05410100电力拖动自动控制系统.docx

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1、电力拖动自动控制系统(E1ectricDrivesandMotionContro1System)课程编号：05410100学分：3.0学时：48（其中：讲课学时：42实验学时：6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：电气工程及其自动化教材：阮毅，杨影，陈伯时.电力拖动自动控制系统：运动控制系统（第5版）.北京:机械工业出版社,2016年开课学院：电气信息工程学院一、课程性质与课程目标（一）课程性质电力拖动自动控制系统是电气工程及其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的电气自动化专业人员的必修课程，它建立在电机学、模拟电子技术、电力电

2、子技术和自动控制原理等先修课程的基础上。通过本课程的学习，使学生掌握电力拖动自动控制系统的基本原理、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，为学生毕业后从事电气自动化相关工作打下理论和实践基础。本课程既培养学生分析问题、解决问题的能力，又能够使学生具备一定的实践能力。能够根据不同的被控对象，提出合理、可行的控制方案，并对调节器参数进行整定。本课程重视理论与实践的结合，通过实验、参观实习及后续的电力传动自动控制系统综合课程设计来提高学生分析问题、解决问题的能力。（二）课程目标电力拖动自动控制系统课程主要介绍交、直流电机控制系统的结构、组成、工作原理和动、静态性能及调节器的工程

3、设计方法等。简单介绍调速系统的基本知识。重点介绍直流电机的单闭环调速系统、双闭环调速系统、交流电机的矢量控制和直接转矩控制等。课程目标包括知识目标和能力目标，具体如下：课程目标1：掌握构成电力拖动自动控制装置的基本原理，包括掌握直流电机的调速原理、调速系统的稳态性能指标、开环调速系统的调速特性及其存在的问题、单闭环调速系统、电流截止负反馈及其存在的问题、双闭环调速系统的调速特性及动态性能设计、基于稳态模型的异步电动机调速系统和基于动态模型的异步电动机调速系统等。掌握单闭环调速系统的调速特性及其存在的问题、双闭环调速系统调节器的工程设计方法。掌握异步电动机的稳态数学模型与调速方法、异步电机的变压

4、变频调速特性、电力电子变压变频器。掌握异步电动机的动态数学模型、坐标变换、矢量控制和直接转矩控制等。课程目标2：了解同步电动机及其调速控制的初步知识。了解与电力拖动相关的技术标准、产业政策和行业规范。能针对个人或职业发展的需求，自主深入学习电力电子变压变频器、同步电机及现代交流调速技术等相关内容，适应今后发展需要。课程目标3：能够针对直流电机、异步电机、永磁同步电机等不同类型的交直流电机调速控制和电力电子变换器等配置合理、可行的自动控制方案。具有对自动控制方案进行分析、判断和评价的能力。课程目标4：能够进行双闭环调速系统的电流环和转速环调节器的参数整定，并进行动、静态性能核算，能建立MAr1A

5、B仿真模型并调试。课程目标5：能够根据调节器的工程设计方案构建实验系统，进行实验验证并进行分析。（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中的毕业要求指标点1-5、2-2、4-3和12-3。1 .毕业要求指标点1-5掌握电力传动系统、电力系统等方向的专业知识，能够用于解决复杂电气工程问题的分析、建模和求解。2 .毕业要求指标点2-2具备对分解后的复杂电气工程问题进行表达和建模的能力。3 .毕业要求指标点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。4.毕业要求指标点12-2具有自主学习和终身学习的意识,有不断学习和适应发展的能力。呈目标毕业

6、要求霜粽点课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4课程目标5毕业要求1-5毕业要求2-2/毕业要求4-3毕业要求12-2二、课程内容及教学要求第1章绪论（一）教学内容1 .运动控制系统及其组成；2 .运动控制系统的历史与发展；3 .运动控制系统的转矩控制规律；4 .生产机械的负载转矩特性；5 .课程学习的要求。（二）教学要求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 .T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。（三）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3 2章转速

7、开环控制的直流调速系统（一）教学内容1 .晶闸管-电动机系统；2 .PWM变换器-电动机系统；3 .稳态调速性能指标；4 .开环系统存在的问题。（二）教学要求1 .掌握V-M系统的基本结构；2 .掌握PWM变换器-电动机系统的工作原理与调试特性；3 .掌握稳态调速性能指标与开环系统存在的问题。（三）重点与难点1.重点1 ）PWM变换器-电动机系统的机械特性；2）稳态调速性能指标。2 .难点PWM变换器-电动机系统的四象限运行原理。第3章转速闭环控制的直流调速系统（一）教学内容1 .直流调速的几种方法；2 .直流调速系统用的可控直流电源；3 .稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性；4 .转速

8、反馈的直流调速系统；5 .转速反馈控制直流调速系统的限流保护。（二）教学要求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4章转速、电流反馈控制的直流调速系统（一）教学内容1 .转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性；2 .转速、电流反馈控制直流调速系统数学模型与动态过程

9、分析；3 .调节器的工程设计；4 .转速、电流反馈控制直流调速系统的设计。（二）教学要求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。（）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系统。2 .难点用工程设计方法设计双闭环系统。第6章基于稳态模型的异步电动机调速系统（一）教学内

10、容1 .交流调速的基本类型和交流变压调速系统；2 .变压变频调速的基本控制方式；3 .电力电子变压变频器；4 .转速开环变压变频调速系统；5 .转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统。（二）教学要求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；

11、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1 .重点1）基频以下恒压频比，恒颐/初控制，恒耳/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速系统。2.难点1）基频以下恒压频比，恒Eg/劭控制，恒区/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

12、（SVPWM）控制技术。第7章基于动态模型的异步电动机调速系统（一）教学内容1 .异步电动机动态数学模型及的性质；2 .坐标变换；3 .异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型；4 .异步电动机在正交坐标系上的状态方程；5 .异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统。（二）教学要求1 .掌握异步电动机动态数学模型的性质、坐标变换、动态数学模型；2 .了解异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统。（三）重点与难点1.重点1）异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型；2）基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统。2.难点基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统。三、1院课程开设的实验项目编号实验项目名称学

13、时类型要求支撑的课程目标1双闭环可逆直流PWM（H）桥调速系统实验2综合性必做课程目标52正弦脉宽调制（SPWM）变频调速系统实验2综合性必做课程目标53采用FOC的感应电机变频调速系统的研究2综合性必做课程目标5实验1双闭环可逆直流PWM调速系统实验1 .实验目的及要求1）熟悉双闭环可逆直流PWM调速系统原理、组成及各主要单元部件的原理；2）熟悉双闭环可逆直流PWM调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。2 .实验主要内容D各控制单元调试；3 ）测定开环机械特性及高、低速时完整的系统闭环静态特性=（d）;4 ）闭环控制特性=AUg）的测定。5 .重难点1）改变ASR、ACR参数，观测动态波形变

14、化；2）通主电路电之前给电容充电，结束实验给电容放电。实验2采用SPWM的开环VVVF调速系统实验1.实验目的1）加深理解自然采样法生成SPWM波的机理和过程；2）熟悉SPWM变频调速系统中直流回路、逆变桥功率器件和微机控制电路之间的连接；3）了解SPWM变频器的运行参数和特性。2.实验主要内容1）用示波器观察、研究SPWM调制波的生成机理；2）用SPWM变频器驱动三相异步电动机，在不同的调制方式下，观察变频器调制波形、不同负载时的电机端部线电压、线电流波形；3）改变UV曲线，观察变频器在不同低频补偿条件下的低速运行情况；4）改变变频调速系统的加速时间，观察系统的加速过程。3.重难点1）SPW

15、M变频器的调制方式有同步调制、异步调制和混合调制，这些调制方式适合什么频率范围？2）控制电源和功率电源的开关顺序。实验3采用FOC的感应电机变频调速系统的研究1.实验目的1）深入理解异步电动机的矢量控制策略；2）了解基于DSP实现异步电动机矢量控制变频调速系统的构成；3）基于DSP开发应用技术，掌握异步电动机矢量控制系统的分析、设计、调试方法。2.实验主要内容1）测取系统的稳态机械特性=M,观察定子磁通轨迹；2）观测并记录启动时电机定子电流和电机速度波形A=与n=f（t）;3）观测并记录突加突减负载时的电机定子电流和电机速度波形ZT与行演；4）研究速度调节器参数（即,3改变对系统稳态和动态性能的影响；5）研究电流调节器参数（期,左）改变对系统稳态和动态性