课程简介
Course Introduction
教学大纲
Teaching Syllabus
一、课程概况
课程中文名称 | 运动控制系统 | ||||||
课程英文名称 | Motion Control Systems | 课程编号 | 33142205 | ||||
课程类别 | □公共必修课 □公选课 □院级限选课 □学科基础课 □专业基础课 √专业限选课 □专业任选课 | ||||||
总学时 | 40 | 讲授学时 | 32 | 实验学时 | 8 | ||
总学分 | 2.5 | 开课单位 | 电信学院 | 开课系（室） | 自动化系 | ||
授课对象 | 自动化专业、电气工程及其自动化专业，本科 | ||||||
先修课程 | 自动控制原理、模拟电子技术、数字电子技术、现代电力电子技术、电机学 | ||||||
执笔人 | 赵黎明 | 审核人 | 审批人 | ||||
修订时间 | 2017．10．10 | ||||||
二、课程简介
本课程包括两个部分内容。一部分以直流电动机为控制对象的直流拖动控制系统，介绍直流拖动自动控制系统的基本概念、基本组成环节和基本控制规律及自动控制系统中调节器的工程设计方法等。另一部分讲述有关交流变频调速的基本控制方式、SPWM变频调速系统、通用型变频器的外围设备和运行控制等基本内容的基础上，进一步研究异步电动机的多变量数学模型及坐标变换，按转子磁场定向的矢量控制系统，转差型矢量控制系统，电压空间矢量控制系统和直接转矩控制系统以及微机控制变频调速系统，同步电动机调速系统、绕线式异步电动机串级调速系统和交流调压调速系统等。
三、课程性质、教学目标及教学要求
【课程性质与教学任务】
本课程是自动化专业的专业限选课程。通过本课程的学习，使学生了解自动控制系统有关知识，掌握直流拖动自动控制系统的基本概念、基本组成环节和基本控制规律及自动控制系统中调节器的工程设计方法，以及以交流电动机为控制对象的交流拖动系统等。
【课程教学目标】
通过本课程的学习，使学生了解自动控制系统有关知识，掌握直流拖动自动控制系统的基本概念、基本组成环节和基本控制规律及自动控制系统中调节器的工程设计方法，以及以交流电动机为控制对象的交流拖动系统等，为今后走上工作岗位，从事运动控制相关工作打基础。
【基本要求】
了解直流、交流调速自动控制系统的发展、应用以及在本专业学科领域的地位和作用、主要特点以及其基本控制原理；掌握直流、交流调速自动控制系统的工作原理、特性及应用，直流、交流调速自动控制系统的构成原理、类型及主要控制策略，直流、交流调速自动控制系统控制方法的选择。
【教学方式】
课堂教学为主，实践教学为辅。
【教学手段】
以多媒体为主，辅以黑板教学。
四、理论教学内容及要求
教学内容要求标记符号: A - 需要掌握的内容 B - 需要理解的内容 C - 需要了解的内容
（一）单闭环直流调速系统(8学时)
1、开环直流调速系统及调速指标（A）；
2、转速负反馈单闭环有静差直流调速系统（A）；
3、带电流截至负反馈环节的转速闭环调速系统（A）；
4、带有电压负反馈和电流正反馈的调速系统（A）；
5、无静差调速系统及调节器（A）；
6、自动调速系统中的检测环节（C）；
7、小容量有静差直流调速系统应用实例(C)；
【教学重点和难点】
开环直流调速系统及调速指标，转速负反馈单闭环有静差直流调速系统。
（二）多闭环和弱磁控制的直流调速系统(4学时)
1、转速负反馈、电流负反馈的双闭环调速系统（A）；
2、带电流变化率内环的三闭环调速系统（B）；
3、弱磁控制的直流调速系统（A）；
4、具有转速自适应调节的弱磁控制调速系统（C）；
【教学重点和难点】
转速、电流双闭环调速系统。
（三）调速系统的工程设计(2 学时)
1、控制系统的动态性能指标与工程设计的基本思想（A）；
2、典型系统（A）；非典型系统的典型化（B）；
3、按工程设计方法设计双闭环调速系统的调节器（A）；
4、并联微分校正——转速微分负反馈（C）。
【教学重点和难点】
双闭环调速系统的工程设计方法。
（四）可逆直流调速系统(2学时)
1、晶闸管——电动机的可逆线路（A）；
2、晶闸管——电动机可逆系统的工作状态和回馈制动（A）；
3、可逆系统中的环流及其控制方法（A）；
4、有环流电枢可逆调速系统（B）；
5、电枢可逆逻辑无环流调速系统（C）；
6、微机控制的直流可逆调速系统（C）。
【教学重点和难点】
可逆系统的工作状态、回馈制动；环流的控制方法。
（五）直流脉宽调速系统(2学时)
1、脉宽调制变换器（A）；
2、脉宽调制变换器的控制电路（C）；
3、双闭环直流脉宽调速系统（C）；
4、直流脉宽调速系统实例（C）。
【教学重点和难点】
PWM变换器。
（六）异步电动机的一般变频调速系统(8学时)
1、异步电动机的一般变频调速系统（A）；
2、静止变频装置及其工作原理（A）；
3、转速开环的变频调速系统（B）；
4、转速闭环的转差频率控制变频调速系统（A）；
5、脉宽调制型变频调速系统（A）；
6、微机控制IGBT-PWM电压型变频调速系统设计（C）。
【教学重点和难点】
异步电动机的一般变频调速系统；静止变频装置及其工作原理；转速闭环的转差频率控制变频调速系统；脉宽调制型变频调速系统。
（七）异步电动机矢量控制变频调速系统及直接转矩控制调速系统(8学时)
1、矢量控制系统基本原理和应用范围（B）；
2、异步电动机的数学模型和坐标变换（B）；
3、带速度传感器的矢量控制变频调速系统的原理和结构（A）；
4、无速度传感器矢量控制系统的结构和速度观测理论（C）；
5、异步电动机的直接转矩控制（B）。
【教学重点和难点】
矢量控制的基本原理；带速度传感器的矢量控制变频调速系统的结构和原理。
（八）同步电动机调速系统(2学时)
1、同步电动机调速系统的概述（C）；
2、他控式同步电动机变频调速系统和矢量控制系统（C）；
3、永磁同步电动机调速系统（C）。
【教学重点和难点】
他控式同步电动机变频调速系统和矢量控制系统。
（九）绕线转子异步电动机的串级调速系统(2学时)
1、串级调速原理（A）；
2、串级调速系统的性能（B）；
3、闭环控制的串级调速系统（C）。
【教学重点和难点】
串级调速原理。
（十）其它方式的交流变频调速系统(2学时)
1、异步电动机的调压调速系统（A）；
2、滑差电机调速系统（C）。
【教学重点和难点】
异步电动机的调压调速系统。
五、实验教学内容及要求
序号 | 实验项目名称 | 内容提要 | 实验要求 | 实验类型 | 实验教学组织形式 | 学时分配 |
1 | 开环、单闭环直流调速系统 | 开环、单闭环直流调速性能指标 | 必做 | 验证性 | 操作；集中、分组、独立； | 2 |
2 | 双闭环三相异步电动机调压调速系统及串级调速系统 | 双闭环调压调速性能指标、串级调速调速性能指标 | 必做 | 综合性 | 操作；集中、分组、独立； | 4 |
3 | 矢量控制系统的仿真实验 | 矢量控制基本原理及其结构 | 必做 | 验证性 | 操作；集中、分组、独立； | 2 |
注:实验内容根据需要可做适当调整。
六、课程考核要求
1、考核方式:考试，笔试（闭卷）。
2、成绩评定方式:平时成绩20 %+实验（实习）成绩10 %+期末成绩 70%。
七、参考资料
1、陈伯时，《电力拖动自动控制系统》（第3版），北京:机械工业出版社，2006。
2、 冯垛生、邓则名主编,《电力拖动自动控制系统》，广州:广东高等教育出版社,2003。
3、许大中，《交流电机调速理论》，杭州:浙江大学出版社，1991。
八、说明
教材根据最新出版进行更新，优先选择国家级规划教材及电气自动化类国家级特色专业系列规划教材。
