《運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)》教學(xué)大綱

《運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)》教學(xué)大綱課程編號(hào)：13220313英文名稱：MotionControlTechnology學(xué)分：3學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)56學(xué)時(shí)，其中理論40學(xué)時(shí)，實(shí)踐16學(xué)時(shí)先修課程：電機(jī)與電力拖動(dòng)基礎(chǔ)、自動(dòng)控制原理、電力電子技術(shù)、傳感器與檢測(cè)技術(shù)等課程類別：專業(yè)主干課程授課對(duì)象：自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：機(jī)械與電氣工程學(xué)院修讀學(xué)期：第5學(xué)期一、課程描述和目標(biāo)本課程是為自動(dòng)化類專業(yè)的三年級(jí)學(xué)生開設(shè)的專業(yè)必修課。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生具備對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)的基本能力，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)和自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐提供必要的理論基礎(chǔ)。學(xué)生具備對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)的綜合能力。本課程擬達(dá)到的課程目標(biāo):課程目標(biāo)1：能針對(duì)直流或者交流電機(jī)具體的對(duì)象，運(yùn)用自動(dòng)控制原理學(xué)過的拉氏變換等知識(shí)，建立VM或PWM等系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，調(diào)速范圍D和靜差率s等關(guān)鍵指標(biāo)論證和預(yù)測(cè)；課程目標(biāo)2：能夠?qū)r(shí)域分析和頻域分析等相關(guān)知識(shí)和方法，用于推演、分析交直流控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性指標(biāo)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證解決方案；課程目標(biāo)3：能夠運(yùn)用建立機(jī)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)模型，對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性分析和動(dòng)態(tài)矯正；運(yùn)用MatLab等工具進(jìn)行調(diào)節(jié)器進(jìn)行系統(tǒng)仿真和驗(yàn)證；二、課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度2.2能基于電路、控制等相關(guān)科學(xué)原理和數(shù)學(xué)模型方法正確表達(dá)自動(dòng)化相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。課程目標(biāo)1H4.1能夠基于科學(xué)原理，通過文獻(xiàn)研究或?qū)I(yè)調(diào)研等相關(guān)方法，調(diào)研和分析自動(dòng)化相關(guān)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路及解決方案。課程目標(biāo)2L5.2能夠選擇與使用恰當(dāng)?shù)膬x器、信息資源、工程工具和專業(yè)模擬軟件，對(duì)自動(dòng)化相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、計(jì)算與設(shè)計(jì)。課程目標(biāo)3H三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1．理論教學(xué)內(nèi)容序號(hào)教學(xué)內(nèi)容基本要求及重、難點(diǎn)（含德育要求）學(xué)時(shí)教學(xué)方式對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1結(jié)合案例，講授運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)方法、以及課程的教學(xué)形式、計(jì)劃、考核要求；學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的定義、應(yīng)用范圍和發(fā)展趨勢(shì)。復(fù)習(xí)直流電動(dòng)機(jī)的原理，討論他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的改變電樞電阻調(diào)速、調(diào)壓降速和弱磁升速的原理；對(duì)比這三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合?；疽螅哼\(yùn)動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域；掌握運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及其組成；掌握運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律。重點(diǎn)難點(diǎn)：掌握直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線；能根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合選擇直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式。德育要求：社會(huì)責(zé)任2集中講授12復(fù)習(xí)VM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；討論基于VM直流供電系統(tǒng)的調(diào)速原理；講述電流的連續(xù)和斷續(xù)的機(jī)械特性、抑制電流斷續(xù)的措施；討論建立VM系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。復(fù)習(xí)PWM電路工作原理，講述和討論無制動(dòng)不可逆、有制動(dòng)不可逆和可逆PWM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、調(diào)壓調(diào)速原理、電流回路分析、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、PWM調(diào)速系統(tǒng)的問題和解決方法?；疽螅赫莆誚M和PWM系統(tǒng)直流調(diào)速的公式，元器件參數(shù)選型，電路設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇和傳函建模。重點(diǎn)要求：無制動(dòng)不可逆、有制動(dòng)不可逆和可逆PWM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、調(diào)壓調(diào)速原理、電流回路分析。德育要求：社會(huì)責(zé)任8集中講授13講述和討論調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速、穩(wěn)速和加減速定性描述；在定性基礎(chǔ)上，提出調(diào)速范圍（D）和靜差率s的關(guān)系。講述和討論為什么需要轉(zhuǎn)速反饋。轉(zhuǎn)速反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和靜特性方程的推導(dǎo)、開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性對(duì)比。講述和討論為什么需要無靜差調(diào)速系統(tǒng)。講述和討論積分調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律。積分調(diào)節(jié)器和比例調(diào)節(jié)器的特性對(duì)比?；疽螅赫莆照{(diào)速系統(tǒng)的定量和定性描述；能推導(dǎo)D和s的關(guān)系式；能基于D和s進(jìn)行計(jì)算。理解設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速反饋的原因；重點(diǎn)要求：建立系統(tǒng)的各個(gè)部分傳遞函數(shù)、系統(tǒng)開環(huán)和閉環(huán)傳函的推導(dǎo)；能理解轉(zhuǎn)速閉環(huán)的基本特征。理解和分析抗干擾性能能力分析。理解設(shè)計(jì)無靜差調(diào)速系統(tǒng)的原因、掌握積分和比例調(diào)節(jié)器電路的參數(shù)設(shè)計(jì)。掌握比例和積分調(diào)機(jī)器的動(dòng)態(tài)調(diào)整過程德育要求：社會(huì)責(zé)任10集中講授14講述和討論轉(zhuǎn)速檢測(cè)的方法。講述轉(zhuǎn)速檢測(cè)的誤差、精度。講述和討論基于光柵編碼器的M法、T法和M/T法三種轉(zhuǎn)速檢測(cè)的應(yīng)用場(chǎng)合和性能對(duì)比。基本要求：理解為什么轉(zhuǎn)速檢測(cè)通常采用光柵編碼器。重點(diǎn)要求：掌握轉(zhuǎn)速檢測(cè)的性能指標(biāo)。對(duì)比M法、T法和M/T法的性能和應(yīng)用場(chǎng)景。德育要求：社會(huì)責(zé)任2集中講授25講述和討論為什么需要雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)？雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)分析。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的抗干擾性能分析。轉(zhuǎn)速、電流控制器的典型系統(tǒng)校正和調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)。基本要求：掌握轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與動(dòng)態(tài)過程分析。重點(diǎn)要求：控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)和調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法。德育要求：社會(huì)責(zé)任10集中講授2,36復(fù)習(xí)交流異步電動(dòng)機(jī)的原理。講述和討論交流異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性建模和轉(zhuǎn)速控制分析。交流調(diào)壓調(diào)速的結(jié)構(gòu)和原理、與直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的對(duì)比。交流調(diào)壓調(diào)頻（VVVF）的原理和特性曲線。德育要求：社會(huì)責(zé)任掌握交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差功率變化規(guī)律和處理方法，交流異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)模型和調(diào)速方法；重點(diǎn)要求：掌握異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速基本原理及機(jī)械特性。德育要求：社會(huì)責(zé)任4集中講授37學(xué)習(xí)基于Matlab的系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)，并進(jìn)行總復(fù)習(xí)。重點(diǎn)要求：掌握綜合項(xiàng)目分析與設(shè)計(jì)4集中講授3合計(jì)402．實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求學(xué)時(shí)類型對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1轉(zhuǎn)速開環(huán)VM調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)掌握VM系統(tǒng)調(diào)速原理，分析數(shù)據(jù)。要求：必修。4驗(yàn)證課程目標(biāo)12轉(zhuǎn)速閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)掌握轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速的建模和數(shù)據(jù)分析。要求：必修。4設(shè)計(jì)課程目標(biāo)13雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)掌握雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)建模和數(shù)據(jù)分析。要求：必修。4綜合課程目標(biāo)14正弦波脈寬調(diào)制SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)掌握調(diào)壓調(diào)頻的曲線和低壓補(bǔ)償方法。要求：必修。4驗(yàn)證課程目標(biāo)1合計(jì)16注：實(shí)驗(yàn)要求包括必修、選修；實(shí)驗(yàn)類型包括演示、驗(yàn)證、綜合、設(shè)計(jì)等。四、課程教學(xué)方法（1）理論學(xué)習(xí)以集中授課的形式為主，討論為輔；（2）綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì)以小組形式，課外分散完成集中評(píng)價(jià)。五、學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)和課程考核（一）考核方式及具體要求1.課程成績(jī)構(gòu)成與要求課程考核注重形成性和終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合，考核內(nèi)容主要由平時(shí)作業(yè)、課程實(shí)驗(yàn)、線上測(cè)試、綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì)、期末考核組成，均按百分制計(jì)分，其中期末考核成績(jī)占50%、平時(shí)作業(yè)成績(jī)占5%、課程實(shí)驗(yàn)成績(jī)占20%、隨堂測(cè)試10%、綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì)成績(jī)占15%。2.課程目標(biāo)達(dá)成考核與評(píng)價(jià)序號(hào)考核方式課程目標(biāo)1（分值）課程目標(biāo)2（分值）課程目標(biāo)3（分值）合計(jì)1平時(shí)作業(yè)50052課程實(shí)驗(yàn)01010203隨堂測(cè)試1000104綜合設(shè)計(jì)0015155期末考試15201550課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)分值303040100注：(1)考勤不加分，但曠課1次扣平時(shí)分1分，扣滿5分為止；(2)期末總成績(jī)不能低于50分；低于50分者，其總評(píng)成績(jī)?yōu)椴患案?。（二）考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)1.平時(shí)成績(jī)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)觀測(cè)點(diǎn)優(yōu)（100-90分）良（89-80分）中（79-70分）及格（69-60分）不及格（≤59分）作業(yè)按時(shí)完成，學(xué)習(xí)態(tài)度很認(rèn)真，計(jì)算正確，解答答案正確或合理，字跡工整，完成質(zhì)量高。按時(shí)完成，學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真，計(jì)算基本正確，解答答案基本正確或合理，字跡工整，完成質(zhì)量較高。按時(shí)完成，學(xué)習(xí)態(tài)度較認(rèn)真，計(jì)算有錯(cuò)誤，解答答案大部分正確或合理，字跡比較工整，完成質(zhì)量一般。延時(shí)完成，學(xué)習(xí)態(tài)度一般，計(jì)算、解答答案錯(cuò)誤較多，字跡基本工整，完成質(zhì)量尚可。延時(shí)完成，學(xué)習(xí)態(tài)度很不認(rèn)真，計(jì)算、解答答案錯(cuò)誤較多或者不答，字跡潦草，完成質(zhì)量差，或有抄襲行為。2.實(shí)驗(yàn)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測(cè)點(diǎn)90-100分80-89分70-79分60-69分0-59分實(shí)驗(yàn)態(tài)度20%能按時(shí)出勤、全程認(rèn)真聽老師講解實(shí)驗(yàn)原理、并提出問題。能按時(shí)出勤、全程認(rèn)真聽老師講解實(shí)驗(yàn)原理。遲到5分鐘以內(nèi)、基本能認(rèn)真聽老師講解。遲到5分鐘以內(nèi)、老師講解過程偶爾有玩手機(jī)等走神。遲到、早退5分鐘以上，基本都是在玩手機(jī)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)操作能力50%能根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康淖灾魍瓿蓪?shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)、正確使用相關(guān)儀器，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，并具備排查故障能力，具備探索精神。能在老師指導(dǎo)下自主完成實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)、正確使用相關(guān)儀器，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，具備一定的探究能力。完成老師講解操作、能在老師指導(dǎo)下完成相關(guān)儀器設(shè)備的操作，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｍ瓿衫蠋熤v解操作、相關(guān)儀器需要老師多次講解才能正確使用，基本實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。不能按照?shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)分析30%實(shí)驗(yàn)報(bào)告版面整潔、內(nèi)容完整，問題剖析深刻。設(shè)計(jì)報(bào)告版面較為整潔、內(nèi)容完整，問題剖析較深刻。設(shè)計(jì)報(bào)告版面整潔度、內(nèi)容完整性一般，問題剖析不夠深刻。設(shè)計(jì)報(bào)告版面基本整潔、內(nèi)容基本完整，問題剖析簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)報(bào)告版面混亂、內(nèi)容不完整，無問題剖析。2.隨堂測(cè)試與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)隨堂測(cè)試內(nèi)容主要是基礎(chǔ)概念的考察，共2次，每次按照滿分100計(jì)算。每次占總評(píng)成績(jī)5分，2次總分10分。3.綜合設(shè)計(jì)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測(cè)點(diǎn)優(yōu)（100-90分）良（89-80分）中（79-70分）及格（69-60分）不及格（≤59分）理論分析30%能熟練運(yùn)用自動(dòng)控制原理知識(shí)建立數(shù)學(xué)模型復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析。能運(yùn)用自動(dòng)控制原理知識(shí)建立數(shù)學(xué)模型復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析。能運(yùn)用自動(dòng)控制原理知識(shí)建立數(shù)學(xué)模型復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析，但是瑕疵。能運(yùn)用自動(dòng)控制原理知識(shí)建立數(shù)學(xué)模型復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析，有一些錯(cuò)誤。不能運(yùn)用自動(dòng)控制原理知識(shí)對(duì)復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析。軟件和演示40%（1）基于Matlab控制系統(tǒng)的閉環(huán)設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)速檢測(cè)誤差算法的分析和計(jì)算正確。（2）演示和計(jì)算結(jié)果一致。（1）基于Matlab控制系統(tǒng)的閉環(huán)設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)速檢測(cè)誤差算法的分析和計(jì)算正確。（2）演示和計(jì)算結(jié)果有誤差。（1）基于Matlab控制系統(tǒng)的閉環(huán)設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)速檢測(cè)誤差算法的分析和計(jì)算有瑕疵。（2）演示和計(jì)算結(jié)果差距較大。（1）控制系統(tǒng)的閉環(huán)設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)速檢測(cè)誤差算法的分析和計(jì)算基本正確。（2）演示和計(jì)算結(jié)果誤差較大。（1）分析和計(jì)算不完整。（2）沒有完整演示。答辯成績(jī)20%（1）匯報(bào)時(shí)能清楚表述系統(tǒng)原理；（2）回答問題正確。（1）匯報(bào)時(shí)能較清楚表述系統(tǒng)原理；（2）回答問題正確。（1）匯報(bào)時(shí)能表述系統(tǒng)原理；（2）大部分問題回答正確。（1）匯報(bào)時(shí)能表述部分系統(tǒng)原理；（2）能回答部分問題。（1）匯報(bào)時(shí)清楚表述不清楚；（2）回答問題基本不正確。成員系數(shù)10%（1）組長(zhǎng)（2）核心成員參與硬件、軟件設(shè)計(jì)參與資料收集，文檔整理等參與部分項(xiàng)目基本沒有參與項(xiàng)目設(shè)計(jì)4