運動(dòng)控制系統教學(xué)教案
運動(dòng)控制系統教學(xué)教案
一、編寫(xiě)說(shuō)明
（一）本課程的性質(zhì)、地位和作用
本課程是本科自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)工業(yè)電氣自動(dòng)化方向的專(zhuān)業(yè)限選課之一。通過(guò)本課程的學(xué)習，使學(xué)生掌握直流調速系統、交流調速系統的基本理論以及系統分析、工程設計方法，學(xué)會(huì )將自動(dòng)控制的理論和方法應用到交、直流電動(dòng)機調速系統中，培養學(xué)生綜合運用所學(xué)知識、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為成為電氣自動(dòng)化的工程人員打下良好的理論基礎。
（二）教學(xué)基本要求
1．通過(guò)本課程的學(xué)習，學(xué)生應了解以下知識：電力拖動(dòng)自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展、應用以及在本專(zhuān)業(yè)學(xué)科領(lǐng)域的地位和作用；電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統的主要結構特點(diǎn)以及基本性能指標；直流脈寬調速系統的基本控制模式；微機數字控制系統的主要特點(diǎn)；微機數字控制雙閉環(huán)直流調速系統硬件和軟件。
2．通過(guò)本課程的學(xué)習，學(xué)生應熟悉以下知識：建立閉環(huán)調速系統各典型環(huán)節靜態(tài)、動(dòng)態(tài)數學(xué)模型的一般方法；數字測速與濾波的實(shí)現方法；系統工程設計中的近似處理原則和方法；轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統的工程設計思路、方法；有環(huán)流可逆閉環(huán)調速系統的工作原理和實(shí)現方案；SPWM逆變器的控制模式和實(shí)現方案；變頻調速的基本控制方式。
3．通過(guò)本課程的學(xué)習，學(xué)生應掌握以下知識：利用靜態(tài)結構框圖分析系統穩特性的方法；利用動(dòng)態(tài)結構圖分析系統穩定性和動(dòng)態(tài)性能的方法；帶電流截止負反饋單閉環(huán)直流調速系統的穩態(tài)分析、參數設計；轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統的起動(dòng)過(guò)程分析、調節器的工程設計；微機數字控制系統中的數字測速；異步電動(dòng)機變壓變頻調速系統中的脈寬調制技術(shù)；繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機串級調速原理。
（三）課程教學(xué)方法與手段
以課堂講授為主，輔以習題和實(shí)驗。
（四）實(shí)踐環(huán)節
1．實(shí)驗：不可逆單閉環(huán)直流調速系統靜特性的研究
主要內容和要求：測試帶轉速負反饋有靜差調速系統的靜特性，并與無(wú)轉速負反饋時(shí)的開(kāi)環(huán)機械特性進(jìn)行比較。
學(xué)時(shí)分配：2學(xué)時(shí)
2．實(shí)驗：轉速、電流雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調速系統
主要內容和要求：測定開(kāi)環(huán)機械特性及閉環(huán)靜特性，測定閉環(huán)控制特性。 學(xué)時(shí)分配：3學(xué)時(shí)
3．實(shí)驗：雙閉環(huán)三相異步電動(dòng)機調壓調速系統
主要內容和要求：測定繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機轉子串電阻時(shí)的人為機械特性及雙閉環(huán)交流調壓調速系統的靜特性、動(dòng)態(tài)特性。
學(xué)時(shí)分配：3學(xué)時(shí)
4．實(shí)驗：三相異步電機SPWM變頻調速系統的實(shí)驗
主要內容和要求：測試不同輸出頻率、不同調制方式時(shí)的調速特性及低壓補償特性。 學(xué)時(shí)分配：2學(xué)時(shí)
5．實(shí)驗：雙閉環(huán)三相異步電動(dòng)機串級調速系統
主要內容和要求：測定開(kāi)環(huán)串級調速系統的機械特性，測定雙閉環(huán)串級調速系統的靜特性。 學(xué)時(shí)分配：2學(xué)時(shí)
（五）教學(xué)時(shí)數分配表
（六）本課程與其它課程的聯(lián)系
本課程應在《電機拖動(dòng)基礎》、《電力電子技術(shù)》、《自動(dòng)控制理論》等課程之后開(kāi)設。本課程綜合了運用了多門(mén)課程的知識，《電機拖動(dòng)基礎》為學(xué)習本課程奠定了交、直流電機原理及應用基礎，《電力電子技術(shù)》為本課程提供了電力電子功率變換裝置方面的知識，《自動(dòng)控制理論》提供了控制理論知識。
（七）教材與主要參考書(shū)
教材：
《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統——運動(dòng)控制系統》（第4版） 陳伯時(shí)主編 機械工業(yè)出版社 2009.8
主要參考書(shū)：
1.《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統》（第2版） 陳伯時(shí)主編 機械工業(yè)出版社 1999
2. 《運動(dòng)控制系統》 爾桂花主編 清華大學(xué)出版社 2002
（八）說(shuō)明
1.實(shí)驗內容可以根據實(shí)驗設備及具體情況稍加變動(dòng)。實(shí)驗至少保證12學(xué)時(shí)。
2.本課程考核以平時(shí)成績(jì)占30%，期末考試成績(jì)占70%來(lái)評定。平時(shí)考核學(xué)生出勤情況、完成作業(yè)、完成實(shí)驗、課堂提問(wèn)等情況，期末考試采用筆試。
二、教學(xué)內容綱要
第1章 緒論
一、教學(xué)基本要求
通過(guò)本章學(xué)習，要求學(xué)生
1．掌握運動(dòng)控制系統的基本概念、組成、轉矩控制規律。
2．了解運動(dòng)控制系統的歷史及發(fā)展情況。 3. 熟悉生產(chǎn)機械的負載轉矩特性。
二、教學(xué)內容
1.1運動(dòng)控制系統及其組成
△運動(dòng)控制系統的概念及其組成
1.2運動(dòng)控制系統的歷史與發(fā)展
運動(dòng)控制系統的歷史及發(fā)展情況
1.3運動(dòng)控制系統的轉矩控制規律
運動(dòng)控制系統的轉矩控制規律
1.4生產(chǎn)機械的負載轉矩特性
三類(lèi)負載轉矩特性
第2章 轉速反饋控制的直流調速系統
一、教學(xué)基本要求
通過(guò)本章學(xué)習，要求學(xué)生
1.掌握直流調速系統用的可控直流電源及其原理、動(dòng)態(tài)數學(xué)模型，了解V-M系統、直流PWM調速系統的特點(diǎn)。
2.熟悉調速系統的穩態(tài)性能指標，熟記其計算公式，熟練掌握直流調速系統的機械特性。 3.掌握反饋控制直流調速系統的組成、工作原理、穩態(tài)結構框圖及靜特性分析、動(dòng)態(tài)數學(xué)模型及動(dòng)態(tài)分析，掌握積分、比例積分控制規律。
4.熟悉直流調速系統的數字控制問(wèn)題。
4
5.掌握電流截止負反饋環(huán)節的工作原理及帶電流截止負反饋直流調速系統的靜特性。 6.熟悉調速系統的仿真過(guò)程。
二、教學(xué)內容
2.1 直流調速系統用的可控直流電源
1.○V-M系統的觸發(fā)脈沖相位控制、電流波形連續與斷續、
2.△V-M系統的原理及其機械特性，晶閘管觸發(fā)與整流裝置的數學(xué)模型○旋轉變流機組原理及靜止可控整流器優(yōu)缺點(diǎn)
3.△PWM變換器工作原理、數學(xué)模型，直流PWM調速系統的機械特性
2.2 穩態(tài)調速性能指標和直流調速系統的機械特性
△穩態(tài)調速性能指標、直流調速系統的機械特性
2.3轉速反饋控制的直流調速系統
1△○轉速反饋控制直流調速系統的數學(xué)模型
2.△比例控制直流調速系統的靜特性、反饋控制規律
3.△積分、比例積分控制規律 4.○直流調速系統的穩態(tài)誤差分析
2.4直流調速系統的數字控制
1△微機數字控制的特殊問(wèn)題、數字測速方法及應用場(chǎng)合
2.○轉速檢測的數字化、數字PI調節器
2.5反饋控制直流調速系統的限流保護
1.轉速反饋控制直流調速系統的過(guò)電流問(wèn)題
2.△電流截止負反饋環(huán)節的工作原理及其輸入輸出特性
3.△○帶電流截止負反饋的直流調速系統穩態(tài)分析、參數計算
2.6轉速反饋控制直流調速系統的仿真
○仿真模型的建立、運行及調節器參數的調整
第3章 轉速、電流反饋控制的直流調速系統
一、教學(xué)基本要求
通過(guò)本章學(xué)習，要求學(xué)生
1．掌握轉速、電流反饋控制直流調速系統的組成及其靜特性、起動(dòng)過(guò)程分析。 2. 熟悉轉速、電流反饋控制直流調速系統的數學(xué)模型、動(dòng)態(tài)抗擾性能分析。
3．熟悉調節器的工程設計方法。
4．熟悉轉速、電流反饋控制直流調速系統的仿真。
二、教學(xué)內容
3.1轉速、電流反饋控制直流調速系統的.組成及其靜特性
1.△轉速、電流反饋控制直流調速系統的組成 2.△○系統穩態(tài)結構圖與參數計算、靜特性分析
3.2轉速、電流反饋控制直流調速系統的數學(xué)模型與動(dòng)態(tài)過(guò)程分析
1.△○系統起動(dòng)過(guò)程分析
2.△系統動(dòng)態(tài)抗擾性能分析、調節器的作用
3.3轉速、電流反饋控制直流調速系統的設計
1.△控制系統的動(dòng)態(tài)性能指標 2.△調節器工程設計方法的基本思路
3.○典型Ⅰ型、Ⅱ型系統參數與系統動(dòng)態(tài)性能指標之間的關(guān)系，按工程設計法設計轉速、電流反饋控制直流調速系統的調節器
3.4轉速、電流反饋控制直流調速系統的仿真
○電流環(huán)的仿真，轉速環(huán)的系統仿真
第4章 可逆控制的直流調速系統
一、教學(xué)基本要求
通過(guò)本章學(xué)習，要求學(xué)生
1．掌握橋式可逆PWM變換器的工作原理，直流PWM可逆調速系統轉速反向的過(guò)渡過(guò)程。
2．了解直流PWM功率變換器的能量回饋，單片微機控制的PWM可逆直流調速系統的硬件、軟件。
3. 掌握V-M可逆直流調速系統線(xiàn)路、環(huán)流問(wèn)題。
二、教學(xué)內容
4.1直流PWM可逆調速系統
1.△橋式可逆PWM變換器電路、工作原理 2.○直流PWM可逆調速系統轉速反向的過(guò)渡過(guò)程
3.○直流PWM功率變換器的能量回饋、單片微機控制的PWM可逆直流調速系統
4.2 V-M可逆直流調速系統
1.△系統主電路及環(huán)流
2.○配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統 3.△○轉速反向的過(guò)渡過(guò)程分析
第5章 基于穩態(tài)模型的異步電動(dòng)機調速系統
一、教學(xué)基本要求
通過(guò)本章學(xué)習，要求學(xué)生
1．了解異步電動(dòng)機的穩態(tài)數學(xué)模型，熟悉異步電動(dòng)機的調速方法。
2．掌握異步電動(dòng)機調壓調速的機械特性，轉速閉環(huán)控制的交流調壓調速系統組成、靜特性
3．掌握變壓變頻調速的基本原理及其機械特性，變頻器的基本結構，SPWM技術(shù)。
4. 了解轉速開(kāi)環(huán)變壓變頻調速系統結構及實(shí)現。
5. 掌握轉差頻率控制的概念及特點(diǎn)，了解轉差頻率控制系統結構及性能分析。
5.1異步電動(dòng)機的穩態(tài)數學(xué)模型和調速方法
1.○異步電動(dòng)機的穩態(tài)數學(xué)模型 2.△異步電動(dòng)機的調速方法及氣隙磁通
5.2異步電動(dòng)機的調壓調速
1. △系統主電路、調壓調速的機械特性 2.△○閉環(huán)控制的調壓調速系統
5.3異步電動(dòng)機的變壓變頻調速
1.△變壓變頻調速的基本原理、機械特性 2.△○基頻以下的電壓補償控制
5.4電力電子變壓變頻器
1.△變頻器的結構分類(lèi)，交-直-交PWM變頻器主電路 2.△○SPWM技術(shù)
3.○消除指定諧波的PWM控制技術(shù)、電流跟蹤PWM控制技術(shù)
5.5轉速開(kāi)環(huán)變壓變頻調速系統
○系統結構及實(shí)現
5.6轉差頻率控制的變壓變頻調速系統
1.△轉差頻率控制的基本概念及特點(diǎn) 2.○系統結構及性能分析
第6章 繞線(xiàn)轉子異步電動(dòng)機雙饋調速系統
一、教學(xué)基本要求
通過(guò)本章學(xué)習，要求學(xué)生
1．掌握異步電動(dòng)機雙饋調速工作原理、串級調速系統的工作原理。
2．熟悉串級調速系統類(lèi)型、機械特性。
3. 掌握雙閉環(huán)串級調速系統結構、原理。
二、教學(xué)內容
6.1繞線(xiàn)轉子異步電動(dòng)機雙饋調速工作原理
1△轉子附加電動(dòng)勢的作用
2.△○雙饋調速的五種工況
6.2繞線(xiàn)轉子異步電動(dòng)機串級調速系統
△串級調速系統的工作原理
2.串級調速系統的類(lèi)型
6.3串級調速的機械特性
1△串級調速機械特性的特征、
2.○轉子整流電路、機械特性方程式
6.4雙閉環(huán)控制的串級調速系統
△系統結構、原理
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