2022年运动控制系统教学大纲 .pdf

1 运动控制系统课程教学大纲课程编号：课程名称：运动控制系统英文名称：Movement Control Systems 课程性质：专业课总 学 时：64 学分：3.5 适用对象：自动化专业先修课程：电机拖动基础、电力电子技术、自动控制原理一、编写说明（一）本课程的性质、地位和作用本课程是本科自动化专业工业电气自动化方向的专业限选课之一。通过本课程的学习，使学生掌握直流调速系统、交流调速系统的基本理论以及系统分析、工程设计方法，学会将自动控制的理论和方法应用到交、直流电动机调速系统中，培养学生综合运用所学知识、解决实际问题的能力，为成为电气自动化的工程人员打下良好的理论基础。（二）教学基本要求1通过本课程的学习，学生应了解以下知识：电力拖动自动控制技术的发展、应用以及在本专业学科领域的地位和作用；电力拖动自动控制系统的主要结构特点以及基本性能指标；直流脉宽调速系统的基本控制模式；微机数字控制系统的主要特点；微机数字控制双闭环直流调速系统硬件和软件。2通过本课程的学习，学生应熟悉以下知识：建立闭环调速系统各典型环节静态、动态数学模型的一般方法；数字测速与滤波的实现方法；系统工程设计中的近似处理原则和方法；转速、电流双闭环直流调速系统的工程设计思路、方法；有环流可逆闭环调速系统的工作原理和实现方案；SPWM 逆变器的控制模式和实现方案；变频调速的基本控制方式。3通过本课程的学习，学生应掌握以下知识：利用静态结构框图分析系统稳特性的方法；利用动态结构图分析系统稳定性和动态性能的方法；带电流截止负反馈单闭环直流调速系统的稳态分析、参数设计；转速、电流双闭环直流调速系统的起动过程分析、调节器的工程设计；微机数字控制系统中的数字测速；异步电动机变压变频调速系统中的脉宽调制技术；绕线式异步电动机串级调速原理。（三）课程教学方法与手段以课堂讲授为主，辅以习题和实验。（四）实践环节1实验：不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究主要内容和要求：测试带转速负反馈有静差调速系统的静特性，并与无转速负反馈时的开环机械特性进行比较。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 7 页 -2 学时分配：2学时2实验：转速、电流双闭环晶闸管不可逆直流调速系统主要内容和要求：测定开环机械特性及闭环静特性，测定闭环控制特性。学时分配：3学时3实验：双闭环三相异步电动机调压调速系统主要内容和要求：测定绕线式异步电动机转子串电阻时的人为机械特性及双闭环交流调压调速系统的静特性、动态特性。学时分配：3学时4实验：三相异步电机SPWM 变频调速系统的实验主要内容和要求：测试不同输出频率、不同调制方式时的调速特性及低压补偿特性。学时分配：2学时5实验：双闭环三相异步电动机串级调速系统主要内容和要求：测定开环串级调速系统的机械特性，测定双闭环串级调速系统的静特性。学时分配：2学时（五）教学时数分配表教学内容各教学环节学时分配采用何种多媒体教学手段章节主要内容讲授实验讨论习题课外其它小计1 绪论2 2 2 转速反馈控制的直流调速系统18 2 1 21 3 转速、电流反馈控制的直流调速系统8 3 1 12 4 可逆控制的直流调速系统6 1 7 5 基于稳态模型的异步电动机调速系统9 5 1 15 6 绕线转子异步电动机双馈调速系统5 2 7 合计48 12 4 64（六）本课程与其它课程的联系本课程应在电机拖动基础、电力电子技术、自动控制理论等课程之后开设。本课程综合了运用了多门课程的知识，电机拖动基础为学习本课程奠定了交、直流电机原理及应用基础，电力电子技术为本课程提供了电力电子功率变换装置方面的知识，自动控制理论提供了控制理论知识。（七）教材与主要参考书教材：电力拖动自动控制系统运动控制系统（第 4 版）陈伯时主编机械工业出版社 2009.8 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 7 页 -3 主要参考书：1.电力拖动自动控制系统（第 2 版）陈伯时主编机械工业出版社 1999 2.运动控制系统尔桂花主编清华大学出版社 2002（八）说明1.实验内容可以根据实验设备及具体情况稍加变动。实验至少保证12 学时。2.本课程考核以平时成绩占30%，期末考试成绩占70%来评定。平时考核学生出勤情况、完成作业、完成实验、课堂提问等情况，期末考试采用笔试。二、教学内容纲要第 1 章绪论一、教学基本要求通过本章学习，要求学生1掌握运动控制系统的基本概念、组成、转矩控制规律。2了解运动控制系统的历史及发展情况。3.熟悉生产机械的负载转矩特性。二、教学内容1.1 运动控制系统及其组成运动控制系统的概念及其组成1.2 运动控制系统的历史与发展运动控制系统的历史及发展情况1.3 运动控制系统的转矩控制规律运动控制系统的转矩控制规律1.4 生产机械的负载转矩特性三类负载转矩特性第 2 章转速反馈控制的直流调速系统一、教学基本要求通过本章学习，要求学生1.掌握直流调速系统用的可控直流电源及其原理、动态数学模型，了解 V-M系统、直流 PWM调速系统的特点。2.熟悉调速系统的稳态性能指标，熟记其计算公式，熟练掌握直流调速系统的机械特性。3.掌握反馈控制直流调速系统的组成、工作原理、稳态结构框图及静特性分析、动态数学模型及动态分析，掌握积分、比例积分控制规律。4.熟悉直流调速系统的数字控制问题。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 7 页 -4 5.掌握电流截止负反馈环节的工作原理及带电流截止负反馈直流调速系统的静特性。6.熟悉调速系统的仿真过程。二、教学内容2.1 直流调速系统用的可控直流电源1.V-M系统的触发脉冲相位控制、电流波形连续与断续、2.V-M 系统的原理及其机械特性，晶闸管触发与整流装置的数学模型旋转变流机组原理及静止可控整流器优缺点3.PWM 变换器工作原理、数学模型，直流PWM 调速系统的机械特性2.2 稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性稳态调速性能指标、直流调速系统的机械特性2.3 转速反馈控制的直流调速系统1.转速反馈控制直流调速系统的数学模型2.比例控制直流调速系统的静特性、反馈控制规律3.积分、比例积分控制规律4.直流调速系统的稳态误差分析2.4 直流调速系统的数字控制1.微机数字控制的特殊问题、数字测速方法及应用场合2.转速检测的数字化、数字PI 调节器2.5 反馈控制直流调速系统的限流保护1.转速反馈控制直流调速系统的过电流问题2.电流截止负反馈环节的工作原理及其输入输出特性3.带电流截止负反馈的直流调速系统稳态分析、参数计算2.6 转速反馈控制直流调速系统的仿真仿真模型的建立、运行及调节器参数的调整第 3 章转速、电流反馈控制的直流调速系统一、教学基本要求通过本章学习，要求学生1掌握转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性、起动过程分析。2.熟悉转速、电流反馈控制直流调速系统的数学模型、动态抗扰性能分析。3熟悉调节器的工程设计方法。4熟悉转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真。二、教学内容3.1 转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 7 页 -5 1.转速、电流反馈控制直流调速系统的组成2.系统稳态结构图与参数计算、静特性分析3.2 转速、电流反馈控制直流调速系统的数学模型与动态过程分析1.系统起动过程分析2.系统动态抗扰性能分析、调节器的作用3.3 转速、电流反馈控制直流调速系统的设计1.控制系统的动态性能指标2.调节器工程设计方法的基本思路3.典型型、型系统参数与系统动态性能指标之间的关系，按工程设计法设计转速、电流反馈控制直流调速系统的调节器3.4 转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真电流环的仿真，转速环的系统仿真第 4 章可逆控制的直流调速系统一、教学基本要求通过本章学习，要求学生1掌握桥式可逆PWM 变换器的工作原理，直流PWM 可逆调速系统转速反向的过渡过程。2了解直流PWM 功率变换器的能量回馈，单片微机控制的PWM 可逆直流调速系统的硬件、软件。3.掌握 V-M可逆直流调速系统线路、环流问题。二、教学内容4.1 直流 PWM 可逆调速系统1.桥式可逆PWM 变换器电路、工作原理2.直流 PWM 可逆调速系统转速反向的过渡过程3.直流 PWM 功率变换器的能量回馈、单片微机控制的PWM 可逆直流调速系统4.2 V-M 可逆直流调速系统1.系统主电路及环流2.配合控制的有环流可逆V-M系统3.转速反向的过渡过程分析第 5 章基于稳态模型的异步电动机调速系统一、教学基本要求通过本章学习，要求学生1了解异步电动机的稳态数学模型，熟悉异步电动机的调速方法。2掌握异步电动机调压调速的机械特性，转速闭环控制的交流调压调速系统组成、静特名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 7 页 -6 性3掌握变压变频调速的基本原理及其机械特性，变频器的基本结构，SPWM 技术。4.了解转速开环变压变频调速系统结构及实现。5.掌握转差频率控制的概念及特点，了解转差频率控制系统结构及性能分析。5.1 异步电动机的稳态数学模型和调速方法1.异步电动机的稳态数学模型2.异步电动机的调速方法及气隙磁通5.2 异步电动机的调压调速1.系统主电路、调压调速的机械特性2.闭环控制的调压调速系统5.3 异步电动机的变压变频调速1.变压变频调速的基本原理、机械特性2.基频以下的电压补偿控制5.4 电力电子变压变频器1.变频器的结构分类，交-直-交 PWM 变频器主电路2.SPWM 技术3.消除指定谐波的PWM 控制技术、电流跟踪PWM 控制技术5.5 转速开环变压变频调速系统系统结构及实现5.6 转差频率控制的变压变频调速系统1.转差频率控制的基本概念及特点2.系统结构及性能分析第 6 章绕线转子异步电动机双馈调速系统一、教学基本要求通过本章学习，要求学生1掌握异步电动机双馈调速工作原理、串级调速系统的工作原理。2熟悉串级调速系统类型、机械特性。3.掌握双闭环串级调速系统结构、原理。二、教学内容6.1 绕线转子异步电动机双馈调速工作原理1.转子附加电动势的作用2.双馈调速的五种工况6.2 绕线转子异步电动机串级调速系统名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 7 页 -7 1.串级调速系统的工作原理2.串级调速系统的类型6.3 串级调速的机械特性1.串级调速机械特性的特征、2.转子整流电路、机械特性方程式6.4 双闭环控制的串级调速系统系统结构、原理大纲制订人：*大纲审定人：*制订日期：2014 年 10 月名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 7 页 -