《機電傳動與控制》教學大綱課程代碼：092122課程名稱：機電傳動與控制英文名稱：ElectromechanicalTransmissionandControl課程學時（周數）：40學時開設時間：第七學期課程學分：2.5適用專業：機械設計制造及其自動化一、本課程的性質、目的及任務1.課程性質：工業生產、航空航天、交通運輸、醫療器械等眾多領域中都應用了機電傳動控制系統。機電傳動控制系統包括電力傳動控制裝置和機械設備，兩者是一個不可分割的整體。通過電力傳動控制裝置可以實現機械設備的自動化控制，提高生產效率和質量。只有兩者相互協調配合，才能發揮最大的效能，實現機械設備的高效、穩定、精確運行。《機電傳動控制》是一門具有重要工程價值的核心課程，該課程是一門交叉性、應用性極強的課程，具有機電結合、電為機用的特點。例如，電力傳動控制裝置包括電機、電力電子器件、傳感器、控制器等，它們與機械設備緊密結合，共同實現機械設備的運動控制和調節。其中，電機、電力電子器件、控制電路在《電路理論》、《電子電工學》等課程中都有涉及；傳感器在《傳感器與測試技術》等課程中都有涉及；控制器在《單片機》、《PLC》、《數控技術》等課程中都有涉及；機電傳動控制系統在《機械工程控制基礎》課程中有涉及。因此，該課程是為培養實踐能力強、創新能力強、能夠運用綜合知識去解決現在和未來要面對的問題的機電一體化復合型人才的一門重要專業課程，在教學中有著重要地位。本課程總學分為2.5分，總學時為40學時，理論學時為34學時，實踐學時為6學時。安排在《電工技術》、《電子技術》、《機械工程測試技術基礎》、《PLC》等課程后進行。2.教學目標與任務：通過理論學習和實踐操作，使學生掌握機械傳動和控制系統的基本原理和方法，具備應用機械傳動和控制系統解決實際問題的能力。同時，融入思政元素，教育學生具有崇高的道德品質和創新創業精神，培養學生綜合素質和實踐能力，為國家和社會的現代化建設作出貢獻。為支撐畢業要求中的相應指標點，課程目標及能力要求具體如下：目標1：能基于基本原理和數學模型解釋直流電動機、交流電動機、典型控制電機、繼電接觸控制元件的工作原理，分析其特性和在機械領域的典型應用；能夠根據機械系統的控制需求完成典型機電傳動系統控制器的設計。目標2：能基于機械裝備設計的需求，通過計算輔助完成機電傳動系統相關設計。同時注重強調技術創新與社會效益；目標3：能有效運用機電傳動系統常用的儀器和輔助設計軟件，在實驗過程中驗證交、直流電動機的特性及典型控制邏輯，并完成控制系統的設計和實現。培養學生的創新精神和團隊合作意識，同時強調弘揚民族精神和文化傳承。畢業要求指標點與課程目標的對應關系課程目標畢業要求指標點課程目標11課程目標28課程目標393.教學要求：以課堂教學為主，學生自學和討論為輔，教學必須完成大綱所規定的內容。對教學內容的安排順序、重點難點，教師可根據自己的教學經驗、科研成果和學生的實際情況作適當的安排調整。本課程考核方式可以開卷或閉卷考試，成績為100分制。二、學時分配本課程學分為2.5學分，總學時40學時，其中理論課34學時，實驗6學時。表1《機電傳動與控制》學時分配表內容學時分配講授實驗總學時第一章緒論26（見表2）40第二章直流電機4第三章交流電動機6第四章控制電機6第五章控制電器與繼電器-接觸器控制系統8第六章直流電動機調速系統2第七章交流電動機調速系統2第八章步進電動機控制系統2第九章總結與復習2合計24三、課程內容第一章概論（2學時）【教學目標及要求】掌握機電傳動的基本概念以及學科發展史掌握典型控制系統的數學分析方法【教學重點難點】重點介紹典型的機電控制系統及工作原理難點建立“控制”的概念【考核要求】1.控制的任務，被控制對象、輸入量、輸出量、擾動量的概念2.開環控制系統、閉環控制系統及反饋的概念3.控制系統的組成、分類、基本環節及對控制系統的基本要求。4.幾種基本控制方式及特點【教學基本內容】1.機電傳動的目的和任務；2.機電傳動及其控制系統的發展概況3.課程的性質和任務4.學好本課程的方法第二章：直流電機（4學時）【教與學要求】本單元要求學生能歸納和論證直流電動機固有機械特性，并能比擬其人為機械特性；能比照和區分直流電動機的啟動、調速和制動方法及特點、應用；學會根據他勵直流電動機的銘牌技術數據，確定電動機啟動等運行特性。【教學內容】2-1直流電機的基本結構和工作原理。2-2直流電動機的機械特性。2-3直流他勵電動機的啟動特性。2-4直流他勵電動機的調速特性。2-5直流他勵電動機的制動特性。【教學重點難點】重點：直流電動機的機械特性、直流電機的啟動、調速和制動的各種方法及其優缺點和應用場合。難點：不同形式下的電動機的制動過程；第三章：交流電動機（6學時）【教與學要求】本單元要求學生能復述三相異步電動機結構及電磁電路工作原理；能解釋三相異步電動機的額定參數；能歸納和論證交流電動機固有機械特性，并能比擬其人為機械特性；能比照和區分三相異步電動機的啟動、調速和制動方法及特點、應用；能完成其主回路和基本控制電路的初步設計。【教學內容】3-1三相異步電動機的結構和工作原理。3-2異步電動機的額定參數。3-3三相異步電動機的轉矩與機械特性。3-4三相異步電動機的啟動特性。3-5三相異步電動機的調速方法與特性。3-6三相異步電動機的制動特性。3-7單相異步電動機。【教學重點難點】重點1：異步電動機的機械特性，它是基于異步電動機的工作原理而推導出來的；特別是異步電動機的人為機械特性，因為它是分析異步電動機啟動、調速、制動工作狀態的依據；重點2：對異步電動機銘牌數據、額定值的含義要非常熟悉；重點3：異步電動機直接啟動和Y-△降壓啟動的條件和優缺點，線繞式異步電動機轉子串電阻的啟動、調速和制動，以及各種啟動方法的應用場合；重點4：異步電動機變頻調速和變極對數調速的特性與優缺點。難點1：定子旋轉磁場與轉子運動的相對性。難點2：電動機的制動過程。第四章控制電機（6學時）【教與學要求】本單元要求學生能陳述機電傳動控制系統中一些常用控制電機基本結構；能掌握步進電動機的工作原理，學會計算并解釋影響步距角的參數。能說明直流伺服電動機和交流伺服電動機的基本結構組成、運行特性和特點。【教學內容】4-1伺服電動機交流伺服電動機和直流伺服電動機4-2步進電動機4-3直線電動機【教學重點難點】重點：步進電機的工作原理及應用。難點：交流伺服電動機“自轉”現象及消除該現象的原理。第五章控制電器與繼電器-接觸器控制系統（8學時）【教與學要求】本單元要求學生能陳述常用控制電器、保護電器、執行電器等低壓電器元件的結構、原理、圖形符號及使用場合、工作狀態等；掌握繼電器-接觸器控制電路中的基本控制環節和常用的幾種自動控制方法；能完成對較復雜的繼電器-接觸器控制電路的分析與初步設計；能分析與初步設計典型繼電器-接觸器控制電路的保護電路；能分析控制電路的可行性措施及理論依據等。【教學內容】5-1常用控制電器5-2生產機械電氣設備的基本控制線路5-3生產機械的繼電器-接觸器控制線路5-4繼電器-接觸器控制線路的設計方法【教學重點難點】重點1掌握電磁式繼電器與接觸器的區別；重點2掌握三相異步電動機啟動的控制電路及保護裝置。重點3掌握互鎖與連鎖的控制方法；重點4掌握按行程和時間控制的控制方法。難點1時間繼電器的圖形符號；難點2連鎖控制的方法與技巧；難點3控制電路的設計。第六章直流電動機調速系統（2學時）【教與學要求】本單元要求學生能解釋直流調速系統的組成，特別是晶閘管、IGBT等常用的電力電子器件的結構、工作原理、基本特性以及其在直流調速系統中的功能。要求學生畫出不同形式的可控整流電路的原理及波形。能描述逆變器與PWM（脈寬調制）含義及應用。要求學生能描述單閉環有靜差調速系統和無靜差調速系統的組成以及調速原理。【教學內容】6-1電力半導體器件6-2可控整流電路6-3逆變與脈寬調制6-4單閉環直流調速系統【教學重點難點】重點：晶閘管的工作原理及功效，可控整流電路的原理及波形難點：靜差的概念，系統調速的原理第七章交流電動機調速系統（2學時）【教與學要求】要求學生能夠全面描述三相異步電動機的調速方法，交流調壓的原理以及各種方式的優缺點比較。要求學生能夠畫出單向交流調壓的電路原理圖以及波形圖。能夠描述出三相交流調壓的不同形式，分析出不同形式下電壓波形圖。能夠描述出交流電動機調壓調速閉環控制系統的組成和原理。能夠描述交流變頻調速的基本原理和分類，以及不同變頻調速系統的工作原理及適用場景。學會在不同的工作場合下使用不同控制方式的交流電動機變頻調速系統。【教學內容】7.1晶閘管交流調壓調速系統7.2交流電動機變頻調速系統7.3其他交流調速系統【教學重點難點】重點：掌握三相異步電動機調速方法有哪些？以及不同方法的調速原理難點：學會合理應用這些不同的調速方法。第八章步進電動機控制系統【教與學要求】學生能夠描述步進電動機環形分配器的基本原理及其硬、軟件的實現方法；能夠描述兩種不同類型步進電動機的驅動電路及其優缺點。【教學內容】9-1步進電動機驅動器9-2步進電動機的傳動與控制9-3步進電動機的應用【教學重點難點】重點：步進電機閉環控制工作原理難點：環形分配器單片機編程實現脈沖分配第九章總結與復習全面梳理知識點，分析重點問題，解決難點問題。四、實驗安排表2《機電傳動與控制》實驗課程學時分配表實踐教學名稱學時內容及要求每組人數1電子元件認識0.5通過電氣識圖訓練，掌握一般電氣元器件的識別。培養學生識圖的能力。鞏固學習過的電氣元器件的結構、用途、工作原理、符號表示。約45人2三相異步電動機直接起動控制0.5搭建簡單電路，手動合上電源開關QF，三相電源從U、V、W引入，經過斷路器QF至U1、V1、W1點，經過熔斷器FU1，加在鼠籠式異步電動機的三相繞組上，使電動機M運轉。手動斷開斷路器QS，電動機M斷電停轉。約45人3三相異步電動機接觸器點動啟動控制線路0.5搭建電路，學會用按鈕、接觸器實現按下按鈕電動機就得電運轉，松開按鈕電動機就失電停轉。約45人4三相異步電動機接觸器自鎖啟動控制線路0.5搭建電路，學會當啟動按鈕松開后，接觸器通動自身的輔助常開觸頭使其線圈保持得電的線路實現自鎖控制約45人5Y—△起動自動控制線路2搭建電路，學會用啟動按鈕、交流接觸器、時間繼電器等實現Y—△起動自動控制。約45人6三相異步電動機串電阻自動啟動控制線路2搭建電路，采用時間繼電器來自動完成短接電阻的要求，實現自動控制。完成電動機從降壓啟動到全壓運行。約45人合計6五、考核評價方式成績為百分制，滿分100分。主要包含以下二個部分：（1）平時考核：出勤率（20分）；（2）期末考核：期末考試成績（60分）；（3）實驗考核：實驗成績（20分）