控制工程

《线性系统理论》课程教学大纲 1

《数字信号处理》课程教学大纲 2

《现代测控技术与系统》课程教学大纲 4

《数字图象处理》课程教学大纲 5

《自动化仪表与现场总线技术》课程教学大纲 7

《嵌入式系统设计》课程教学大纲 9

《微机控制系统及其应用》课程教学大纲 12

《智能控制基础》课程教学大纲 13

《数据库系统原理与应用》课程教学大纲 16

《计算机通信与网络》课程教学大纲 18

《线性系统理论》课程教学大纲

课程名称（中文）：线性系统理论                       学分数：2  

课程名称（英文）：The Theory of Linear Control Systems      

课内学时数：  58                                        上机时数：0

课外学时数： 116                                        教学方式： 课堂讲授

教学要求：

    线性系统理论是系统与控制科学领域的一门最为基础的课程,它以线性系统为研究对象，要求学生掌握线性系统的时间域和频域理论及设计方法。

课程主要内容：（     字以内）

 1．线性系统状态空间描述

2．能控性能观性

3．线性系统的标准型与结构分解

4．动态系统的稳定性

5．线性反馈控制系统的综合

6．状态观测器设计

7．传递函数矩阵的实现理论

8．多项式矩阵描述

9．线性多变量系统的频域设计方法

教材名称：郑大钟，线性系统理论，清华大学出版社,2002

主要参考书：丘祖廉，线性系统理论，西安交通大学

预修课程：

   矩阵理论、自动控制原理

适用专业

   各种与自动化有关专业

 

《数字信号处理》课程教学大纲

英文名称：Digital Signal Process

课程类型：工程科学

学    时：40 （讲课32学时，上机8学时）

必修课程：信号与系统

使用教材：程佩青 编著，《数字信号处理教程》，清华大学出版社

参考书:   邹理和 编著，《数字信号处理（上册）》，国防工业出版社

 胡广书 编著，《数字信号处理－理论、算法与实现》，清华大学出版社

                 

一、 课程的性质、目的和任务

“数字信号处理”课程是信息和通信工程专业及相近专业必修的专业技术基础课程。数

字处理的目的是为了削弱信号中的多余内容，滤除混杂的噪声和干扰，便于估计信号的特征参数或变换成容易分析和辨识的形式。该课程的目标是使学生能够牢固掌握确知离散时间信号的分析方法以及线性、时不变、因果的离散时间系统的分析、设计方法。通过该课程的学习，学生熟悉了离散时间信号的谱分析的原理及实现方法。借助于数字滤波器的设计及实现，学生可基本掌握离散系统的分析以及设计方法，它是进一步学习数字通信，模式识别，图像处理，随机数字信号处理、时频分析等必修专业课的先修课程。

 

二、教学内容及基本要求

 

绪论：概略介绍数字信号处理的相关背景只是：信号处理，数字信号处理，信号处理的

方法及应用。简要介绍当前信号处理的新方法、新理论以及新动向。

基本要求：使学生了解本课程的基本情况，特征以及该学科领域内的发展现状。

 

第一章 离散时间系统与z变换

授课内容：采样(理想采样和实际采样)；离散时间信号；离散时间系统；z变换；Z变换和傅氏变换、拉氏变换之间的关系。

基本要求：掌握连续时间信号用离散时间系统处理的分析方法以及理论，熟悉

离散时间信号及系统的时域特性及变换域的分析方法。不但要掌握基本理论，

还应该熟练掌握信号、系统、时域、变换域的分析计算方法

 

第二章 离散傅立叶变换（DFT）

授课内容：有限长序列的离散傅立叶变换的问题提出；离散傅立叶级数；由离散傅立叶级数到离散傅立叶变换；频率采样理论；抽取与内插。

基本要求：了解为什么要引入离散傅立叶变换；从离散傅立叶级数（DFS）或频率采样理论如何引伸出离散傅立叶变换（DFT）；熟练掌握DFT的性质。

 

第三章 数字滤波器的结构

授课内容：数字滤波器的结构特点与表示方法；IIR滤波器的各种结构；FIR滤波器的各种结构。

基本要求：使学生深刻理解数字系统运算中的有限子长产生的误差，使数字滤波器的结构对系统运算的结果有影响。清楚同一滤波器实现结构不同将影响到系统的精度、误差、稳定性、经济性及运算速度。进一步掌握：IIR以及FIR滤波器的各种结构以及特点。

 

第四章 无限长单位脉冲相应（IIR）滤波器的设计方法

授课内容：IIR滤波器的设计特点；脉冲响应不变法；双线性变换法；z平面变换法。

基本要求：了解IIR滤波器的结构与模拟滤波器的结构相同而可以使IIR滤波器设计借用模拟滤波器的设计理论和方法；掌握IIR滤波器的两种从原型模拟滤波器传输函数得到数字传输函数的方法：即脉冲响应不变法和双线性变换法；并掌握从低通原型求得相应的带通，高通滤波器的设计方法。

 

第五章 有限长单位脉冲响应（FIR）滤波器的设计方法

授课内容：有限长单位脉冲响应（FIR）滤波器的设计特点；窗口法；频率采样法。

基本要求：了解脉冲响应有对称特性的FIR滤波器可具有线性相位及一定约束的幅度特性，掌握FIR滤波器的两种设计方法：窗口法和频率采样法。

 

第六章 快速傅立叶变换（FFT）

授课内容：DFT运算的特点；基数为2的幂次信号的FFT算法；任意基数的快速算法，chip-z变换，线性卷积的FFT算法。

基本要求：熟悉通过长度为2的幂次的DFT分析，快速谱分析的机理。掌握chip-z变换的方法以及如何在线性卷积中实现FFT算法。

 

三、实验内容

 

用快速傅立叶变换求信号的频谱特性。

基本要求：用C＋＋6.0编制快速傅立叶变换的程序，加深理解傅立叶变换的性质，观察、分析用FFT进行谱分析时所产生的栅栏效应以及频谱泄漏现象

 

二、 学时分配表

 

章节	内容	参考学时
	绪论	2
1	离散时间系统与z变换	4
2	离散傅立叶变换（DFT）	6
3	数字滤波器的结构	2
4	无限长单位脉冲响应（IIR）滤波器的设计方法	5
5	有限长单位脉冲响应（FIR）滤波器的设计方法	5
6	快速傅立叶变换（FFT）	6
上机	快速傅立叶变换的程序实现及谱分析	8
	复习总结	2

 

《现代测控技术与系统》课程教学大纲

课程名称（中文）：现代测控技术与系统 

学分数：2

课程名称（英文）：Modern Measurement & Control Technology with Systems                        

课内学时数：48              上机时数：24        课外学时数：

教学方式：多媒体教学 

教学要求：在加强基本概念、基本理论和基本方法的基础上，使学生深入了解和掌握相关测控技术概念，培养学生积极思考、善于分析的能力；强调测控技术在工程中的实用性，注重近年来测控领域的新技术、新理论、新方法和新成就，跟踪现代测控技术的发展前沿，注重培养学生理论联系实际的创新意识与创新思维能力。

课程主要内容：（ 100  字以内）: 测控系统的理论基础和基本概念、测控系统的感知技术、网络测控技术、图像感知测控技术、无线通信测控技术、雷达远程测控技术、GPS测控技术、虚拟仪器测控技术、典型测控系统专题。

教材名称：现代测控技术与系统

主要参考书：

1．彭军，传感器与检测技术，西安电子科技大学出版社，2003

2．IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, SCI/EI 双重源刊

3．Sen M Kuo, Bob H lee, Real-Time Digital Signal Processing , John Wiley & Sons Ltd, 2001

预修课程：智能控制、数字信号处理

适用专业：检测装置与自动化、自动化、电气工程、机电一体化专业

 

《数字图象处理》课程教学大纲

课程名称：数字图象处理

主要介绍数字图象处理的基本内容和基本方法，使学生对图象处理的基本方法及应用有相应的了解与掌握。

第一章 概述

第一节 数字图象处理的研究内容

第二节 数字图象处理系统

第三节 数字图象处理应用

第二章 图象的数学描述 

第一节 连续图象的数学描述

第二节 离散图象的数学描述

第三章 图象增强 

第一节 基于点运算的增强

     1 对比度展宽

     2 直方图均衡

第二节 基于空间运算的增强

     1 图象锐化 一般梯度算子，拉普拉斯算子，SOBEL算子，PREWITT算子

     2 图象滤噪     

第三节 中值滤波

第四章 图象恢复                             

第一节 图象退化的物理模型

第二节 图象退化的数学描述

第三节 代数恢复方法恢复

     1 无约束最小二乘恢复

     2 有约束最小二乘恢复

第四节 频域恢复方法

第五节 几何畸变与校正

第五章 图象数据压缩

第一节 基本概念

第二节 无损压缩

第三节 空域压缩编码

1 PCM编码

2 DPCM编码

第四节 变换域压缩编码

1 DCT压缩编码

2 K-L变换压缩编码

第六章 图象重建      

第一节 基本概念与数据获取

第二节 解联立方程组法

第三节 反投影法

第四节 傅立叶变换法

第七章 图象分割与特征提取 

第一节 基本概念

第二节 基于点相关的分割

第三节 基于区域相关的分割

第四节 边缘检测

             1  马尔算子

             2  CANNY算子

             3  HOUGH变换

             4  边界跟踪

第五节 特征提取

     1  几何特征

     2  统计特征

             3  矩特征

             4  纹理特征 （灰度共生矩阵，游程矩阵，分形特征）

第八章 图象分类与识别

第一节 基本概念

第二节 统计判别与分类

第三节 神经网络判别与分类

第四节 聚类分析

 

 

《自动化仪表与现场总线技术》课程教学大纲

课程名称（中文）： 自动化仪表与现场总线技术

学分数：2

课程名称（英文）： Automation Instrument & Fieldbus Technology 

课内学时数： 54 上机时数：0

课外学时数：0

开课学期： 1 教学方式：课堂教学

教学要求：

    通过学习，使学生初步掌握智能化检测仪表、数字调节器、集散控制系统及现场总线控制系统的基本组成、工作原理、设计方法及控制器参数整定等。

课程主要内容：

1、 分布式(与现场总线)控制系统中的数字控制算法及实现技术。

2、  调节对象建模、单回路与复杂调节系统设计以及调节器参数整定方法。

3、  典型工艺参数的现代检测技术、智能化检测仪表及执行器设计。

4、 单回路数字调节器硬件、软件设计及应用程序编制方法

5、 集散控制系统的组成、工作原理及其工程组态方法。

6、 典型现场总线的通信协议、技术规范及应用系统设计。

7、 分布式(与现场总线)控制系统中的安全防爆措施。

8、 采用数字调节器、集散控制系统或现场总线仪表组成复杂控制系统。

 

教材名称：

施仁、刘文江、郑辑光主编《自动化仪表与过程控制》，电子工业出版社（第三版），2003年3月

主要参考书：

1. Jonas Berge 著，陈小枫等译，《过程控制现场总线——工程、运行与维护》，清华大学出版社，2003年7月

2. 王常力，罗安主编，《分布式控制系统（DCS）设计与应用实例》，电子工业出版社，2004年8月

3. 奥斯特洛姆，K.J.(瑞典)著，《计算机控制系统》，1996年版，2002年译．

预修课程： 《微机原理》、《自动控制原理》

适用专业： 控制理论与控制工程、检测技术与自动化装置、系统工程，及其它自动化类专业

 

《嵌入式系统设计》课程教学大纲

课程名称（中文）：嵌入式系统设计          学分数：

课程名称（英文）：Embeded System Design    开课学院： 电信学院

课内学时数：40                           上机时数：0

课外学时数：60

开课学期：                                教学方式：面授 

教学要求：

掌握嵌入式系统的基础概念、基本原理、开发流程和步骤。能够根据实际需求，运用MC68HC08、ARM系列及其它类型的微处理器设计嵌入式系统的硬件电路，能够运用相关汇编语言编写，或者利用一些开放源码或商用的操作系统进行定制实时操作系统。培养对相关课程（计算机组成原理、微机原理与接口技术、操作系统）知识的综合运用能力，以及针对工程技术问题的方案设计能力、系统分析能力和解决问题的能力。

 

课程主要内容：（     字以内）

 

第一章、微控制器、微处理器及嵌入系统概论

1.1、微控制器及微处理器

   概念、发展历史

1.2、嵌入系统

   概念、特点及分类、应用领域、发展趋势

第二章、8位微控制器系列MC68HC08

2.1、MC68HC08系列概述

    特点、中央处理器CPU08、

2.2、MC68HC908GP32概述

    特点、功能结构、存储器组织与空间分配、引脚与封装

第三章、中断与复位

3.1、中断

     中断源、中断寄存器、

3.2、复位

     复位的效果、复位源、看门狗(COP)、系统设置寄存器

第四章、MC68HC08指令系统及汇编语言程序设计

4.1、寻址方式、 指令系统

     指令分类、寻址方式、指令介绍

4.2、汇编语言程序设计

指令格式、伪指令、机器代码格式

汇编语言程序设计举例

完整的源程序框架结构

第五章、Flash存储器

5.1、闪速存储器概述     

5.2、闪速存储器的编程操作

     编程概述、编程寄存器、编程步骤及举例、安全编程

5.3、闪速存储器的编程模式

     监控模式、用户模式

第六章、定时器

6.1、定时器的结构及基本功能

     功能、结构、寄存器

6.2、输入捕捉

     输入捕捉的概念、通道的控制寄存器、通道寄存器、举例

6.3、输出比较

    输出比较的概念、带缓冲与不带缓冲的输出比较

不带缓冲的输出比较举例

6.4、脉宽调制输出

第七章、嵌入式实时系统在MC68HC08上的实现

7.1、嵌入式实时操作系统

     操作系统作用、嵌入式实时操作系统

7.2、3种嵌入式实时系统

     前后台系统

     不可剥夺型内核的多任务实时系统

     可剥夺型内核的多任务实时系统

7.3、基于优先级的不可剥夺型实时内核

     代码分析：

     1、任务表及任务请求寄存器；2、内核流程：查询-保存-运行

7.4、基于时间片的不可剥夺型实时内核

     代码分析：

1、 定时中断；2、任务优先级；3、调度

第八章、设计举例

8.1、IC卡读写系统

     SLE4442卡、硬件设计、软件设计、PC机软件设计

8.2、远程报警系统

     功能、硬件设计、软件设计、主、从机通信规程

第九章、基于ARM及μC/OS-Ⅱ的嵌入式开发平台

9.1、硬件开发平台

ARM7微处理器

基于S3C44B0X微处理器的嵌入式系统

存储器系统介绍

接口介绍

9.2、μC/OS-Ⅱ在ARM微处理器上的移植

     基于μC/OS-Ⅱ扩展RTOS的体系结构

     外设及驱动程序

     系统的消息队列

9.3、嵌入式应用程序举例

 

教材名称： 《Motorola微控制器MC68HC08原理及其嵌入式应用》，刘慧根，清华大学出版社

主要参考书：

《Motorola 68HC08微控制器与嵌入式系统基础》，谢瑞和，清华大学出版社

《嵌入式系统设计与实例开发》》，王田苗，清华大学出版社

 

 

预修课程：

 

数字电路、计算机组成原理、微机原理与接口技术、操作系统

 

适用专业

 

计算机、通信、自动化、机械

 

 

《微机控制系统及其应用》课程教学大纲

课程名称：     微机控制系统及其应用

         microcomputer  controlled  system  and  application

学分：         2学分

课内学时数:     60           课外学时数：   60

教学方式： 讲课为主，有条件试验

上机时数：     16

教学要求：

通过本门课的学习，使学生对自动控制系统的基本构成原理首先建立起概念，在此基础上，进一步的了解计算机在控制系统的作用及微机控制系统的组成、分类。重点掌握微机控制系统中各个硬件原理、组成方法；控制算法，控制软件设计思想，构成原理及方法。通过实验和系统实例达到能设计一个基本的微机控制系统。

课程主要内容:

课程内容主要包括四大部分，根据学时数核定和具体要求可适当进行剪裁。

1． Mcs—51系列单片机原理及接口技术，内容包括单片机硬件结构、存储器体系、串并行接口、中断系统及指令系统。

2． 控制系统过程中的通道，过程通道是构成微机控制系统的基本要素。内容有模拟输入/输出通道及开关量输入/输出通道。包括A/D—D/A转换技术、采样技术，状态输入/输出技术及其编程方法。

3． 控制程序设计思想及方法。包括各类监控程序（键盘、显示、报警等）；控制算法程序（数据处理、工程量转换、PID控制算法等）；自检及故障诊断技术及程序；控制系统设计方法及编程实例。

4． 控制网络技术，主要内容涉及现场总线技术及控制网络体系结构。作为提高部分内容或作为讲座。内容供学生参考。

主要参考书：

1． 薛均义  武自芳《微机控制系统及其应用》 （第三版）

西安交通大学出版社   2003

2． 潘新民  王燕玲《微型计算机控制技术》

人民邮电出版社      1999

3．武自芳  虞鹤松《微机控制及其应用》     （第二版）

   西安交通大学出版社  1998

预修课程：

   电路（电工学） 模拟电路  数字电路  计算机原理（或微型计算机原理 

计算机组成原理）

适用专业：

   控制理论与控制工程

   检测技术及自动化装置

   机械自动化

   电气控制技术及其自动化

 

《智能控制基础》课程教学大纲

课程名称：智能控制基础

一、课程性质、目的与任务

智能控制基础是自动化专业的一门专业课。本课程涉及控制、人工智能等相关课程，其主要内容由智能控制概论、模糊控制、神经网络控制、专家控制和遗传算法等部分组成。通过这些内容的学习，使学生智能控制的基本结构、各类主要智能控制方法的基本知识；掌握模糊控制与神经控制的基本理论、算法和基本设计方法。为今后从事智能控制系统设计和从事智能控制工程实践打下良好的基础。

二、先修课要求

　　 自动控制原理、模糊数学、人工智能基础

三、课程的教学要求

基本概念和基本知识：智能控制发展历程，模糊控制的基本理论、方法、算法和应用；神经网络控制的基本理论、主要算法和应用；专家控制的基本原理和典型结构；遗传算法。

　　 基本技能：能用智能控制的方法实践控制项目的分析、设计、实现和维护

　　 重点：模糊控制基本理论、主要算法和应用；神经网络控制的基本理论、主要算法和应用；遗传算法。

　　 难点：主要算法和相关问题

教学要求中，内容按“了解、理解、掌握”三个基本层次要求。

四、课程的教学方法和教学形式

　　 1. 教学为讲授方式；

　　2. 为加强和落实动手能力的培养，每章课后安排有作业；

    3. 确定几个主题进行课堂讨论。

五、课程教学内容和要求

 第一章  绪论（4学时）

1、智能控制概述

2、智能控制系统的主要类型

3、智能控制的产生和发展

教学要求：熟悉智能控制的应用对象和主要特点；了解几种典型的智能控制系统的特点与结构；了解智能控制的产生与发展。

第二章  模糊控制及应用(18学时)

1、普通集合基础

2、模糊集合基础

3、基于模糊的推理

3、模糊控制器的工作原理

4、模糊控制系统设计与应用实例

教学要求：掌握模糊控制的教学基础、模糊控制原理和基本模糊控制器的设计；熟悉模糊控制技术的特点，了解其应用情况。

第三章  神经网络控制及应用（18学时）

1、神经网络基础

2、神经网络系统辨识

3、神经网络控制

4、神经网络控制系统设计与应用实例

教学要求：了解人工神经网络的基本概念、基本网络结构和主要学习算法。理解神经网络在系统辨识与控制方面解决问题的基本思路和应用方法。

本章重点：神经网络基础，包括神经元的生物模型与人工模型、神经网络模型和学习算法等内容。本章难点是神经网络的应用方法，在应用神经网络解决各类实际问题时，网络的设计不仅靠理论指导，而且需要丰富的实际经验和对问题的深入理解。

第四章  专家控制（10学时）

1、专家系统基础

2、专家控制系统的结构与原理

3、专家控制系统的设计与应用实例

教学要求：了解专家系统的基础知识；了解专家控制系统的基本组成结构与工作原理。

第五章  遗传算法及应用（6学时）

1、遗传算法的原理与特点

2、遗传算法的基本操作与模式理论

3、遗传算法的实现与改进

4、遗传算法在智能控制中的应用

教学要求：了解遗传算法的有关基本概念；领会遗传算法的基本原理与操作方法。

第六章  智能控制系统设计及其应用软件（4学时）

1、智能控制系统总体设计与需求分析方法

2、模糊控制软件的开发环境

3、神经网络控制软件开发基础

4、专家系统的开发环境

教学要求：了解智能控制系统应用软件的一般设计方法；了解模糊控制、神经网络控制和遗传算法的软件实现方法；了解智能控制应用软件的常用开发工具。

 

六、教材及主要参考资料

教材：  智能控制理论与技术　孙增圻等编著  清华大学出版社 

参考资料：智能控制基础 李人厚著 西安交通大学出版社 

 

《数据库系统原理与应用》课程教学大纲

一、课程名称（中文） 数据库系统原理与应用                                   

（英文） Database System Principle and Application                                    

二、课程编号            ；学分      3           

课内学时数 54 ；上机（实验）学时数 20   ；课外学时数 54   ；

三、任课教师姓名 沈钧毅    ；任课教师职称 教授            ；

四、开课学院   电信学院 ；开课系（所）、教研室 软件所        ；

五、开课季节：春季               ；秋季           

六、课程主要内容 系统介绍数据库系统的原理与应用，包括：

1. 数据库系统引论（有关概念）；

1) 数据管理的发展

2) 数据库系统（DBS）

3) 数据、数据模型和数据模式

4) 数据库应用—数据库的生存周期

 

2. 关系数据库系统（模型与SQL语言）；

1) 关系基本概念与定义

2) 关系之间的联系—关系代数

3) 约束

4) SQL概述

5) DDL

6) DCL

7) 嵌入式使用 

 

 

1）                                                                                                                                                                                  

2） 

 

3. 数据库应用（设计与管理）；

1) 数据库设计概述

2) 数据库需求分析

3) 数据库概念设计

4) 数据库逻辑设计

5) 数据库物理设计

6) 计算机辅助数据库设计

7) 数据库管理

 

4. 数据库管理系统内部机制；

1) DBMS概述

2) 安全性

3) 完整性

4) 并发控制

5) 故障恢复

6) 查询优化

5，简介数据库技术新发展。

1) 广泛的应用领域对数据库系统的新需求

2) 新一代数据库模型

3) 新的数据库系统结构

4) 数据库系统用于决策分析

 

 

七、选课要求、预修课程

1， 本科期间学过计算机操作系统、数据结构；

2， 本科期间未学过数据库系统。

八、适用专业

1， 计算机科学与技术；

2， 全校有关专业想学这门课程的硕士生。

九、主要参考书目

1. 王能斌，数据库系统教程（上、下册），电子工业出版社，2002年

2. 萨师煊，王珊，数据库系统概论，高等教育出版社，2000年

3. Database----Principles,Programming and Performance(2—Edition)

4. Patrick O’Neil,Elizabeth O’Neil(Univ. of Massachusetts at Boston)

      Morgan Kaufmann Publishers,2000(高教出版社影印版，2001，5)

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