12585 物聯網控制原理與技術

高綱1545江蘇省高等教育自學考試大綱12585　物聯網控制原理與技術 南京信息工程大學編江蘇省高等教育自學考試委員會辦公室Ⅰ 課程性質與課程目標一、課程性質和特點《物聯網控制原理與技術》是一門專業核心課程，是物聯網工程專業學生學習物聯網和控制理論知識的入門課和控制課程能力培養的起點課程，為后續的專業知識學習和能力培養提供計算機工具。《物聯網控制原理與技術》雖然是一門專業核心課程，但直接關系到該專業人才培養的基本規格要求，即要求畢業生能熟練掌握物聯網控制基本應用技能，培養和提高學生的物聯網控制文化素質，為學生利用物聯網控制學習其他課程打下良好的基礎。因此，《物聯網控制原理與技術》在各專業所開設的課程中占有十分重要的地位，是該專業的一門專業核心課程。本課程教學目的是讓學生能夠掌握關于物聯網基礎知識、現場總線技術、控制理論與方法、以及智能家居中最基本和最重要的概念和知識，并能熟練掌握PID控制的實現技術、網絡控制系統仿真等基本操作技能。通過本課程的學習，使學生掌握以經典控制理論和現代物聯網智能家居為工作平臺，應用計算機高效率、高質量地進行信息處理的基本手段和方法，提高學生綜合利用控制的水平，為今后后續課程的學習和使用控制理論解決本專業問題打下堅定的基礎，同時培養學生具有良好的職業道德、行為規范和認真細致操作的工作態度，樹立高度責任意識，對畢業后能迅速適應工作崗位需要，在工作崗位上具有可持續發展的再學習能力，具有重要作用。二、課程目標1．了解物聯網以及控制理論的發展與現狀。2．掌握各典型應用中的物聯網控制技術。3．掌握智能電網、智能交通、智能農業、智慧醫療等中的物聯網控制典型應用。4．掌握物聯網控制的典型應用，能運用所學知識和技能分析問題、解決問題。5．較強的知識、技術的自我更新能力，在工作崗位上具有可持續發展的再學習能力。三、與相關課程的聯系與區別本課程是物聯網工程專業的專業核心課程，本課程的學習要以《C語言程序設計》、《單片機應用與實踐》、《傳感器技術基礎》課程的學習為基礎，同時與《物聯網規劃與組建》、《物聯網典型應用案例分析》課程相銜接。四、課程的重點和難點本課程重點主要包括：控制理論與方法；本課程次重點主要包括：PID控制的實現技術；本課程一般重點主要包括：現場總線技術；本課程難點主要包括：網絡控制系統及其仿真。Ⅱ 考核目標本大綱在考核目標中，按照識記、領會、簡單應用和綜合應用四個層次規定其應達到的能力層次要求。四個能力層次是遞升的關系，后者必須建立在前者的基礎上。各能力層次的含義是：識記（Ⅰ）：要求考生能夠識別和記憶本課程中有關控制概念及規律的主要內容（如定義、定理、定律、表達式、公式、原理、重要結論、方法及特征、特點等），并能夠根據考核的不同要求，做正確的表述、選擇和判斷。領會（Ⅱ）：要求考生能夠領悟和理解本課程中有關物聯網概念及控制規律的內涵及外延，理解控制概念、控制規律的確切含義，控制規律的適用條件，能夠鑒別關于概念和規律的似是而非的說法；理解相關知識的區別和聯系，并能根據考核的不同要求對物理問題進行邏輯推理和論證，做出正確的判斷、解釋和說明。簡單應用（Ⅲ）：要求考生能夠根據已知的知識和物聯網應用案例事實、條件，對實際問題進行邏輯推理和論證，得出正確的結論或做出正確的判斷，并能把推理過程正確地表達出來。還可運用本課程中的少量知識點，利用簡單的數學方法分析和解決一般應用問題，如簡單的仿真和分析等。綜合應用（Ⅳ）：要求考生能夠面對具體、實際的物聯網控制應用情境發現問題，并能探究解決問題的方法，建立合理的仿真模型，根據具體問題列出物聯網控制之間的關系式，進行推導和求解，必要時會用簡單的Matlab軟件解決問題，并根據結果得出控制結論，如分析、計算、繪圖和論證等。Ⅲ 課程內容與考核要求第一章 緒論一、學習目的與要求1．理解物聯網的基礎知識2．掌握物聯網的建模探究二、課程內容1．物聯網的定義以及體系框架2．物聯網的建模3．物聯網的控制理論三、考核知識點與考核要求1. 物聯網的基礎知識識記：物聯網的定義。領會：物聯網的體系框架；物聯網的關鍵技術和難點。應用：物聯網的應用領域。2. 物聯網的建模探究識記：物聯網的基本原理。領會：物聯網應用的科學問題。3.物聯網的控制理論基礎領會：控制理論的基本思想；“三論”與物聯網。應用：物聯網與自動控制。四、本章重點、難點1．物聯網的建模2．物聯網的關鍵技術和難點第二章 現場總線技術一、學習目的與要求1．理解幾種典型的現場總線2．掌握控制器局域網總線技術3．學會現場總線總線控制系統設計前期準備和系統設計調試方法步驟4．應用溫室監測CAN總線控制系統二、課程內容1．現場總線基本概述2．幾種典型的現場總線3．控制器局域網（CAN）總線技術4．現場總線控制系統設計三、考核知識點與考核要求1. 典型的現場總線領會： Ethernet/IP；ControlNet；LonWorks。應用：RS422；RS485；CAN。2. 控制器局域網總線技術識記：CAN總線通信方式；CAN性能特點。領會：CAN技術規范。應用：CAN總線接口電路設計。3. 溫室監測CAN總線控制系統領會：系統總體設計；監測節點設計。應用：通信系統硬件設計；通信系統軟件設計。四、本章重點、難點1．溫室監測CAN總線控制系統2．CAN總線技術第三章 控制理論與方法一、學習目的與要求1．理解控制系統數學模型2．掌握線性系統時域和頻域分析法3．學會PID控制方法4．應用智能控制方法二、課程內容1．控制系統的數學模型2．線性系統時域和頻域分析法3．PID控制方法4．智能控制方法三、考核知識點與考核要求1. 控制系統數學模型識記：反饋原理；自動控制系統分類。領會：拉普拉斯變換；系統傳遞函數和結構圖；系統方框圖；信號流圖。應用：反饋擾動補償方法。2. 線性系統時域和頻域分析法識記：系統的時域分析法。領會：頻率特性的基本概念；頻率特性的幾何表示。應用：奈奎斯特穩定判據及其應用。3. PID控制方法識記：PID控制的基本概念。應用：比例控制；積分控制；比例積分控制；微分控制；比例積分微分控制。四、本章重點、難點1．奈奎斯特穩定判據及應用2．比例積分微分控制第四章 PID控制的實現技術一、學習目的與要求1．理解PID控制原理發展2．掌握連續系統模擬PID控制仿真3．學會PID控制器的設計4．應用WINPC32 PID控制模塊二、課程內容1．連續系統模擬、數字控制仿真2．離散系統的數字PID控制仿真3．PID控制器的設計三、考核知識點與考核要求1. 連續系統的模擬PID控制仿真應用：連續系統的模擬PID控制仿真實例2. 連續系統數字PID控制仿真應用：連續系統數字PID控制仿真實例3. 離散系統數字PID控制仿真應用：離散系統數字PID控制仿真實例4. PID控制器的設計識記：系統辨識。應用：控制器參數計算。四、本章重點、難點1．連續系統數字PID控制仿真2．PID控制器的設計第五章 網絡控制系統及其仿真一、學習目的與要求1．理解網絡歐諾個只系統概念、組成、結構、特點和基本問題2．掌握TrueTime網絡控制系統仿真平臺3．學會無線網絡控制系統設計二、課程內容1．網絡控制系統2．基于TrueTime的網絡控制系統仿真平臺3．無線網絡控制系統的分析與設計實例三、考核知識點與考核要求1. 網絡控制系統識記：網絡控制系統概念、組成與結構領會：網絡控制系統特點應用：網絡控制系統基本問題2. 基于TrueTime的網絡控制系統仿真平臺識記：TrueTime工具箱結構和功能模塊應用：TrueTime工具箱安裝與使用3. 無線網絡控制系統的分析與設計實例識記：無線網絡控制系統的結構領會：無線網絡控制系統存在的問題應用：無線網絡控制系統仿真實例四、本章重點、難點1．基于TrueTime的網絡控制系統仿真平臺2．無線網絡控制系統的分析與設計實例Ⅳ 關于大綱的說明與考核實施要求一、自學考試大綱的目的和作用課程自學考試大綱是根據專業自學考試計劃的要求，結合自學考試的特點而確定。其目的是對個人自學、社會助學和課程考試命題進行指導和規定。課程自學考試大綱明確了課程學習的內容以及深廣度，規定了課程自學考試的范圍和標準。因此，它是編寫自學考試教材和輔導書的依據，是社會助學組織進行自學輔導的依據，是自學者學習教材、掌握課程內容知識范圍和程度的依據，也是進行自學考試命題的依據。二、課程自學考試大綱與教材的關系課程自學考試大綱是進行學習和考核的依據，教材是學習掌握課程知識的基本內容與范圍，教材的內容是大綱所規定的課程知識和內容的擴展與發揮。課程內容在教材中可以體現一定的深度或難度，但在大綱中對考核的要求一定要適當。大綱與教材所體現的課程內容應基本一致；大綱里面的課程內容和考核知識點，教材里一般也要有。反過來教材里有的內容，大綱里就不一定體現。（注：如果教材是推薦選用的，其中有的內容與大綱要求不一致的地方，應以大綱規定為準。）三、關于自學教材《物聯網控制基礎》，中國電子學會物聯網專家委員會推薦，王志良主編，西安電子科技大學出版社，2014年版。四、關于自學要求和自學方法的指導本大綱的課程基本要求是依據專業考試計劃和專業培養目標而確定的。課程基本要求還明確了課程的基本內容，以及對基本內容掌握的程度。基本要求中的知識點構成了課程內容的主體部分。因此，課程基本內容掌握程度、課程考核知識點是高等教育自學考試考核的主要內容。為有效地指導個人自學和社會助學，本大綱已指明了課程的重點和難點，在章節的基本要求中一般也指明了章節內容的重點和難點。本課程共5學分。本書一共可以分為三個部分內容：第一部分是現場總線控制技術，學者需要結合自身的工作實際，理解教材中的現場總線的內容與特點以及應用，學會現場總線控制系統設計方法，掌握其前期準備工作步驟以及系統設計與調試方法。結合教材中溫室監測CAN總線控制系統實例，領會總線控制系統設計環節。第二部分是控制理論與方法，學者需要掌握控制系統數學模型、系統時域和頻域分析方法，根據教材中的內容，認真做好每一章后面的習題，作為理論部分的鞏固。第三部分是網絡控制系統及其仿真，學者需要掌握網絡控制系統仿真平臺的使用方法，在計算機上練習使用仿真系統，仿真練習。五、應考指導1. 如何學習。很好的計劃和組織是你學習成功的法寶。如果你正在接受培訓學習，一定要跟緊課程并完成作業。為了在考試中作出滿意的回答，你必須對所學課程內容有很好的理解。使用“行動計劃表”來監控你的學習進展你閱讀課本時可以做讀書筆記。如有需要重點注意的內容，可以用彩筆來標注。如：紅色代表重點；綠色代表需要深入研究的領域；黃色代表可以運用在工作之中。可以在空白處記錄相關網站，文章。2. 如何考試。卷面整潔非常重要。書寫工整，段落與間距合理，卷面賞心悅目有助于教師評分，教師只能為他能看懂的內容打分。回答所提出的問題。要回答所問的問題，而不是回答你自己樂意回答的問題！避免超過問題的范圍3. 如何處理緊張情緒。正確處理對失敗的懼怕，要正面思考。如果可能，請教已經通過該科目考試的人，問他們一些問題。做深呼吸放松，這有助于使頭腦清醒，緩解緊張情緒。考試前合理膳食，保持旺盛精力，保持冷靜。4. 如何克服心理障礙。這是一個普遍問題！如果你在考試中出現這種情況，試試下列方法：使用“線索”紙條。進入考場之前，將記憶“線索”記在紙條上，但你不能將紙條帶進考場，因此當你閱讀考卷時，一旦有了思路就快速記下。按自己的步調進行答卷。為每個考題或部分分配合理時間，并按此時間安排進行。六、對社會助學的要求第一章為2個學時（講授2個學時），第二章為4個學時（講授4個學時），第三章為10個學時（講授8個學時，實驗2個學時），第四章為6個學時（講授4個學時，實驗2個學時），第五章為6個學時（講授4個學時，實驗2個學時），第六章為4個學時（講授4個學時）。在助學活動中應注意理論聯系實際，把書中例題和書后習題作為重點，配合理解書中理論部分，積極在計算機中學會使用仿真軟件和仿真平臺。要強調注意正確引導、把握好助學方向，正確處理學習知識和提高能力的關系。七、對考核內容的說明1. 本課程要求考生學習和掌握的知識點內容都作為考核的內容。課程中各章的內容均由若干知識點組成，在自學考試中成為考核知識點。因此，課程自學考試大綱中所規定的考試內容是以分解為考核知識點的方式給出的。由于各知識點在課程中的地位、作用以及知識自身的特點不同，自學考試將對各知識點分別按三個或四個認知（或叫能力）層次確定其考核要求。2. 課程分為三部分，分為現場總線、控制理論、網絡控制系統及仿真，考試試卷中所占的比例大約分別為：20%、40%、40%。八、關于考試命題的若干規定1.考試采用閉卷考試，考試時間150分鐘。對本課程考試要攜帶必要的黑色水筆作答，應做出明確具體的規定。2.本大綱各章所規定的基本要求、知識點及知識點下的知識細目，都屬于考核的內容。考試命題既要覆蓋到章，又要避免面面俱到。要注意突出課程的重點、章節重點，加大重點內容的覆蓋度。3.命題不應有超出大綱中考核知識點范圍的題目，考核目標不得高于大綱中所規定的相應的最高能力層次要求。命題應著重考核自學者對基本概念、基本知識和基本理論是否了解或掌握，對基本方法是否會用或熟練。不應出與基本要求不符的偏題或怪題。4.本課程在試卷中對不同能力層次要求的分數比例大致為：識記占20%，領會占30%，簡單應用占30%，綜合應用占20%。5.要合理安排試題的難易程度，試題的難度可分為：易、較易、較難和難四個等級。每份試卷中不同難度試題的分數比例一般為：2:3:3:2。必須注意試題的難易程度與能力層次有一定的聯系，但二者不是等同的概念。在各個能力層次中對于不同的考生都存在著不同的難度。在大綱中已特別強調這個問題，考生切勿混淆。6.課程考試命題的主要題型一般有填空題、選擇題、名詞解釋、簡答題和計算題。附錄 題型舉例一、選擇題下列哪一種控制方式不屬于經典控制方式_________.A. 比例控制 B. 微分控制 C. 積分控制 D. 模糊控制參考答案：D二、填空題控制系統方框圖的連接有串聯、并聯和______三種聯接方式。參考答案：反饋聯接三、名詞解釋節點參考答案：表示方程式中的變量或信號，其值等于所有進入該節點的信號之和。四、簡答題什么是現場總線？國際電工委員會IEC61158對現場總線的定義是什么？參考答案：現場總線原本是指現場設備之間公用的信號傳輸線，后又逐漸被定義為應用在生產現場，在測量控制設備之間實現雙向串行多節點數字通信技術。國際電工委員會IEC61158對現場總線（fieldbus）的定義是：安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線稱為現場總線。五、計算題試簡化圖1中所示系統結構圖，并求傳遞函數。參考答案：解：求傳遞函數，按下列步驟簡化結構圖：將的引出端前移如下圖所示合并反饋及串聯如下圖所示合并反饋、串聯如下圖所示④根據反饋運算，得傳遞函數