運動控制系統(tǒng)教學大綱

1、1運動控制系統(tǒng)課程教學大綱課程編號：課程名稱：運動控制系統(tǒng)英文名稱： Movement Con trol Systems課程性質：專業(yè)課總學時：64學 分：3.5適用對象： 自動化專業(yè)先修課程：電機拖動基礎 、電力電子技術、自動控制原理一、編寫說明（一）本課程的性質、地位和作用本課程是本科自動化專業(yè)工業(yè)電氣自動化方向的專業(yè)限選課之一。通過本課程的學習，使學生掌 握直流調速系統(tǒng)、交流調速系統(tǒng)的基本理論以及系統(tǒng)分析、工程設計方法，學會將自動控制的理論和 方法應用到交、直流電動機調速系統(tǒng)中，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識、解決實際問題的能力，為成為 電氣自動化的工程人員打下良好的理論基礎。（二）教學基本要

2、求1通過本課程的學習，學生應了解以下知識：電力拖動自動控制技術的發(fā)展、應用以及在本專業(yè) 學科領域的地位和作用；電力拖動自動控制系統(tǒng)的主要結構特點以及基本性能指標；直流脈寬調速系 統(tǒng)的基本控制模式；微機數(shù)字控制系統(tǒng)的主要特點；微機數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)硬件和軟件。SPWM逆 變2 通過本課程的學習，學生應熟悉以下知識：建立閉環(huán)調速系統(tǒng)各典型環(huán)節(jié)靜態(tài)、動態(tài)數(shù)學模型 的一般方法；數(shù)字測速與濾波的實現(xiàn)方法；系統(tǒng)工程設計中的近似處理原則和方法；轉速、電流雙閉 環(huán)直流調速系統(tǒng)的工程設計思路、方法；有環(huán)流可逆閉環(huán)調速系統(tǒng)的工作原理和實現(xiàn)方案； 器的控制模式和實現(xiàn)方案；變頻調速的基本控制方式。3通過本課程

3、的學習，學生應掌握以下知識：禾U用靜態(tài)結構框圖分析系統(tǒng)穩(wěn)特性的方法；禾U用動 態(tài)結構圖分析系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)性能的方法；帶電流截止負反饋單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析、參 數(shù)設計；轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的起動過程分析、調節(jié)器的工程設計；微機數(shù)字控制系統(tǒng)中 的數(shù)字測速；異步電動機變壓變頻調速系統(tǒng)中的脈寬調制技術；繞線式異步電動機串級調速原理。（三）課程教學方法與手段以課堂講授為主，輔以習題和實驗。（四）實踐環(huán)節(jié)1實驗：不可逆單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)靜特性的研究主要內容和要求：測試帶轉速負反饋有靜差調速系統(tǒng)的靜特性，并與無轉速負反饋時的開環(huán)機械 特性進行比較。學時分配：2學時2 實驗：轉速、電流雙閉環(huán)

4、晶閘管不可逆直流調速系統(tǒng)主要內容和要求：測定開環(huán)機械特性及閉環(huán)靜特性，測定閉環(huán)控制特性。學時分配：3學時3 實驗：雙閉環(huán)三相異步電動機調壓調速系統(tǒng)主要內容和要求：測定繞線式異步電動機轉子串電阻時的人為機械特性及雙閉環(huán)交流調壓調速系 統(tǒng)的靜特性、動態(tài)特性。學時分配：3學時4. 實驗：三相異步電機 SPWh變頻調速系統(tǒng)的實驗主要內容和要求：測試不同輸出頻率、不同調制方式時的調速特性及低壓補償特性。學時分配：2學時5實驗：雙閉環(huán)三相異步電動機串級調速系統(tǒng)主要內容和要求：測定開環(huán)串級調速系統(tǒng)的機械特性，測定雙閉環(huán)串級調速系統(tǒng)的靜特性。學時分配：2學時（五）教學時數(shù)分配表教學內容各教學環(huán)節(jié)學時分配采用何

5、種多媒體 教學手段早節(jié)主要內容講 授實 驗討論習 題課 外苴丿、它小計1緒論222轉速反饋控制的直流調速 系統(tǒng)1821213轉速、電流反饋控制的直流調速系統(tǒng)831124可逆控制的直流調速系統(tǒng)6175基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調速系統(tǒng)951156繞線轉子異步電動機 雙饋調速系統(tǒng)527合計4812464（六）本課程與其它課程的聯(lián)系本課程應在電機拖動基礎、電力電子技術、自動控制理論等課程之后開設。本課程綜合 了運用了多門課程的知識，電機拖動基礎為學習本課程奠定了交、直流電機原理及應用基礎，電力電子技術為本課程提供了電力電子功率變換裝置方面的知識，自動控制理論提供了控制理論知識。（七）教材與主要參考書教

6、材：電力拖動自動控制系統(tǒng)一一運動控制系統(tǒng)（第4版）陳伯時主編機械工業(yè)出版社2009.8主要參考書：1. 電力拖動自動控制系統(tǒng) （第 2 版） 陳伯時主編 機械工業(yè)出版社 19992. 運動控制系統(tǒng) 爾桂花主編 清華大學出版社 2002（八）說明1. 實驗內容可以根據(jù)實驗設備及具體情況稍加變動。實驗至少保證12 學時。2. 本課程考核以平時成績占 30%，期末考試成績占 70%來評定。 平時考核學生出勤情況、 完成作業(yè)、 完成實驗、課堂提問等情況，期末考試采用筆試。二、教學內容綱要第 1 章 緒論一、教學基本要求 通過本章學習，要求學生 1掌握運動控制系統(tǒng)的基本概念、組成、轉矩控制規(guī)律。 2了解

7、運動控制系統(tǒng)的歷史及發(fā)展情況。3. 熟悉生產(chǎn)機械的負載轉矩特性。二、教學內容1.1 運動控制系統(tǒng)及其組成運動控制系統(tǒng)的概念及其組成1.2 運動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展運動控制系統(tǒng)的歷史及發(fā)展情況1.3 運動控制系統(tǒng)的轉矩控制規(guī)律運動控制系統(tǒng)的轉矩控制規(guī)律1.4 生產(chǎn)機械的負載轉矩特性三類負載轉矩特性第 2 章 轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)一、教學基本要求通過本章學習，要求學生1. 掌握直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源及其原理、動態(tài)數(shù)學模型， 了解 V-M 系統(tǒng)、直流 PWM調速系統(tǒng)的特點。2. 熟悉調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標，熟記其計算公式，熟練掌握直流調速系統(tǒng)的機械特性。3. 掌握反饋控制直流調速系統(tǒng)的組

8、成、工作原理、穩(wěn)態(tài)結構框圖及靜特性分析、動態(tài)數(shù)學 模型及動態(tài)分析，掌握積分、比例積分控制規(guī)律。4. 熟悉直流調速系統(tǒng)的數(shù)字控制問題。5. 掌握電流截止負反饋環(huán)節(jié)的工作原理及帶電流截止負反饋直流調速系統(tǒng)的靜特性。6. 熟悉調速系統(tǒng)的仿真過程。二、教學內容2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源1. OV-M系統(tǒng)的觸發(fā)脈沖相位控制、電流波形連續(xù)與斷續(xù)、2. V-M系統(tǒng)的原理及其機械特性，晶閘管觸發(fā)與整流裝置的數(shù)學模型O旋轉變流機組原 理及靜止可控整流器優(yōu)缺點3. PW諛換器工作原理、數(shù)學模型，直流 PW碉速系統(tǒng)的機械特性2.2 穩(wěn)態(tài)調速性能指標和直流調速系統(tǒng)的機械特性穩(wěn)態(tài)調速性能指標、直流調速系統(tǒng)的機

9、械特性2.3 轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)1. 轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)的數(shù)學模型2. 比例控制直流調速系統(tǒng)的靜特性、反饋控制規(guī)律3. 積分、比例積分控制規(guī)律4. O直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析2.4 直流調速系統(tǒng)的數(shù)字控制1. 微機數(shù)字控制的特殊問題、數(shù)字測速方法及應用場合2. O轉速檢測的數(shù)字化、數(shù)字 PI調節(jié)器2.5 反饋控制直流調速系統(tǒng)的限流保護1. 轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)的過電流問題2. 電流截止負反饋環(huán)節(jié)的工作原理及其輸入輸出特性3. 帶電流截止負反饋的直流調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、參數(shù)計算2.6 轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)的仿真O仿真模型的建立、運行及調節(jié)器參數(shù)的調整第 3 章 轉速、電流反

10、饋控制的直流調速系統(tǒng)一、教學基本要求通過本章學習，要求學生1掌握轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的組成及其靜特性、起動過程分析。2. 熟悉轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的數(shù)學模型、動態(tài)抗擾性能分析。 3熟悉調節(jié)器的工程設計方法。4熟悉轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的仿真。二、教學內容3.1 轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的組成及其靜特性1. 轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的組成2. 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構圖與參數(shù)計算、靜特性分析3.2 轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的數(shù)學模型與動態(tài)過程分析1. 系統(tǒng)起動過程分析2. 系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能分析、調節(jié)器的作用3.3 轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的設計1. 控制系

11、統(tǒng)的動態(tài)性能指標2. 調節(jié)器工程設計方法的基本思路3. O典型I型、n型系統(tǒng)參數(shù)與系統(tǒng)動態(tài)性能指標之間的關系，按工程設計法設計轉速、 電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的調節(jié)器3.4 轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的仿真O電流環(huán)的仿真，轉速環(huán)的系統(tǒng)仿真第 4 章 可逆控制的直流調速系統(tǒng) 一、教學基本要求通過本章學習，要求學生1 掌握橋式可逆 PWh變換器的工作原理，直流 PWM可逆調速系統(tǒng)轉速反向的過渡過程。2. 了解直流PWM功率變換器的能量回饋，單片微機控制的 PWM可逆直流調速系統(tǒng)的硬件、 軟件。3. 掌握 V-M 可逆直流調速系統(tǒng)線路、環(huán)流問題。二、教學內容4.1 直流 PWM 可逆調速系統(tǒng)1.

12、 橋式可逆PWM變換器電路、工作原理2. O直流PWM可逆調速系統(tǒng)轉速反向的過渡過程3. O直流PWM功率變換器的能量回饋、單片微機控制的 PWM可逆直流調速系統(tǒng)4.2 V-M 可逆直流調速系統(tǒng)1. 系統(tǒng)主電路及環(huán)流2. O配合控制的有環(huán)流可逆 V-M系統(tǒng)3. 轉速反向的過渡過程分析第 5 章 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調速系統(tǒng) 一、教學基本要求通過本章學習，要求學生1了解異步電動機的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型，熟悉異步電動機的調速方法。2 掌握異步電動機調壓調速的機械特性，轉速閉環(huán)控制的交流調壓調速系統(tǒng)組成、靜特SPWI技術。3掌握變壓變頻調速的基本原理及其機械特性，變頻器的基本結構，4. 了解轉速開環(huán)變壓

13、變頻調速系統(tǒng)結構及實現(xiàn)。5. 掌握轉差頻率控制的概念及特點，了解轉差頻率控制系統(tǒng)結構及性能分析。5.1 異步電動機的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型和調速方法1. O異步電動機的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型2. 異步電動機的調速方法及氣隙磁通5.2 異步電動機的調壓調速1. 系統(tǒng)主電路、調壓調速的機械特性2. 閉環(huán)控制的調壓調速系統(tǒng)5.3 異步電動機的變壓變頻調速1. 變壓變頻調速的基本原理、機械特性2. 基頻以下的電壓補償控制5.4 電力電子變壓變頻器1. 變頻器的結構分類，交-直-交PWM頻器主電路2. SPWM技術3. O消除指定諧波的 PWM控制技術、電流跟蹤 PWM控制技術5.5 轉速開環(huán)變壓變頻調速系統(tǒng)O系統(tǒng)結構及實現(xiàn)5.6 轉差頻率控制的變壓變頻調速系統(tǒng)1. 轉差頻率控制的基本概念及特點2. O系統(tǒng)結構及性能分析第 6 章 繞線轉子異步電動機雙饋調速系統(tǒng)一、教學基本要求通過本章學習，要求學生 1掌握異步電動機雙饋調速工作原理、串級調速系統(tǒng)的工作原理。2熟悉串級調速系統(tǒng)類型、機械特性。3. 掌握雙閉