运动控制系统课程教学大纲1.docx
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运动控制系统课程教学大纲
课程名称：
运动控制系统
英文名称：
MotionControlSystems
课程编号：
0
学时数：
64
其中实验（实训）学时数：
10 课外学时数：
0
学分数：
4
适用专业：
电气工程及其自动化、自动化、自动化（试点）
一、课程的性质和任务
运动控制系统是电气工程及其自动化、自动化专业的专业必修课。
主要介绍各类交直流调速系统的基本构成、工作原理、数学模型的建立和静态与动态性能分析，介绍新的控制技术，以及该领域的最新方向。
本课程的综合性与应用性很强，它综合了本专业几乎全部基础课和专业技术基础课的主要内容，所涉及的各类系统目前正广泛应用于不同领域的工业生产部门。
通过本课程的学习可以培养学生的工程素质和创新意识、综合所学的知识分析问题解决问题的能力。
为今后从事运动控制系统方面的设计、运行维护和研究开发打下坚实的基础。
二、课程教学内容的基本要求、重点和难点
（一）熟练掌握转速负反馈单闭环直流调速系统的基本组成、静态分析和静态参数计算、动态数学模型。
掌握动态校正的基本方法。
理解电流截止负反馈、电压负反馈、电流正反馈的原理。
重点：
静态和动态性能指标、静特性方程和静态参数计算。
难点：
动态数学模型的建立和动态校正。
（二）熟练掌握转速电流双闭环系统的基本组成和工作原理、转速电流双闭环系统的动态数学模型的建立、调节器设计的工程方法。
掌握弱磁控制的直流调速系统的基本组成和工作原理。
熟练掌握弱磁控制和调压控制特性。
重点：
转速电流双闭环系统的工作原理和静动态参数计算。
难点：
起动过程分析和工程设计法。
（三）理解微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件基本组成。
掌握数字测速的主要方法。
掌握数字PID调节器的算法。
重点：
数字测速的原理和方法。
难点：
数字测速的原理。
（四）了解可逆调速的方案及其选择。
掌握环流及其抑制的原理和方法。
熟练掌握晶闸管—电动机系统的四象限运行。
掌握有环流系统的基本构成和运行方式。
熟练掌握逻辑无环流系统的基本构成，无环流逻辑控制的原理和实现。
重点：
V—M系统的四象限运行、环流及环流控制、逻辑无环流系统的运行分析。
难点：
V—M系统的制动过程、切换过程的分析。
（五）了解交流调速的现状和发展趋势以及交流调速的基本类型。
掌握交流调压调速的基本原理和调压调速系统的构成。
掌握交流感应电动机机械特性的建立方法。
重点：
调压调速的控制方法。
难点：
调压调速控制的机理。
（六）熟练掌握异步电动机变频调速的控制特性和开环机械特性。
掌握转速开环PWM变频调速系统的基本原理。
理解转差频率控制的基本思想和系统构成。
熟练掌握矢量控制的基本思想。
掌握坐标变换的基本方程。
掌握在不同坐标系下异步电动机的数学模型、控制方程、等效电路、伪静止绕组的基本概念。
理解磁通观测、转矩观测的原理。
熟练掌握直接磁场定向矢量控制和间接磁场定向（转差频率）矢量控制的基本原理、空间矢量图。
熟练掌握直接转矩控制系统的原理和特点。
重点：
异步机变频调速控制特性，直接和间接磁场定向矢量控制、直接转矩控制的基本原理。
难点：
坐标变换的基本概念，矢量控制系统和直接转矩控制系统的物理概念。
（七）掌握双馈调速的基本原理。
了解串调的主要类型、应用和发展概况。
熟练掌握串调系统的主要问题：
效率、功率因数、调速范围和逆变器的容量、起动方式。
掌握串调系统的机械特性。
掌握速度电流双闭环串级调速系统的基本组成和工作原理。
重点：
串调系统的运行与设计。
难点：
串调系统的运行机理分析。
（八）了解他控式同步变频调速系统的组成、原理。
理解自控式同步机变频调速系统——无换向器电动机的基本原理。
熟练掌握磁场定向同步电动机调速系统的组成、原理、数学模型、空间矢量图和时间相量图、基本控制方法。
掌握永磁同步电动机矢量控制系统和直流无刷电动机调速系统的控制方法。
重点：
同步电动机矢量控制变频调速系统的基本控制方法。
难点：
同步电动机的数学模型和空间矢量图的物理概念。
三、教学方式及学时分配
序号
主要内容
主要教学
方式
学时
分配
辅导答疑
比例
一
单闭环直流调速系统
讲授+实验
6+2
1:
1
二
多环控制的直流调速系统
讲授+实验
10+4
1:
1
三
直流调速系统的数字控制
讲授
4
1:
1
四
可逆调速系统
讲授
6
1:
1
五
交流调速概论及交流调压调速
讲授+实验
2+2
1:
1
六
异步电动机的变频调速
讲授+实验
18+2
1:
1
七
绕线型异步电动机的串级调速
讲授
2
1:
1
八
同步电动机的变频调速系统
讲授
6
1:
1
四、课程其他教学环节要求
学生可根据本教学大纲的要求结合参考书和作业练习，从而达到巩固掌握相关知识的目的。
（一）习题课：
习题课以典型习题分析为主，适当安排开阔思路的练习及讨论。
（二）作业：
作业的内容选择基于对基本理论与方法的理解与掌握。
每章都要求有一定数量的作业，以巩固课堂所学知识。
（三）实验为10学时，具体内容详见如下实验教学要求
序号
主要内容
主要教学方式
学时
分配
辅导答疑
比例
一
转速反馈的直流调速系统实验（验证实验）
实验
2
1:
1
二
双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验（综合实验）
实验
4
1:
1
三
双闭环三相异步电机调压调速系统实验（验证实验）
实验
2
1:
1
四
开环SPWM变频调速系统的计算机仿真研究（验证实验）
实验
2
1:
1
五、本课程与其他课程的联系
本课程的先修课程为电机及拖动基础、电力电子技术、单片机原理与应用、自动控制理论。
六、教学参考书目
《电力拖动自动控制系统——运动控制系统》陈伯时主编机械工业出版社,2004
《运动控制系统》阮毅陈维钧主编清华大学出版社2006
《运动控制系统》尔桂花窦曰轩主编清华大学出版社2002
《交直流调速系统与MATLAB仿真》周渊深主编中国电力出版社2003
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