《自動(dòng)控制系統(tǒng)》課程教學(xué)大綱

PAGEPAGE5《自動(dòng)控制系統(tǒng)》課程教學(xué)大綱（2009級）課程編號(hào)：06110700適用專業(yè)：自動(dòng)化專業(yè)學(xué)時(shí)數(shù)：48學(xué)分?jǐn)?shù)：3執(zhí)筆者：鄭征、喬美英、陶慧編寫日期：2009.7.10課程的性質(zhì)和目的自動(dòng)控制系統(tǒng)是電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)課。該課程是一門與生產(chǎn)緊密相關(guān)的專業(yè)課程，本課程所介紹的理論和方法廣泛適用于各種控制系統(tǒng)，尤其在計(jì)算機(jī)得到普及的今日，本課程的作用和地位更顯重要。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本理論和方法，能為機(jī)械設(shè)備選擇配套電氣傳動(dòng)系統(tǒng)及其自動(dòng)化控制裝置，并能提供符合負(fù)載特性要求的合理調(diào)速方案。教學(xué)內(nèi)容本課程主要講解控制系統(tǒng)的基本規(guī)律，包括直流閉環(huán)系統(tǒng)，直流多環(huán)系統(tǒng)，直流可逆系統(tǒng)，調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)，交流異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，交流異步電機(jī)其它調(diào)速方法。直流多環(huán)系統(tǒng)，直流可逆系統(tǒng)，以及異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制是本課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。直流單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（5學(xué)時(shí)）了解學(xué)科的性質(zhì)與課程的任務(wù)，課程的特點(diǎn)；自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況；直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)的比較；交流調(diào)速系統(tǒng)的復(fù)雜性，主要的應(yīng)用領(lǐng)域與研究方向；交直流調(diào)速系統(tǒng)的分類及系統(tǒng)構(gòu)成等等。了解晶閘管供電電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)，掌握單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本性質(zhì)以及積分調(diào)節(jié)器的特性。掌握晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）的特點(diǎn)；重點(diǎn)掌握反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)和穩(wěn)定性分析；理解利用比例積分控制規(guī)律實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無靜差調(diào)速。多環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)（3.5學(xué)時(shí)）了解單環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)存在的問題；掌握轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理及動(dòng)態(tài)特性與靜特性，重點(diǎn)理解雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速與電流環(huán)兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用。熟悉直流電機(jī)雙域控制系統(tǒng)。能熟練計(jì)算系統(tǒng)中靜態(tài)參數(shù)、會(huì)分析系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程。直流可逆調(diào)速系統(tǒng)（6.5學(xué)時(shí)）了解幾種V-M系統(tǒng)的可逆線路和工作狀態(tài)；掌握有環(huán)流可逆系統(tǒng)中的環(huán)流及其控制方法；理解電樞可逆有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法；磁場可逆系統(tǒng)的基本工作原理。理解邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的基本控制原理、控制環(huán)節(jié)及其實(shí)現(xiàn)方法。直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)（3學(xué)時(shí)）了解直流調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的原則。理解幾種典型系統(tǒng)的頻率特性及時(shí)域與頻域性能指標(biāo)的區(qū)別與聯(lián)系。明確典型I型與典型Ⅱ型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系。熟悉掌握按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器的方法。數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)（2學(xué)時(shí)）了解數(shù)字控制調(diào)速的基本特點(diǎn)，理解數(shù)字觸發(fā)器的基本工作原理、了解微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，數(shù)字直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的基本工作原理,掌握數(shù)字調(diào)節(jié)器軟件實(shí)現(xiàn)的方法。第六章異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)（3學(xué)時(shí)）了解交流調(diào)速的基本類型，了解轉(zhuǎn)速開環(huán)、恒壓頻比系統(tǒng)組成及基本要求，掌握變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成及工作原理。掌握異步電動(dòng)機(jī)電壓、頻率協(xié)調(diào)控制的穩(wěn)態(tài)機(jī)械特性，理解轉(zhuǎn)速開環(huán)、恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，了解轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)。第七章交流異步電動(dòng)機(jī)的其他調(diào)速方法（7.5學(xué)時(shí)）理解交流調(diào)壓調(diào)速及繞線型斬波調(diào)速方式，了解繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)次同步電動(dòng)狀態(tài)下串級調(diào)速系統(tǒng)，了解異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速的幾種工作方式。第八章交流異步電動(dòng)機(jī)矢量控制（3學(xué)時(shí)）理解空間矢量基本概念異步電動(dòng)機(jī)按磁通定向的矢量控制原理，了解坐標(biāo)變換原理異步電動(dòng)機(jī)按磁通定向的矢量控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)（13.5學(xué)時(shí)）安排實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)，掌握雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器調(diào)試方法，掌握閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)性能測試方法、雙閉環(huán)系統(tǒng)靜特性測試及系統(tǒng)仿真等。課程設(shè)計(jì)5學(xué)時(shí)，圍繞直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)選題設(shè)計(jì)，掌握工程設(shè)計(jì)方法、參數(shù)計(jì)算與器件選型、線路搭建與試驗(yàn)測試、得到工程設(shè)計(jì)的基本訓(xùn)練。課程學(xué)習(xí)論文報(bào)告0.5學(xué)時(shí)，通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握學(xué)術(shù)論文的類型、選題、論文材料的搜集與處理，達(dá)到撰寫學(xué)術(shù)論文的目的。實(shí)驗(yàn)部分(8學(xué)時(shí))基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)：直流電機(jī)機(jī)械特性測試單結(jié)晶體管觸發(fā)電路與單相半控橋式整流電路的研究三相集成觸發(fā)電路及三相全控橋式整流電路的研究SPWM工作原理仿真演示綜合性實(shí)驗(yàn)：小功率直流穩(wěn)壓調(diào)速系統(tǒng)的研究雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試及機(jī)械特性研究單相交流調(diào)壓電路和恒溫控制系統(tǒng)的研究直流雙閉環(huán)啟動(dòng)過程仿真實(shí)驗(yàn)研究單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真演示雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真演示恒壓頻比變頻調(diào)速系統(tǒng)仿真演示矢量控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：直流數(shù)字雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說明：基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)中選做4學(xué)時(shí)，綜合性實(shí)驗(yàn)中選做4學(xué)時(shí)，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)與部分仿真實(shí)驗(yàn)學(xué)生課外根據(jù)興趣選做，不占實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。課程設(shè)計(jì)部分（5學(xué)時(shí)）通過課程設(shè)計(jì)使學(xué)生鞏固本課程所學(xué)的控制系統(tǒng)基本原理，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所知識(shí)和技能去分析和解決工程技術(shù)問題的能力，建立正確的設(shè)計(jì)思想。課程設(shè)計(jì)的具體任務(wù)為根據(jù)具體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，完成以下幾大部分內(nèi)容的設(shè)計(jì)任務(wù)。（一）系統(tǒng)各環(huán)節(jié)選型1、主回路方案確定。2、控制回路選擇：給定器、調(diào)節(jié)放大器、觸發(fā)器、穩(wěn)壓電源、電流截止環(huán)節(jié)，調(diào)節(jié)器鎖零電路、電流、電壓檢測環(huán)節(jié)、同步變壓器接線方式（須對以上環(huán)節(jié)畫出線路圖，說明其原理）。（二）主要電氣設(shè)備的計(jì)算和選擇1、整流變壓器計(jì)算：變壓器原副方電壓、電流、容量以及聯(lián)接組別選擇。2、晶閘管整流元件：電壓定額、電流定額計(jì)算及定額選擇。3、系統(tǒng)各主要保護(hù)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)：快速熔斷器計(jì)算選擇、阻容保護(hù)計(jì)算選擇計(jì)算。4、平波電抗器選擇計(jì)算。（三）系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算1、電流調(diào)節(jié)器ACR中計(jì)算。2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中計(jì)算。3、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算。（四）畫出雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電氣原理圖。使用A1或A2圖紙，并畫出動(dòng)態(tài)框圖和波德圖（在設(shè)計(jì)說明書中）。課程學(xué)習(xí)論文報(bào)告（0.5學(xué)時(shí)）學(xué)術(shù)論文的類型、學(xué)術(shù)論文的選題、學(xué)術(shù)論文的查找及材料的整理、學(xué)術(shù)論文的撰寫。課程的基本要求由于該課程具有系統(tǒng)性強(qiáng)，圖表多等特點(diǎn)，本課程制作有網(wǎng)絡(luò)多媒體課件，提高課堂利用率，同時(shí)對難點(diǎn)之處，用多媒體講解時(shí)不能完全表達(dá)教師之意時(shí)，采用黑板上講解。另外在講解直流雙閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)，為提高學(xué)生的思維、分析能力，課前給學(xué)生提出預(yù)習(xí)討論題目，讓學(xué)生上臺(tái)講解，同時(shí)給論出文題目，教學(xué)生學(xué)習(xí)如何撰寫專業(yè)論文。每章后給出適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)，加深其對基本概念的理解，提高其分析計(jì)算的能力。作業(yè)：第一章習(xí)題共4題第二章習(xí)題共4題第三章習(xí)題共3題第四章習(xí)題共3題第五章習(xí)題共2題第六章習(xí)題共5題第七章習(xí)題共3題考核方式：課程結(jié)束后，閉卷或開卷考試。注重對學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)分析實(shí)際問題能力的考核，尤其考核學(xué)生綜合分析問題的能力。論文寫作、科技活動(dòng)和實(shí)驗(yàn)均計(jì)入考試成績。其比例為筆試70％，實(shí)驗(yàn)10％，平時(shí)表現(xiàn)10％，論文10％，另外還有10分的科技活動(dòng)獎(jiǎng)勵(lì)分。本課程于其它課程的聯(lián)系與分工本課程的先修課程是“自動(dòng)控制理論”、“電子技術(shù)基礎(chǔ)”、“電力電子技術(shù)”、“電機(jī)與電力拖動(dòng)”等課程。所以它是一門系統(tǒng)性、綜合性很強(qiáng)的課程。建議教材與教學(xué)參考書陳伯時(shí)，《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》，機(jī)械工業(yè)出版社，2008（美）Kuo，B.C.，（美）Golnaraghi，F(xiàn).著，高等教育出版社，2004劉松，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，清華大學(xué)出版社，2006杜慶楠，自動(dòng)控制原理，中國電力出版社，2009HYPERLINK"/book/search_pub.php?category=01&key2=%D5%C5%CC%C