《運動控制系統(tǒng)》課程教學(xué)大綱

1、運動控制系統(tǒng)課程教學(xué)大綱課程名稱：運動控制系統(tǒng)課程代碼：ELEA2018英文名稱：Motion Control System課程性質(zhì)：專業(yè)選修課程學(xué)分/學(xué)時：2學(xué)分/36學(xué)時(30+6)開課學(xué)期：第6學(xué)期適用專業(yè)：電氣工程及其自動化先修課程：自動控制原理、電機原理與電機拖動、電子電子技術(shù)、計算機原理及應(yīng)用、單片機原理與應(yīng)用后續(xù)課程：無一、課程性質(zhì)和教學(xué)目標（在人才培養(yǎng)中的地位與性質(zhì)及主要內(nèi)容，指明學(xué)生需掌握知識與能力及其應(yīng)達到的水平）課程性質(zhì)：運動控制系統(tǒng)是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)選修課程。本課程針對電氣工程及其自動化專業(yè)的特點，以直流電機的單閉環(huán)和雙閉環(huán)基礎(chǔ)知識為主，同時結(jié)合電力電子

2、技術(shù)、電機原理和單片機控制技術(shù)，并且以實際應(yīng)用為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生運用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)解決電氣領(lǐng)域?qū)嶋H工程問題的能力。教學(xué)目標：運動控制系統(tǒng)綜合運用電機和自動控制原理，實現(xiàn)單閉環(huán)和雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的建模與控制。本課程的主要內(nèi)容包括：單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)、數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)。通過對控制理論和控制裝置的建模分析，使學(xué)生掌握具體閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計能力，并通過MATLAB仿真實驗，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計仿真和解決實際問題的能力。本課程的具體教學(xué)目標如下：掌握直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成及原理，培養(yǎng)分析系統(tǒng)各個組成模塊的能力；掌握利用已學(xué)電機學(xué)、自控原理、電子技術(shù)、單片機技術(shù)等已學(xué)知識與技能，構(gòu)建具體的單閉環(huán)和雙

3、閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的反饋與控制環(huán)節(jié)，從分析系統(tǒng)過渡到設(shè)計系統(tǒng)；熟悉掌握MATLAB等仿真工具輔助分析與設(shè)計直流調(diào)速系統(tǒng)的技能，為將來的工程應(yīng)用做好技術(shù)上的準備，同時培養(yǎng)學(xué)生理論結(jié)合實際的工程實踐能力。教學(xué)目標與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系：畢業(yè)要求指標點課程目標對應(yīng)關(guān)系說明畢業(yè)要求1：工程知識1-1 掌握專業(yè)所需的數(shù)理知識，能用于專業(yè)問題的理解、建模、分析與求解教學(xué)目標1能恰當使用計算機軟件及仿真工具，完成電氣和自動化工程項目的模擬和仿真。教學(xué)目標2掌握利用已學(xué)電機學(xué)、自控原理、電子技術(shù)、單片機技術(shù)等已學(xué)知識與技能，構(gòu)建具體的單閉環(huán)和雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的反饋與控制環(huán)節(jié)，從分析系統(tǒng)過渡到設(shè)計系統(tǒng)。畢業(yè)要求5

4、：使用現(xiàn)代工具5-1 能恰當使用計算機軟件及仿真工具，完成電氣和自動化工程項目的模擬和仿真教學(xué)目標3熟悉掌握MATLAB等仿真工具輔助分析與設(shè)計直流調(diào)速系統(tǒng)的技能，為將來的工程應(yīng)用做好技術(shù)上的準備，同時培養(yǎng)學(xué)生理論結(jié)合實際的工程實踐能力。二、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配（含課程教學(xué)、自學(xué)、作業(yè)、討論等內(nèi)容和要求，指明重點內(nèi)容和難點內(nèi)容。重點內(nèi)容：；難點內(nèi)容：）緒論（2學(xué)時）（支撐教學(xué)目標1）運動控制系統(tǒng)概述直流調(diào)速的不同方法和性能比較本課程的教學(xué)內(nèi)容、課程特點和學(xué)習(xí)要求目標及要求：掌握運動控制系統(tǒng)的研究對象和工程應(yīng)用的背景；了解直流調(diào)速系統(tǒng)的工程應(yīng)用的地位和現(xiàn)狀；掌握三種不同的直流調(diào)速方法；了解課程

5、的主要教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法和主要參考資料。討論內(nèi)容：簡要介紹直流調(diào)速和交流調(diào)速的區(qū)別與關(guān)系。作業(yè)內(nèi)容：掌握機械特性曲線的含義和繪制方法，以此分析調(diào)節(jié)電樞電壓方法的優(yōu)勢。閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)（12學(xué)時）（支撐教學(xué)目標1、2）直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源晶閘管-電動機系統(tǒng)的主要問題直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主要問題反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和設(shè)計反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析和設(shè)計比例積分控制規(guī)律和無靜差調(diào)速系統(tǒng)目標及要求：了解技術(shù)發(fā)展過程中出現(xiàn)的三類可控直流電源；掌握V-M系統(tǒng)的組成原理和傳遞函數(shù)；掌握不同用途的PWM系統(tǒng)的組成原理和傳遞函數(shù)；掌握單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)態(tài)與動態(tài)分析方

6、法；掌握電流截止負反饋的設(shè)計與分析方法。討論內(nèi)容：根據(jù)積分控制器的原理，分析為什么PI控制器可以做到無靜差控制？作業(yè)內(nèi)容：根據(jù)課后習(xí)題，掌握穩(wěn)態(tài)分析中的定量計算問題。自學(xué)拓展：自學(xué)電壓反饋電流補償控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法（10學(xué)時）（支撐教學(xué)目標1、2、3）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動態(tài)性能分析調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器目標及要求：掌握雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的硬件組成；掌握雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立方法；了解典型系統(tǒng)的分析與近似方法；掌握電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計方法；討論內(nèi)容：雙閉環(huán)起動過

7、程的細節(jié)分析。作業(yè)內(nèi)容：用MATLAB仿真雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；利用仿真解決課后習(xí)題；自學(xué)拓展：根據(jù)自控原理，分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抗干擾性能和干擾點前環(huán)節(jié)所含有的積分項數(shù)的關(guān)系。直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制（6學(xué)時）（支撐教學(xué)目標2）微型計算機數(shù)字控制的主要特點數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件數(shù)字測速和濾波數(shù)字PI控制器目標及要求：了解數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)；熟悉程序結(jié)構(gòu)，掌握中斷服務(wù)子程序的流程圖；掌握三種數(shù)字測速方法和三種濾波方法；掌握數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的推導(dǎo)過程。討論內(nèi)容：結(jié)合單片機的中斷知識，深入學(xué)習(xí)數(shù)字測速方法。作業(yè)內(nèi)容：數(shù)字PI控制算法的編程實現(xiàn)。自學(xué)拓展：按離散控制系統(tǒng)設(shè)計數(shù)字控制器。仿真實驗：雙

8、閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB仿真（6學(xué)時）（支撐教學(xué)目標3）5.1 利用MATLAB/SIMULINK建模雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)并進行分析。目標及要求：建立數(shù)學(xué)模型，設(shè)置參數(shù)；觀察積分限幅和輸出限幅的不同作用；根據(jù)課后習(xí)題作一些分析討論；自學(xué)拓展：利用SIMULINK中的電力電子模塊對系統(tǒng)重新進行建模和分析。三、教學(xué)方法在教學(xué)方式上，根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容，綜合運用課堂講授和演示、課堂討論、課堂練習(xí)、發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法和自學(xué)指導(dǎo)法，通過引入問題和啟發(fā)式教學(xué)，使學(xué)生更加明確教學(xué)內(nèi)容的知識體系，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，激發(fā)內(nèi)在學(xué)習(xí)動機，提高課堂的積極性。在目前的實驗教學(xué)條件基礎(chǔ)上，及時采用隨堂仿真，強化所學(xué)知識的理解和運用，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。在實驗教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，思考解決方案，為后續(xù)教學(xué)內(nèi)容作鋪墊。在教學(xué)中采用講授法、演示法和實驗練習(xí)法相結(jié)合，將抽象問題具體化。在講授原理的基礎(chǔ)上，利用MATLAB仿真增強直觀性認識。四、考核及成績評定方式考核方式：閉卷筆試，實驗報告成績評定方式：筆試成績60%，