第頁運動控制系統一、課程說明課程編號：090135Z10課程名稱：運動控制系統/MotionControlSystem課程類別：專業課學時/學分：64/4（其中實驗學時：12）先修課程：電機與電力拖動、自動控制原理、電力電子技術適用專業：自動化、測控技術與儀器、電氣工程及其自動化、智能科學與技術教材、教學參考書：1.阮毅陳伯時主編.電力拖動自動控制系統—運動控制系統（第4版）.北京：機械工業出版社.2010年；2.陳伯時主編.電力拖動自動控制系統（第三版）.北京：機械工業出版社.2004年；3.雷丹主編.運動控制系統.北京：人民郵電出版社.2013年二、課程設置的目的意義該課程是自動化、測控和電氣工程及其自動化專業的專業核心課程。作為一門專業主干課程，該課程綜合學生先修的自動控制原理、電力電子技術、電機及其拖動基礎等課程的知識，涉及直流調速系統、交流變頻調速系統的基本原理、系統結構、控制技術與工程設計等內容，具有理論聯系實際的突出特點，從系統的角度培養學生綜合應用知識進行系統分析與綜合的能力、具備提出和解決問題的能力、逐步培養學生的辯證思維和嚴謹的科學作風，具有創新思維、創新能力以及團隊合作精神，使學生逐漸具有系統觀念、工程觀念、創新觀念，具備一定的電氣及自動化技術人員的專業素養，為后續的專業職業能力培養打下扎實基礎。三、課程的基本要求知識：1．熟練掌握閉環控制直流調速系統的基本原理和特點，特別是反饋控制、補償控制和積分控制規律。2．掌握轉速、電流雙環調速系統的基本原理及多環控制作用和特點。3．掌握多環控制系統的工程設計方法。4．掌握可逆調速系統的基本原理及其動態過程的物理過程和波形分析。5．掌握直流脈寬調速系統的基本原理和控制方法。6．掌握交流電動機變壓變頻調速的基本控制方式及VVVF調速系統的基本原理和分析方法、熟悉矢量控制原理及直接轉矩控制方法。7．掌握伺服系統的工作原理與設計方法能力：培養學生閱讀分析自動控制系統原理圖和工程圖的能力、對運動控制系統的分析和調試的能力以及開發和創新能力。素質：在學習和實驗過程中，能通過多種渠道收集信息，會對收集的信息進行處理、分析和概括，具有信息收集、信息處理能力和分析概括能力；也能通過參與學習活動，學習制訂計劃和實施方案，應用已學的知識和技能去解決具體的問題，具有制訂計劃和解決問題的能力；在參與師生、生生之間的信息交流活動中，能相互合作，共同解決問題，在交流中培養責任心和責任感，具有信息交流和相互合作的能力；也能在實驗中，培養質量意識和安全意識。四、教學內容、重點難點及教學設計章節教學內容總學時學時分配教學重點教學難點教學方案設計（含教學方法、教學手段）講課(含研討)實踐第1章緒論運動控制系統及其組成，歷史與發展，轉矩控制規律220運動控制系統發展和研究內容用典型系統圖講解運動控制系統的重要意義、組成及與先修課程的關系第2章轉速反饋控制的直流調速系統直流調速系統的可控直流電源；穩態調速性能指標和機械特性；轉速反饋控制的直流調速系統及數字控制；反饋控制直流調速系統的限流保護及仿真1212直流調速系統限流保護方法，反饋控制、補償控制和積分控制規律，轉速。帶電流截止負反饋的直流調速系統穩態分析、參數計算；仿真模型的建立、運行及調節器參數的調整。教學思路：由直流調速系統性能指標與期望值的差異問題，引出轉速反饋控制、靜差率、控制規律、調節器。教學模式：課前導學、課程講授，例題展示、仿真驗證。第3章轉速、電流反饋控制的直流調速系統

轉速、電流反饋控制直流調速系統的組成及其靜特性；數學模型與動態過程分析、設計仿真88單環和雙環的性能對比，工程設計方法。雙環系統起動過程的分析，工程設計方法的近似處理及條件，轉速、電流調節器工程設計。教學思路：由單環調速系統的不足，引入雙環結構，從啟動和抗擾兩個方面分析SCR和ACR的控制作用，用對比的方法突出工程設計方法與控制理論動態校正方法異同。教學模式：課前導學、課堂講授，例題展示、仿真驗證。第4章可逆控制和弱磁控制的直流調速系統直流PWM可逆調速系統；V-M可逆直流調速系統448可逆線路及逆變狀態的應用，環流問題。制動過程中的本組逆變和反組逆變，V-M轉速反向的過渡過程。教學思路：由單向調速系統應用的局限，用對比方法突出PWM和V-M兩種可逆調速系統在結構、性能上的差異。教學模式：課前導學、課堂講授，例題展示、實驗驗證。第5章基于穩態模型的異步電動機調速系統異步電動機的穩態數學模型和調速方法；調壓調速、變壓變頻調速；電力電子變壓變頻器；轉速開環變壓變頻調速系統；轉速閉環轉差頻率控制的變壓變頻調速系統1010異步電動機穩態模型、調速方法轉差頻率電壓空間矢量PWM控制技術（磁鏈跟蹤控制技術）。教學思路：用現在和發展講解交流調速取代直流調速的意義，由異步電動機的穩態數學模型引入調速方法和變壓變頻器，對比兩種典型結構應用。教學模式：課前導學、課堂講授，例題展示、實驗驗證。第6章基于動態模型的異步電動機調速系統異步電動機動態數學模型的性質；三相數學模型；坐標變換；在正交坐標系上的動態數學模型；在正交坐標系上的狀態方程；按轉子磁鏈定向的矢量控制系統；按定子磁鏈控制的直接轉矩控制系統104異步電動機三相數學模型、坐標變換、矢量控制和直接轉矩控制方法電機模型的解耦，矢量控制和直接轉矩控制過程實現。教學思路：由異步電動機動態模型引入轉矩和磁鏈的控制規律，電機模型解耦方法迥異導致矢量控制和直接轉矩控制異同。教學模式：課前導學、課堂講授，例題展示。第9章伺服系統伺服系統的特征、組成、數學模型以及伺服系統的設計。66伺服數學模型以及伺服系統的設計。多環的工程設。對比典型控制系統，引出伺服系統的特征、組成、數學模型，設計方法。教學模式：課前導學、課堂講授，例題展示。合計645212注：實踐包括實驗、上機等五、實踐教學內容和基本要求實驗名稱實驗內容學時基本要求邏輯無環流可逆調速系統綜合實驗邏輯無環流可逆系統的調試方法、步驟、系統的靜動態特性、調節器參數對動態品質的影響。8要求學生利用所學知識來分析，研究調試某一實際的自動控制系統（轉速電流雙閉環直流調速系統或直流可逆調速系統）。通過綜合性實驗，培養學生對自動控制系統及其各環節的計算和調試能力，提高實驗技能，培養學生分析問題和解決問題的能力。根據教師提出的實驗系統的技術要求及內容，擬定實驗步驟、確定實驗方法、提出所用儀器儀表。掌握控制系統及各環節的調試方法及參數整定的方法，并對系統的靜、動態特性進行研究。三相異步電動機開環變頻調速實驗SPWM變頻調速SVPWM變頻調速4掌握正弦波脈寬調制變頻調速的基本原理和實現方法。了解正弦波脈寬調制的載波、參考波、調制波及線電壓的特點。掌握空間矢量變頻調速的基本原理。了解空間矢量調制的載波、參考波、調制波及線電壓的特點。六、考核方式及成績評定考核方式為筆試和實踐考察。筆試主要依據期末考試成績，實踐主要考察：課堂考勤、上