自考08241计算机控制系统考试大纲（2025年版）
湖南省高等教育自学考试课 程考 试大 纲计算机控制系统 （课程代码：08241） 湖南省教育考试院组编 2025 年 6 月高等教育自学考试课程考试大纲课程名称：计算机控制系统课程代码：08241
第一部分
课程性质与目标
一、课程性质与特点
计算机控制系统是高等教育自学考试自动化专业的选考课。本课程以工匠精神、企业家精神为动力，以培养考生解决复杂工程和实际问题的综合能力为出发点，系统介绍计算机控制系统的设计技术与工程实现方法。本课程既具有较强的理论性，又具有较强的实践性、工程性、系统性和集成性，需要理论联系实际进行学习。
二、课程目标与基本
要求本课程旨在培养考生解决复杂工程和实际问题的综合能力。通过本课程的学习，使考生在理解计算机控制系统的基本工作原理并掌握计算机控制系统的基本分析、设计方法的基础上，掌握计算机控制系统的构成、接口设计、实时软件编制以及系统调试维护的基本知识和能力。本课程侧重基本概念、基本原理、基本分析方法的理解和掌握，为同学们今后在该领域进一步学习打下良好的基础。基本要求：
1.了解计算机控制系统的基本概念和基本组成；
2.掌握常规及复杂计算机控制系统的工作原理；
3.能够基于所学方法进行简单的计算机控制系统的设计。
三、与本专业其他课程的关系
本课程是自动化专业考生的专业课，是本专业的主干课程。其先修课程是自动控制原理（本）、单片机原理与接口技术，自动控制原理（本）为本课程提供了理论支撑， 单片机原理及接口技术为计算机控制系统的具体实现提供了坚实的软硬件基础。本课程的后继课程是过程控制工程、电气控制及 PLC 技术。
第二部分考核内容与考核目标
通过本章的学习，掌握计算机控制系统的基本组成和典型型式，以及工业控制计算机的特点，了解计算机控制系统的发展概况和发展趋势。
（一）计算机控制系统概述（重点）识记：1.计算机控制系统的定义
2.工业控制计算机的硬件
3.工业控制计算机的软件理解：1.计算机控制系统的组成
2.计算机控制系统的工作原理
3.计算机控制系统的实时性（二）计算机控制系统的典型形式（重点）识记：1.计算机控制系统的典型形式
2.操作指导控制系统
3.集散控制系统
4.现场总线控制系统
5.综合自动化系统
理解：1.直接数字控制系统
2.监督计算机控制系统（三）计算机控制系统的发展概况和趋势（次重点）识记：1.计算机控制系统的发展过程
2.计算机控制系统的发展趋势通过本章的学习，掌握计算机控制系统的输入输出接口技术，以及计算机控制系统的过程通道配置技术，了解计算机控制系统的硬件抗干扰技术。本章的难点内容为硬件抗干扰技术。
（一）工业控制机总线及其接口扩展技术（重点）识记：1.内部总线
2.外部总线
理解：1.I/O 端口
2.I/O 端口编址方式
3.总线端口扩展
应用：1.RS-422A 的应用
2.RS-485 的应用（二）输入输出接口与过程通道设计原理（重点）识记：1.数字量输入接口与过程通道
2.数字量输出接口与过程通道
3.脉冲量输入接口与过程通道
4.脉冲量输出接口与过程通道理解：1.模拟量输入接口与过程通道的组成
2.A/D 转换器的工作原理
3.模拟量输出接口与过程通道
4.D/A 转换器的工作原理应用：1.ADC0809 的应用
2. DAC0832 的应用
3.单极性及双极性电压输出电路
4.模拟量信号调理电路的设计
5.模拟量信号变换电路的设计
6.多路转换器的应用
7.采样保持器的应用（三）基于系统总线的计算机控制系统硬件设计（次重点）
应用：1.PCL-730 隔离型 I/O 板卡的应用
2.PCL-813B 数据采集卡的应用
3.PCL-726D/A 板卡的应用
4.PCI-1780U 计数/定时板卡的应用（四）基于外部总线的计算机控制系统硬件设计（一般）识记：1.基于 RS-485 的硬件设计
2.智能调节器
3.PLC
4.运动控制器
5.变频器
（五）硬件抗干扰技术（次重点）识记：1.串模干扰
2.共模干扰
3.光电隔离
4.长线传输干扰
理解：1.主机抗干扰技术
2.系统供电技术
3.系统接地技术
应用：1.串模干扰的抑制方法
2.共模干扰的抑制方法通过本章的学习，掌握数字控制系统技术，以及逐点比较法插补原理、电机驱动控制及位置伺服系统，了解多轴运动控制技术。本章的难点内容为逐点比较法插补原理。
（一）数字控制基础（重点）识记：1.数字控制
2.数控系统的组成
理解：1.数字控制原理
2.数字控制方式
3.数字控制分类
（二）运动轨迹插补原理（重点）识记：1.插补的概念
2.逐点比较法插补原理
3.数字积分法插补原理理解：1.逐点比较法直线插补
2.逐点比较法圆弧插补应用：1.直线插补计算的程序实现
2.圆弧插补计算的程序实现（三）进给速度与加减速控制（次重点）识记：1.进给速度的概念
2.加减速控制的概念理解：1.前加减速控制
2.后加减速控制
应用：1.软件延时法进给速度的控制
2.中断控制法进给速度的控制（四）电机驱动控制与位置伺服系统（重点）
理解：1.步进电机的工作原理
2.步进电机的控制方法
3.步进电机的工作方式应用：1.步进电机的功率驱动
2.步进电机的走步控制程序
3.步进电机的控制接口
4.直流伺服电机的驱动控制
5.交流伺服电机的驱动控制通过本章的学习，掌握数字控制器的连续化及离散化设计技术，掌握纯滞后控制技术、串级控制技术、前馈-反馈控制技术等复杂控制技术，了解解耦控制技术和模糊控制技术。本章的难点内容为复杂控制技术。
（一）控制系统的性能指标（重点）识记：控制系统的基本要求理解：1.控制系统的稳态性能指标
2.控制系统的动态性能指标应用：1.抗干扰性能
2.对控制作用的限制（二）数字控制器的连续化设计技术（重点）识记：数字控制器的连续化设计步骤理解：1.理想数字 PID 控制器的设计
2.实际数字 PID 控制器的设计应用：1.数字 PID 控制器的改进
2.数字 PID 控制器的参数整定（三）数字控制器的离散化设计技术（重点）
理解：1.数字控制器的离散化设计步骤
2.最少拍控制器的设计步骤
3.最少拍控制器的局限性应用：1.最少拍有纹波控制器的设计
2.最少拍无纹波控制器的设计（四）纯滞后控制技术（重点）识记：1.纯滞后的概念
2.振铃的概念
理解：1.施密斯预估控制原理
2.达林算法
应用：振铃现象的判断和消除（五）串级控制技术（次重点）识记：1.串级控制的结构
2.串级控制的原理
理解：数字串级控制算法应用：副回路微分先行串级控制算法（六）前馈-反馈控制技术（次重点）
理解：1.前馈-反馈控制的结构
2.前馈-反馈控制的原理应用：计算机前馈-反馈控制算法（七）解耦控制技术（次重点）识记：解耦控制原理理解：计算机解耦控制算法（八）模糊控制技术（次重点）
理解：1.模糊控制的数学基础
2.模糊控制原理
应用：模糊控制器的设计（九）其他控制技术（一般）
理解：1.神经网络控制
2.专家控制
3.分级递阶智能控制
4.学习控制
5.预测控制
6.自适应控制
7.自抗扰控制
8.非线性控制
9.鲁棒控制
现代控制技术（不作考核要求） 通过本章的学习，了解应用程序的设计方法，掌握线性化处理和标度变换方法、越限报警处理、量化误差的来源和计算、数字控制器的工程实现方法、以及软件抗干扰技术。本章的难点内容为数字滤波技术。
（一）程序设计技术（重点）识记：1.系统软件
2.应用软件
理解：1.模块化程序设计
2.结构化程序设计
应用：1.面向过程的程序设计
2.面向对象的程序设计（二）人机接口技术（次重点）识记：1.HMI 的定义
2.SCADA 的定义
3.监控组态软件的定义理解：1.HMI 的基本能力
2.SCADA 的基本特征（三）测量数据预处理技术（重点）识记：1.系统误差的定义
2.数字调零
理解：1.自动调准技术
2.线性化处理
应用：1.A/D 转换器的字长选择
2.D/A 转换器的字长选择
3.标度变换的计算
4.越限报警的处理
5.量化误差的计算
（四）数字控制器的工程实现（重点）识记：1.给定值处理
2.被控量处理
3.偏差处理
理解：1.控制量处理
2.手动/自动切换技术（五）软件抗干扰技术（重点）
理解：1.软件抗干扰技术
2.数字滤波的定义和优点应用：1.算术平均值滤波法
2.中位值滤波法
3.限幅滤波法
4.惯性滤波法
5.开关量的软件抗干扰技术
6.指令冗余技术
7.软件陷阱技术
通过本章的学习，了解工业网络的拓扑结构和数据通信的编码技术，理解集散控制系统的组成和特点，掌握现场总线的定义和体系结构，以及常见的现场总线标准，掌握综合自动化系统的实现。本章的难点内容为集成系统的体系结构。
（一）工业网络技术（重点）识记：1.工业网络的概念
2.数据通信的编码
理解：网络协议的层次结构（二）集散控制系统（重点）识记：1.DCS 的定义
2.DCS 的体系结构
3.DCS 的特点
理解：1.DCS 的分散控制级
2.DCS 的集中监控级
3.DCS 的综合管理级（三）现场总线控制系统（重点）识记：1.FCS 的定义
2.FCS 的体系结构理解：1.CAN 总线
2.LonWorks 总线
3.PROFIBUS 总线
4.HART 总线
5.FF 现场总线
（四）工业以太网测控系统（次重点）识记：1.工业以太网的概念
2.工业以太网的体系结构（五）系统集成与综合自动化系统（重点）
理解：1.系统集成的概念
2.网络系统集成框架
3.集成系统的体系结构
4.CIMS 的定义应用：1.Purdue 模型的层次
2.ERP-MES-PCS 模型的结构
3.综合自动化系统的实现（六）网络化控制系统（次重点）识记：1.NCS 的定义
2.NCS 的结构
3.网络化控制系统的性能分析（七）工业互联网与智能工厂（一般）
理解：1.无线传感器网络
2.工业互联网
3.智能工厂
通过本章的学习，掌握计算机控制系统的理论设计和工程设计，包括计算机控制系统的设计原则与步骤、计算机控制系统的工程设计与实现，掌握啤酒发酵过程的计算机控制系统的设计实例。
（一）系统设计的原则与步骤（重点）
理解：1.系统设计的原理
2.系统设计的步骤
（二）系统的工程设计与实现（重点）
理解：系统总体方案
应用：1.硬件总体方案设计
2.软件总体方案设计
3.硬件的工程设计与实现
4.软件的工程设计与实现
5.系统的调试与运行（三）设计示例-啤酒发酵过程计算机控制系统（次重点）识记：啤酒发酵工艺理解：系统的控制要求应用：综合运用所学知识掌握啤酒发酵过程计算机控制系统的总体方案以及软硬件的设计过程
第三部分
有关说明与实施要求
一、考核的能力层次表述
本大纲在考核目标中，按照“识记”“理解”“应用”三个能力层次规定其应达到的能力层次要求。各能力层次为递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上，其含义是：识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述，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，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，是较高层次的要求。
应用：在理解的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法联系学过的多个知识点分析和解决有关的理论问题和实际问题，是最高层次的要求。
二、教材
1.指定教材：《微型计算机控制技术》，于海生，清华大学出版社，2024 年第 4 版
2.参考教材：《微型计算机控制技术》，戴永，湘潭大学出版社，2014 年第 1 版
三、
自学方法指导
1．在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标，以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。
2．阅读教材时，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须深刻理解，对基本理论必须彻底弄清，对基本方法必须牢固掌握。
3．在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，这可从中加深对问题的认知、理解和记忆，以利于突出重点，并涵盖整个内容，可以不断提高自学能力。
4．完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节，在做练习之前，应认真阅读教材，按考核目标所要求的不同层次，掌握教材内容，在练习过程中对所学知识进行合理的回顾与发挥，注重理论联系实际和具体问题具体分析，解题时应注意培养逻辑性，针对问题围绕相关知识点进行层次（步骤）分明的论述或推导，明确各层次（步骤）间的逻辑关系。
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，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。
6．注意对考生能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导考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 6 学分，建议总课时 108 学时，其中助学课时分配如下：
章次章节名称学时现代控制技术合计
五、关于命题考试的若干规定
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 30%、“理解”为 40%、“应用”为 30 %。
3．试题难易程度应合理：容易、中等、难比例为 3：4：3。
4．每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占 60%，次重点占 30%，一般占10%。
5．试题类型一般分为：单项选择题、名词解释题、简答题、计算题和应用题。
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（样题）
一、单项选择题
（本大题共 15 小题，每小题 1 分，共 15 分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出并将“答题卡”上的相应字母涂黑。错涂、多涂或未涂均无分。
1．数字 PID 控制系统中，为了避免控制动作过于频繁，可以采用的算法是A．带死区的 PID 算式 B．积分分离 PID 算式 C．变速积分 PID 算式 D．遇限停止积分 PID 算式
二、名词解释题
（本大题共 5 小题，每小题 3 分，共 15 分）
16．数字滤波
三、简答题
（本大题共 5 小题，每小题 6 分，共 30 分）
21．模拟量输入接口与过程通道由哪些部分组成？
四、计算题
（本大题共 1 小题，每小题 12 分，共 12 分）
26．某温度计算机控制系统的温度范围为 0℃至 200℃，要求分辨率为 0.005，试求A/D 转换器的字长。
五、
应用题（本大题共 2 小题，每小题 14 分，共 28 分）
27．如题 27 图所示 DAC 接口电路，试回答下列问题：
（1）DAC0832 是电流型还是电压型器件？
（2）图中
OUT V 是单极性电压输出还是双极性电压输出？
（3）试求出输出
OUT V 的表达式（ OUT V 与 OUT V 及 REF V 之间的关系式）。
题 27 图
