务、组成及分类
(3)记住A/D、D/A转换器的组成及结构
2.理解:
(1)理解I/O接口电路、I/O通道的重要作用
(2)理解3种I/O控制方式的接口电路原理
(3)理解I/O通道工作原理
(4)理解A/D、D/A转换器的工作原理
3.简单应用
(1)会自己设计、安装接口电路
(2)会编写简单的控制程序
(3)会连接常用D/A转换器与CPU
4.综合应用
(1)综合运用所学知识解决CPU与外设之间的时序配合及通信联络问题
(2)综合运用所学知识解决CPU与外设之间格式转换和匹配问题
(3)综合运用所学知识解决CPU的负载能力和外设端口选择问题
第三章数字控制器的模拟化设计(8学时)
(一) 学习目标
掌握数字控制器模拟化设计思想,熟练掌握模拟调节器的离散化方法;熟练掌握PID及改进算法、采样周期的选择、PID常用参数整定方法。
(二) 课程内容
第一节引言(1学时)
1.为什么要用计算机来实现数字控制?
2.模拟化与数字化控制器设计方法
第二节离散化方法(1学时)
1.差分变换法
2.零阶保持器法
3.双线性变换法
第三节PID数字控制器的设计(2学时)
1.DDC系统的PID控制算式,包括位置型PID控制算式、增量型PID控制算式、实用递推算式(偏差系数控制算式)、特殊形式的PID算式
第四节数字PID控制算法的改进(3学时)
1.防止积分整量化误差的方法
2.积分饱和及其防止方法
3.不完全微分的PID算法
4.纯滞后的补偿算法
5.微分先行PID算法
6.带死区的PID控制
7.二自由度PID控制
第五节PID数字控制器的参数整定和设计举例(1学时)
1.PID控制器参数对系统性能的影响
2.采样周期的选择原则
3.用扩充临界比例度法选择PID参数
4.用扩充响应曲线法选择PID参数
5.PID归一参数整定法
6.按二阶工程设计法设计数字控制器
7.PID数字控制器设计举例
(三)考核知识点
1.数字控制器模拟化设计思想
2.DDC系统的PID控制算式
3.PID数字控制器的设计及采样周期的选择
4.PID程序实现
5.PID参数整定
(四)考核要求
1.识记
(1)记住PID数字控制器的基本概念
(2)记住模拟调节器的离散化方程
(3)记住PID数字控制器的设计过程及编程
(4)记住采样周期的选择原则
2.理解
(1)理解差分方程、传递函数
(2)理解PID控制算法的表达式及算法的改进
(3)
3.简单应用
(1)会求解惯性环节的差分方程
(2)PID数字控制器的推导
4.综合应用
(1)综合运用所学知识进行PID数字控制器模型设计及程序设计
(2)综合运用PID控制算式进行算法改进
第四章数字控制器的直接设计(8学时)
(一) 学习目标
了解参数优化的低阶控制算法和最少拍随动系统的设计要求和原理;理解最少拍无纹波随动系统、惯性因子法、非最少有限拍控制的设计原理;掌握达林(Dahlin)算法的原理、设计和应用。
(二) 课程内容
第一节最少拍无差系统的设计(2学时)
1.典型输入下最少拍系统的设计方法
2.最少拍控制器的可实现性和稳定性要求
3.最少拍快速有波纹系统设计的一般方法
4.最少拍控制系统的局限性
第二节最少拍无波纹系统的设计(2学时)
1.波纹产生的原因及设计要求
2.设计无波纹系统的必要条件
3.最少拍无波纹系统的一般确定方法
第三节变换法设计(2学时)
1.数字控制器的频率特性
2.变换法的设计步骤
第四节纯滞后对象的控制算法――大林算法(2学时)
1.大林算法的设计原则
2.振铃现象及其抑制
(三)考核知识点
1.理解最少拍无差系统、最少拍无波纹系统
2.掌握最少拍无差系统、最少拍无波纹系统的设计方法
3.掌握最少拍无波纹系统的一般确定方法
4.变换法的设计步骤
5.大林算法
(四)考核要求
1.识记
(1)记住最少拍无差系统、最少拍无波纹系统等基本概念
(2)记住系统的设计方法
(3)记住系统的设计原理
(4)记住变换法及大林算法
2.理解
(1)理解系统的设计原理及设计方法
(2)理解变换法设计步骤
(5)理解大林算法的推导及应用
3.简单应用
(1)会用变换法设计相位校正器
(2)根据数字控制器的输出响应绘制图形
4.综合应用
(1)综合运用所学知识设计最少拍无波纹系统
(2)综合运用大林算法抑制振铃现象
第五章数字控制器的最优化设计(6学时)
(一) 学习目标
了解基于系统状态空间模型和系统非参数模型的数字控制器最优化设计的原理和方法。
(二) 课程内容
第一节状态空间设计法(4学时)
1.状态反馈设计法
2.状态观测器设计法
3.离散二次型指标函数最优控制
4.采样系统二次型指标函数最优控制
第二节基于系统非参数模型的控制算法(2学时)
1.模型算法控制
2.动态矩陈控制
(三)考核知识点
1.状态空间设计法、基于系统非参数模型控制的基本概念
2.步分别用状态法及卡尔曼法求解状态方程的状态反馈矩陈
3.最优性原理及应用
4.模型算法控制、动态矩陈控制原理及推导
(四)考核要求
1.识记
(1)记住状态空间设计法、基于系统非参数模型控制的基本概念
(2)记住数字控制器最优化设计方法的特点及应用
(3)记住卡尔曼法
2.理解
(1)理解状态观测器对闭环系统动态特性的影响
(2)理解最优性原理
3.简单应用
(1)模型算法控制的原理应用
(2)一步预测闭环模型算法控制流程应用
4.综合应用
(1)根据某离散系统状态方程的性能指标,求使性能指标最小的反馈增益矩陈
(2)综合运用所学知识,掌握数字控制器的最优化设计方法
第六章微型计算机控制系统设计(8学时)
(一) 学习目标
了解控制系统的一般设计步骤,掌握常用应用程序设计方法;掌握微机控制直流伺服系统的设计方法;掌握微机温度控制系统的设计方法。
(二) 课程内容
第一节控制系统设计的一般步骤(2学时)
1.系统总体控制方案设计
2.微
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- 黑龙江 自考 微机 原理 接口 技术 考试 大纲