《电力传动控制系统》教学大纲上海开放大学.docx
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《电力传动控制系统》教学大纲上海开放大学
《电力传动控制系统》教学大纲-上海开放大学
上海开放大学本科,专科起点,机械电子工程专业
《电力传动控制系统》课程教学大纲
（2013年5月30日审定）
第一部分课程的性质、目的与任务一、课程的性质、目的与任务
本课程是专业必修课，课程学分4，课程学时数72。
课程主要阐述了自动控制理论、电力电子技术、电机与拖动基础的基础知识，讲授了
电力传动自动控制系统工作原理和设计方法。
通过本课程的学习，使学生掌握电机拖动的基本方法、电力电子功率变换器及控制方
法、电力传动自动控制系统的分析和设计方法，为今后从事与机电工程及其自动化有关的
专业工作打下基础。
二、先修后续课程
先修课程:
自动控制原理、传感器与测试基础
后续课程:
机电一体化系统设计
第二部分教学内容与要求绪论（4学时）
一、教学要求
1、了解电力传动自动控制系统的组成。
2、了解电力传动系统的历史与发展。
3、掌握电力传动自动控制系统的控制规律。
4、掌握生产机械的三种典型负载转矩特性。
5、掌握电力拖动系统稳定运行的条件。
6、理解调速系统静态指标。
7、理解多轴电力拖动系统的化简。
二、内容要点
1、电力传动自动控制系统组成及控制规律。
2、电力传动系统稳定运行的充分必要条件。
3、生产机械的三种典型负载转矩特性。
4、调速系统的静态指标。
5、多轴电力系统化简-负载力矩折算和转动惯量折算。
三、教学重点和难点
重点:
1、电力传动自动控制系统的控制规律。
2、三种典型负载转矩特性。
3、调速系统静态指标。
4、电力传动系统稳定运行的充分必要条件。
难点:
电力传动系统稳定运行的充分必要条件。
第一篇电机与拖动基础
第一章直流电机拖动基础（4学时）一、教学要求
1、理解直流电机的工作原理。
2、理解直流电动机的基本方程和特性。
3、掌握他励直流电动机的机械特性。
4、掌握他励直流电动机的运行特性。
二、内容要点
1、直流电机的基本工作原理。
2、直流电动机的电压方程、励磁方程、转矩方程和功率方程。
3、直流电动机的转速特性和转矩特性。
4、他励直流电动机机械特性表达式和固有机械特性。
5、他励直流电动机的三种人为机械特性。
、他励直流电动机的电动运行和起、制动特性。
6
7、他励直流电动机的四象限运行。
三、教学重点和难点
重点:
1、直流电动机的转速特性和转矩特性。
2、直流电动机的基本方程。
3、他励直流电动机的固有机械特性和人为机械特性。
4、他励直流电动机的起动和制动特性。
难点:
1、直流电动机的转速特性和转矩特性方程的应用。
2、他励直流电动机的反接制动和反馈制动。
第二章异步电机拖动基础（6学时）一、教学要求
1、理解交流电机的旋转磁场概念。
2、理解异步电机的工作原理。
3、掌握异步电动机的功率与转矩方程。
4、掌握异步电动机的机械特性。
5、掌握异步电动机的的运行特性。
二、内容要点
1、交流电机的旋转磁场。
2、三相异步电机的结构和工作原理。
3、异步电动机的电磁功率与电磁转矩。
4、三相异步电动机固有机械特性的主要特点。
5、三相异步电动机的人为机械特性。
6、三相异步电动机的电动运行和起、制动特性。
7、三相异步电动机的四象限运行。
三、教学重点和难点
重点:
1、交流电机的旋转磁场。
2、转差率和异步电机的运行方式。
3、异步电动机的电磁功率与电磁转矩。
4、异步电动机定子和转子合成旋转磁动势。
5、三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性。
6、三相异步电动机的起动和制动特性。
难点:
1、交流电机的旋转磁场。
2、异步电动机定子和转子合成旋转磁动势。
3、异步电动机的反接制动和反馈制动。
第三章同步电机拖动基础（2学时）
一、教学要求
1、理解同步电机工作原理。
2、理解同步电动机的运行。
二、内容要点
1、同步电机工作原理。
2、同步电机的转速与定子频率的关系。
3、同步电机的功角特性和矩角特性。
4、同步电机的稳定运行。
5、同步电机的起动。
三、教学重点和难点
重点:
1、同步电机的转速与定子频率的关系。
2、同步电机的功角特性和矩角特性。
3、同步电机的稳定运行条件。
4、同步电机的起动方法。
难点:
1、同步电机的功角特性和矩角特性。
2、同步电机的稳定运行条件。
第二篇电力电子技术
第一章电力电子器件（2学时）
一、教学要求
1、掌握不可控器件电力二极管的基本特性。
2、掌握半控型器件晶闸管的基本特性。
3、了解典型全控型器件。
二、内容要点
1、电力电子器件的控制特征:
不可控、半控、全控型。
2、电力二极管的基本特性:
正向导通，反向阻断。
3、晶闸管门极控制与伏安特性。
4、全控型器件转移特性与输出特性。
三、教学重点和难点
重点:
1、电力电子器件的控制特征。
2、电力二极管的基本特性。
3、晶闸管门极控制与伏安特性。
第二章整流电路（4学时）
一、教学要求
1、掌握单相半波可控整流电路的工作特性。
2、掌握单相桥式全控整流电路的工作特性。
3、掌握电容滤波单相不可控整流电路的工作特性。
4、理解三相半波可控整流电路工作原理和特性。
5、理解三相桥式全控整流电路工作原理和特性。
6、理解三相电容滤波不可控整流电路的工作特性。
7、了解整流电路的有源逆变。
8、了解逆变产生的条件和逆变失败的原因。
9、了解整流电路的谐波和功率因数。
二、内容要点
1、典型单相及三相整流电路的结构和工作原理。
2、整流电路中负载对输出电压、电流的影响。
3、整流电路的触发角、导通角和移相范围。
4、整流电路的有源逆变。
5、有源逆变产生的条件和逆变失败的原因。
6、整流电路的谐波和功率因数。
三、教学重点和难点
重点:
1、典型单相及三相整流电路的结构和工作原理。
2、整流电路中负载对输出电压的影响。
3、整流电路的触发角、导通角和移相范围。
4、有源逆变产生的条件和逆变失败的原因。
难点:
1、整流电路中负载对输出电压的影响。
2、整流电路的触发角和移相范围。
3、有源逆变产生的条件。
第三章逆变电路及PWM控制技术（4学时）一、教学要求
1、掌握单相电压型逆变电路工作原理和特性。
2、掌握三相电压型逆变电路工作原理和特性。
3、理解交直交变频器的工作原理。
4、理解SPWM的基本原理。
5、理解三相桥式全控整流电路SPWM原理。
6、理解SPWM控制方法。
二、内容要点
1、单相电压型逆变电路基本原理及换流方式。
2、三相全桥电压型逆变电路工作原理。
、交直交变频器结构。
3
4、面积等效及SPWM原理。
5、单极性及双极性控制方式。
6、三相桥式全控整流电路SPWM原理。
7、SPWM控制方法:
调制方法与采样方法。
三、教学重点和难点
重点:
1、单相电压型逆变电路基本原理及换流方式。
2、三相全桥电压型逆变电路工作原理。
3、交直交变频器结构。
4、面积等效及SPWM原理。
5、单极性及双极性调制方式。
6、SPWM控制方法。
难点:
1、单相和三相电压型逆变电路的换流过程。
2、单极性及双极性调制方式。
第四章直流斩波电路（2学时）
一、教学要求
1、掌握降压斩波电路工作原理和特性。
2、掌握升压斩波电路工作原理和特性。
3、理解电流可逆与桥式斩波电路的工作原理。
二、内容要点
1、降压斩波电路工作原理与输出特征。
2、升压斩波电路工作原理与输出特征。
3、电流可逆与桥式斩波电路的工作方式。
三、教学重点和难点
重点:
1、降压斩波电路工作原理与输出特征。
2、升压斩波电路工作原理与输出特征。
难点:
升压斩波电路工作原理。
第三篇电力传动自动控制系统
第一章开环控制的直流调速系统（4学时）一、教学要求
1、掌握他励直流电动机的调速方法。
2、掌握晶闸管整流器-电动机系统构成和机械特性。
3、理解晶闸管整流装置的传递函数。
、了解解晶闸管可逆整流装置。
4
5、理解直流PWM变换器-电动机系统工作原理。
6、理解直流调速系统的开环机械特性。
二、内容要点
1、他励直流电动机的三种调速方法。
2、他励直流电动机三种调速方法下的机械特性。
3、恒转矩调速和恒功率调速。
4、晶闸管整流器-电动机系统构成和机械特性。
5、晶闸管整流装置的传递函数。
6、不可逆直流PWM变换器-电动机系统工作原理。
7、可逆直流PWM变换器-电动机系统工作原理。
8、桥式PWM变换器-电动机系统工作原理。
9、直流PWM调速系统机械特性。
三、教学重点和难点
重点:
1、他励直流电动机的三种调速方法及机械特性。
2、恒转矩调速和恒功率调速。
3、晶闸管整流器-电动机系统构成和机械特性。
4、晶闸管整流装置的传递函数。
5、三种直流PWM变换器-电动机系统工作原理。
6、直流PWM调速系统机械特性。
难点:
1、晶闸管整流装置的传递函数。
2、桥式PWM变换器-电动机系统工作原理。
第二章转速反馈控制的直流调速系统（4学时）一、教学要求
1、理解反馈控制的概念。
2、掌握比例控制转速负反馈直流调速系统工作原理。
3、掌握比例控制闭环调速系统的静特性。
4、理解直流调速系统动态数学模型。
5、理解比例控制闭环直流调速系统的稳定性。
6、掌握无静差调速系统的控制规律。
二、内容要点
1、转速反馈控制直流调速系统结构。
2、闭环调速系统的静特性。
3、反馈控制规律。
4、静特性与机械特性的本质区别。
5、直流调速系统动态数学模型:
二阶系统。
、转速反馈比例控制直流调速系统的动态结构:
三阶线性系统。
6
7、比例控制闭环直流调速系统的动态稳定条件。
8、积分调节器和比例积分调节器的控制作用。
9、转速反馈控制直流调速系统的稳态误差分析。
三、教学重点和难点
重点:
1、转速反馈控制直流调速系统结构。
2、反馈控制规律。
3、静特性与机械特性的本质区别。
4、积分调节器和比例积分调节器的控制作用。
5、比例控制闭环直流调速系统的动态稳定条件。
难点:
1、静特性与机械特性的本质区别。
2、比例积分调节器的控制作用。
3、比例控制闭环直流调速系统的动态稳定条件。
第三章转速、电流反馈控制的直流调速系统（8学时）一、教学要求
1、掌握转速、电流反馈控制直流调速系统的稳态分析。
2、掌握转速、电流反馈控制直流调速系统的动态分析。
3、理解电流、转速调节器设计方法。
4、理解可逆直流调速系统。
5、理解弱磁调压配合控制。
二、内容要点
1、转速、电流反馈控制直流调速系统稳态结构图。
2、转速、电流调节器的作用。
3、稳态工作点分析、反馈系数和限幅值计算。
4、双闭环直流调速系统起动过程三个阶段。
5、调节器抗负载扰动和电压扰动的能力。
6、跟随性能指标和抗扰性能指标。
7、设计转速、电流反馈控制直流调速系统的原则是先内环后外环。
8、电流、转速调节器的结构设计。
9、电流、转速调节器的参数计算。
10、直流PWM可逆调速系统的实现。
11、晶闸管整流装置反并联线路及工作状态。
12、弱磁与调压配合控制。
三、教学重点和难点
重点:
1、转速、电流调节器的作用。
、双闭环直流调速系统起动过程三个阶段。
2
3、调节器抗负载扰动和电压扰动的能力。
4、设计双闭环反馈控制直流调速系统的原则。
5、电流调节器和转速调节器的结构设计。
难点:
1、双闭环直流调速系统起动过程三个阶段。
2、电流调节器和转速调节器的结构设计。
第四章基于稳态模型的交流电动机调速系统（8学时）
一、教学要求
1、掌握交流电动机调速方法。
2、掌握异步电动机变压变频调速原理。
3、理解电压补偿控制。
4、理解转速开环变压变频调速系统结构和工作原理。
5、了解电压空间矢量PWM控制技术。
6、了解绕线异步电动机双馈调速。
7、了解同步电动机调速系统。
二、内容要点
1、交流异步电动机的三种调速方式。
2、异步电动机稳态数学模型。
3、异步电动机变压变频调速原理:
基频以下、基频以上调速方法。
4、变压变频调速的机械特性:
基频以下、基频以上机械特性基本特征。
5、恒定子磁通控制、恒气隙磁通控制和恒转子磁通控制。
6、不同控制方式下的机械特性比较。
7、转速开环变压变频调速系统。
8、电压空间矢量的合成。
9、SVPWM的实现。
10、双馈调速的工作原理。
11、双馈调速的五种工况的功率流向。
12、同步电动机变频调速的电压频率特性。
13、他控变频同步电动机调速特征。
14、自控变频同步电动机调速特征。
三、教学重点和难点
重点:
1、交流异步电动机的三种调速方式。
2、异步电动机变压变频调速原理。
3、变压变频调速的机械特性。
4、恒定子磁通控制、恒气隙磁通控制和恒转子磁通控制。
5、转速开环变压变频调速系统。
、电压空间矢量的合成。
6
7、同步电动机变频调速的电压频率特性。
难点:
1、异步电动机变压变频调速原理。
2、电压空间矢量的合成。
3、恒定子磁通控制、恒气隙磁通控制和恒转子磁通控制。
第五章基于动态模型的异步电动机调速系统（2学时）
一、教学要求
1、了解异步电动机矢量控制系统。
2、了解异步电动机直接转矩控制系统。
二、内容要点
1、坐标变换:
3/2变换和旋转变换。
2、异步电动机定子和转子的坐标变换。
3、按转子磁链定向的作用。
4、矢量控制系统结构与特点。
5、定子电压对磁链和转矩的控制作用。
6、直接转矩控制系统的结构及控制方法。
三、教学重点和难点
重点:
1、3/2变换和旋转变换。
2、矢量控制系统结构与特点。
3、直接转矩控制系统的结构及控制方法。
难点:
3/2变换和旋转变换。
第六章伺服系统（2学时）
一、教学要求
1、掌握伺服系统的特征及组成。
2、理解伺服系统控制对象的数学模型。
3、了解伺服系统的设计。
二、内容要点
1、伺服系统的特征及组成。
2、伺服系统的控制对象。
3、伺服系统控制对象的统一模型。
4、伺服系统调节器校正。
5、伺服系统对象建模。
6、伺服系统控制器选型。
7、伺服系统稳定条件。
三、教学重点和难点
重点:
、伺服系统的特征及组成。
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2、伺服系统的控制对象。
3、伺服系统调节器校正。
4、伺服系统控制器选型。
5、伺服系统稳定条件。
难点:
1、伺服系统调节器校正。
2、伺服系统稳定条件。
实践教学环节课程实验（8学时）
一、教学要求
1、掌握转速开环直流调速系统实验方法。
2、掌握转速单闭环直流调速系统实验方法。
3、掌握转速电流双闭环可逆直流电动机调速系统实验方法。
4、掌握三相交流电动机SPWM变频调速系统实验方法。
二、内容要点
1、晶闸管触发整流电路的检查和调整。
2、晶闸管-电动机系统开环机械特性的测定。
3、转速负反馈单闭环系统调试及闭环静特性的测定。
4、电流截止负反馈环节的整定。
5、双闭环调速系统调试的基本原则。
6、双闭环调速系统单元部件参数整定和调试。
7、双闭环调速系统电流环和转速环调试。
8、三相异步电机变频调速运行观测。
9、三相异步电机变频调速系统开环机械特性测试。
10、异步电动机的变频起动和加速过程观测。
三、教学重点和难点
重点:
1、晶闸管-电动机系统开环机械特性的测定。
2、转速负反馈单闭环系统调试及闭环静特性的测定。
3、双闭环调速系统调试的基本原则。
4、双闭环调速系统电流环和转速环调试。
5、三相异步电机变频调速系统开环机械特性测试。
6、异步电动机的变频起动和加速过程观测。
难点:
1、转速负反馈单闭环系统调试及闭环静特性的测定。
2、双闭环调速系统电流环和转速环调试。
、三相异步电机变频调速系统开环机械特性测试。
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期中测试及试题分析（4学时）
期末复习指导（4学时）
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