05410137运动控制技术.docx

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1、运动控制技术(Contro1Techno1ogyforE1ectricDrives)课程编号：05410137学分：3.0学时：48（其中：课题教学学时：40实验学时：8上机学时：0）先修课程：电机学、电力电子技术、模拟电子技术、自动控制原理等适用专业：自动化教材：电力拖动自动控制系统：运动控制系统（第5版），阮毅，陈伯时等.北京：机械工业出版社.2010年开课学院：电气信息工程学院一、课程目标运动控制技术是自动化专业的一门专业特色课程，同时也是培养一名高素质自动化专业人员的必修课程。本课程的教学目标，是使学生在学习先修课程电机学、模拟电子技术、电力电子技术和自动控制原理等课程的基础上，进一步

2、掌握直流拖动自动控制系统的基本概念、基本结构和基本控制规律及自动控制系统中调节器的工程设计方法，掌握以交流电动机为控制对象的交流拖动系统的结构、控制规律和调速方法。在要求学生掌握基本理论知识的同时，增加了目前运动控制系统中广泛应用的最新实用技术，让学生了解本课程目前的技术水平和发展前景。课程以控制规律为主线，按照从直流到交流、从开环到闭环，从调速到伺服循序渐进的原则展开。本课程既有完整的理论体系，又有很强的实践性，在教学过程中开设了单独的实验课，并将计算机仿真与辅助设计融入运动控制系统的性能分析与设计中，目的在于培养学生掌握电力拖动自动控制系统的设计、校正和综合设计方法，掌握运用理论知识和计算

3、机仿真、实验等方法来分析、解决实际问题的能力，培养学生理论和实际结合的动手能力，为今后从事自动化有关的专业工作打下基础。课程的具体目标如下：（一）知识方面电力拖动自动控制系统课程在自动控制理论的基础上，以电机控制系统为对象，以研究系统的控制规律为主线，讲述交、直流电机控制系统的结构、组成、工作原理和动、静态性能。学习电力拖动自动控制系统的设计方法，并介绍典型系统和应用实例。在学完本课程之后，学生能够：1.1 了解自动控制理论如何应用在具体的电机控制中；1.2 理解交、直流调速系统的基本控制方法，掌握控制系统的结构设计及基本调节器参数设计；1.3 掌握电力拖动自动控制系统的电气设计原理和调试方法

4、；1.4 掌握交、直流电机控制系统的组成和调试方法，系统参数的测量和整定方法;（二）能力与素质方面2.1 能够写出任一个直流拖动自动控制系统的传递函数，并且能够按照具体性能指标要求，应用工程设计方法对它进行设计和校正；2.2 能够设计一个双闭环直流调速系统，并且通过实验能够验证双闭环系统的快速起动过程和无静差调速性能；2.3 能够掌握变频变压调速系统基本理论及其应用；2.4 能够熟练掌握多种PWM控制技术的基本理论及其应用；2.5 能够根据调速指标要求解决基本工程问题；2.6 逐步培养学生的逻辑思维能力、判断和归纳能力；2.7 加深理解电力电子技术、电机与拖动、计算机控制技术、计算机仿真技术在

5、电力拖动中的应用范围和发展动向；2.8 能针对个人或职业发展的需求，自主深入学习交、直流调速的相关内容，适应发展需要。二、课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支持的毕业要求指标点如下：2.9 求指标点1-5.掌握运动控制、过程控制等方向的专业知识，能够用于解决复杂自动化工程问题的分析、建模和求解。2.10 指标点4-3.能够基于实验方案构建实验系统，安全的开展实验，提取有效实验参数或数据。2.11 指标点12-3.能针对个人或职业发展的需求，采用合适的方法，自主学习，适应发展。求指标点课程目指标点1-5指标点4-3指标点12-3课程目标1.1课程目标1.2课程目标1.3课程目标1.4课

6、程目标2.1课程目标2.2课程目标2.3课程目标2.4N课程目标2.5课程目标2.6课程目标2.7课程目标2.8三、课程的内容及要求第一章绪论2.12 课程目标：1.1了解自动控制理论如何应用在具体的电机控制中;（一）教学内容与教学方法1 .运动控制系统及其组成；（讲授+案例）2 .运动控制系统的历史与发展；（讲授）3 .运动控制系统的转矩控制规律；（讲授+讨论）4 .生产机械的负载转矩特性；（讲授+案例）5 .课程学习的要求。（讲授）（二）知识、能力与素质等方面的基本要求1 .了解本课程的性质、研究对象与基本任务。2 .了解运动控制系统的历史与发展。3 .了解运动控制系统的转矩控制规律。4

7、.了解生产机械的负载转矩特性。5 .熟悉运动控制系统及其组成。（）重点与难点1 .重点运动控制系统及其组成2 .难点生产机械的负载转矩特性第二章转速负反馈控制的直流调速系统本章支持课程目标：1.2理解直流调速系统的使用基本方法，掌握控制系统的结构设计及基本调节器参数设计；1.4掌握交、直流电机控制系统的组成和调试方法，系统参数的测量和整定方法；2.1能够写出任一个直流拖动自动控制系统的传递函数，并且能够应用工程设计方法对它进行设计和校正。（一）教学内容与教学方法1 .直流调速的几种方法；（讲授）2 .直流调速系统用的可控直流电源；（讲授+对比）3 .稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性；（

8、讲授）4 .转速反馈的直流调速系统；（讲授+讨论）5 .转速反馈控制直流调速系统的限流保护。（讲授+讨论）（二）知识、能力与素质等方面的基本要求1 .掌握V-M直流调速的工作原理；2 .熟悉单闭环直流调速系统的性能指标、熟练掌握反馈控制的基本规律；3 .能够按系统性能指标的要求对单闭环系统进行稳态分析和设计及动态分析和设计。（三）重点与难点1 .重点反馈控制闭环调速系统的稳态分析和设计；反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计；静差调速系统的积分、比例积分控制规律。2 .难点反馈控制闭环调速系统的稳态分析。第三章转速、电流反馈控制的直流调速系统3 章支持课程目标：1.3掌握电力拖动自动控制系统的电

9、气设计原理和调试方法；1.4掌握交、直流电机控制系统的组成和调试方法，系统参数的测量和整定方法;2.1能够写出任一个直流拖动自动控制系统的传递函数，并且能够应用工程设计方法对它进行设计和校正；2.2能够设计一个双闭环直流调速系统，并且通过实验能够验证双闭环系统的快速起动过程和无静差调速性能；2.5能够根据调速指标要求解决基本工程问题。2.6逐步培养学生的逻辑思维能力、判断和归纳能力；2.8能针对个人或职业发展的需求，自主深入学习交、直流调速的相关内容，适应发展需要。（一）教学内容与教学方法1 .转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性；（讲授）2 .转速、电流反馈控制直流调速系统数学模型

10、与动态过程分析；（讲授+讨论+实验）3 .调节器的工程设计；（讲授+案例+讨论）4 .转速、电流反馈控制直流调速系统的设计。（讲授+自学+探究）（二）知识、能力与素质等方面的基本要求1 .掌握转速、电流双闭环调速系统的组成、稳态结构框图及其静特性；2 .阐述双闭环系统的动态数学模型，并就起动和抗扰两个方面分析转速调节器ASR、电流调节器ACR的作用；3 .了解典型系统的性能指标与参数之间的关系；4 .熟练地掌握调节器的工程设计方法，能用工程设计方法设计符合性能指标要求的双闭环调速系统。（三）重点与难点1 .重点转速、电流双闭环调速系统构成及其静特性、调节器的工程设计方法、工程设计方法设计双闭环

11、系统。2 .难点用工程设计方法设计双闭环系统。第4章可逆控制直流调速系统本章支持课程目标：1.2理解直流调速系统的使用基本方法，掌握控制系统的结构设计及基本调节器参数设计；2.5能够根据调速指标要求解决基本工程问题。2.7加深理解电力电子技术、电机与拖动、计算机控制技术在电力拖动中的应用范围和发展动向。（一）教学内容与教学方法1晶闸管-电动机系统的可逆线路；（讲授）2 .晶闸管-电动机系统的回馈制动；（讲授+讨论）3 .两组晶闸管可逆线路中的环流；（讲授）4 .有环流可逆调速系统；（讲授+）5 .无环流可逆调速系统。（讲授+自学+实验）（二）知识、能力与素质等方面的基本要求1 .掌握可逆线路的

12、基本结构；2 .掌握V-M系统反并联可逆线路4象限运行的各种工作状态；3 .掌握可逆系统中环流的种类、抑制环流的方法。（三）重点与难点1.重点1）晶闸管-电动机系统的回馈制动；2）环流的概念、环流形成的原因、抑制环流的方法。2.难点抑制环流的方法。第5章基于稳态模型的异步电动机调速系统本章支持课程目标：1.3掌握电力拖动自动控制系统的电气设计原理和调试方法；1.4掌握交、直流电机控制系统的组成和调试方法，系统参数的测量和整定方法;2.3能够掌握变频变压调速系统基本理论及其应用。2.4能够熟练掌握几种PWM控制技术及其应用。2.7加深理解电力电子技术、电机与拖动、计算机控制技术在电力拖动中的应用

13、范围和发展动向。（一）教学内容与教学方法1 .交流调速的基本类型和交流变压调速系统；（讲授）2 .变压变频调速的基本控制方式；（讲授+自学）3 .电力电子变压变频器；（讲授+讨论+实验）4 .转速开环变压变频调速系统；（讲授+探究）5 .转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统。（讲授+讨论）（二）知识、能力与素质等方面的基本要求1 .了解直流电机的不足及交流拖动控制系统的应用领域。；2 .掌握交流调速系统的基本类型；3 .了解变压调速电路及改变电压时的机械特性及其静特性；4 .掌握基频以下三种电压-频率协调控制时的机械特性的特点并进行比较5 .了解变频调速的基本原理，变频器的基本结构、应用和参

14、数设置；6 .掌握脉宽调制PWM技术的基本原理及实现方法，正弦波脉宽调制技术（SPWM）,电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术；7 .掌握转差频率控制的基本概念和控制规律，转差频率控制的变压变频调速系统的实现，转差频率控制的变压变频调速系统的优点与不足之处；8 .理解转差频率控制系统的基本概念。（三）重点与难点9 .重点1）基频以下恒压频比，恒纥/控制，恒茂/外控制三种控制方式的特点及优缺点比较；2）电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术，空间矢量的定义，电压与磁链空间矢量的关系，六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场，电压空间矢量的线性组合与SVPWM控制；3）转差频率控制的变压变频调

15、速系统。10 难点1）基频以下恒压频比，恒纥/外控制，恒用/控制三种控制方式；2）正弦波脉宽调制技术（SPWM）,电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术。第6章基于动态模型的异步电动机调速系统本章支持课程目标：2.3能够掌握变频变压调速系统基本理论及其应用。2.6逐步培养学生的逻辑思维能力、判断和归纳能力。2.7加深理解电力电子技术、电机与拖动、计算机控制技术在电力拖动中的应用范围和发展动向；2.8能针对个人或职业发展的需求，自主深入学习交、直流调速的相关内容，适应发展需要。（一）教学内容与教学方法1 .异步电动机动态数学模型及的性质；（讲授+探究）2 .坐标变换；（讲授）3 .异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型；（讲授）4 .异步电动机在正交坐标系上的状态方程；（讲授）5 .异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统。（讲授+讨论+自学）（二）知识、能力与素质等方面的基本要求1 .