運動控制系統(tǒng)教學(xué)教案
運動控制系統(tǒng)教學(xué)教案
一、編寫說明
（一）本課程的性質(zhì)、地位和作用
本課程是本科自動化專業(yè)工業(yè)電氣自動化方向的專業(yè)限選課之一。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握直流調(diào)速系統(tǒng)、交流調(diào)速系統(tǒng)的基本理論以及系統(tǒng)分析、工程設(shè)計方法，學(xué)會將自動控制的理論和方法應(yīng)用到交、直流電動機調(diào)速系統(tǒng)中，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識、解決實際問題的能力，為成為電氣自動化的工程人員打下良好的理論基礎(chǔ)。
（二）教學(xué)基本要求
1．通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)了解以下知識：電力拖動自動控制技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用以及在本專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域的地位和作用；電力拖動自動控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)特點以及基本性能指標(biāo)；直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的基本控制模式；微機數(shù)字控制系統(tǒng)的主要特點；微機數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)硬件和軟件。
2．通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)熟悉以下知識：建立閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)各典型環(huán)節(jié)靜態(tài)、動態(tài)數(shù)學(xué)模型的一般方法；數(shù)字測速與濾波的實現(xiàn)方法；系統(tǒng)工程設(shè)計中的近似處理原則和方法；轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計思路、方法；有環(huán)流可逆閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理和實現(xiàn)方案；SPWM逆變器的控制模式和實現(xiàn)方案；變頻調(diào)速的基本控制方式。
3．通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握以下知識：利用靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖分析系統(tǒng)穩(wěn)特性的方法；利用動態(tài)結(jié)構(gòu)圖分析系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)性能的方法；帶電流截止負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析、參數(shù)設(shè)計；轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程分析、調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計；微機數(shù)字控制系統(tǒng)中的數(shù)字測速；異步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中的脈寬調(diào)制技術(shù)；繞線式異步電動機串級調(diào)速原理。
（三）課程教學(xué)方法與手段
以課堂講授為主，輔以習(xí)題和實驗。
（四）實踐環(huán)節(jié)
1．實驗：不可逆單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性的研究
主要內(nèi)容和要求：測試帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，并與無轉(zhuǎn)速負(fù)反饋時的開環(huán)機械特性進行比較。
學(xué)時分配：2學(xué)時
2．實驗：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)
主要內(nèi)容和要求：測定開環(huán)機械特性及閉環(huán)靜特性，測定閉環(huán)控制特性。 學(xué)時分配：3學(xué)時
3．實驗：雙閉環(huán)三相異步電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)
主要內(nèi)容和要求：測定繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻時的人為機械特性及雙閉環(huán)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的靜特性、動態(tài)特性。
學(xué)時分配：3學(xué)時
4．實驗：三相異步電機SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)的實驗
主要內(nèi)容和要求：測試不同輸出頻率、不同調(diào)制方式時的調(diào)速特性及低壓補償特性。 學(xué)時分配：2學(xué)時
5．實驗：雙閉環(huán)三相異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)
主要內(nèi)容和要求：測定開環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)的機械特性，測定雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)的靜特性。 學(xué)時分配：2學(xué)時
（五）教學(xué)時數(shù)分配表
（六）本課程與其它課程的聯(lián)系
本課程應(yīng)在《電機拖動基礎(chǔ)》、《電力電子技術(shù)》、《自動控制理論》等課程之后開設(shè)。本課程綜合了運用了多門課程的知識，《電機拖動基礎(chǔ)》為學(xué)習(xí)本課程奠定了交、直流電機原理及應(yīng)用基礎(chǔ)，《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，《自動控制理論》提供了控制理論知識。
（七）教材與主要參考書
教材：
《電力拖動自動控制系統(tǒng)——運動控制系統(tǒng)》（第4版） 陳伯時主編 機械工業(yè)出版社 2009.8
主要參考書：
1.《電力拖動自動控制系統(tǒng)》（第2版） 陳伯時主編 機械工業(yè)出版社 1999
2. 《運動控制系統(tǒng)》 爾桂花主編 清華大學(xué)出版社 2002
（八）說明
1.實驗內(nèi)容可以根據(jù)實驗設(shè)備及具體情況稍加變動。實驗至少保證12學(xué)時。
2.本課程考核以平時成績占30%，期末考試成績占70%來評定。平時考核學(xué)生出勤情況、完成作業(yè)、完成實驗、課堂提問等情況，期末考試采用筆試。
二、教學(xué)內(nèi)容綱要
第1章 緒論
一、教學(xué)基本要求
通過本章學(xué)習(xí)，要求學(xué)生
1．掌握運動控制系統(tǒng)的基本概念、組成、轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律。
2．了解運動控制系統(tǒng)的歷史及發(fā)展情況。 3. 熟悉生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性。
二、教學(xué)內(nèi)容
1.1運動控制系統(tǒng)及其組成
△運動控制系統(tǒng)的概念及其組成
1.2運動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展
運動控制系統(tǒng)的歷史及發(fā)展情況
1.3運動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律
運動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律
1.4生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性
三類負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性
第2章 轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)
一、教學(xué)基本要求
通過本章學(xué)習(xí)，要求學(xué)生
1.掌握直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源及其原理、動態(tài)數(shù)學(xué)模型，了解V-M系統(tǒng)、直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的特點。
2.熟悉調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，熟記其計算公式，熟練掌握直流調(diào)速系統(tǒng)的機械特性。 3.掌握反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的組成、工作原理、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及靜特性分析、動態(tài)數(shù)學(xué)模型及動態(tài)分析，掌握積分、比例積分控制規(guī)律。
4.熟悉直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制問題。
4
5.掌握電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的工作原理及帶電流截止負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性。 6.熟悉調(diào)速系統(tǒng)的仿真過程。
二、教學(xué)內(nèi)容
2.1 直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源
1.○V-M系統(tǒng)的觸發(fā)脈沖相位控制、電流波形連續(xù)與斷續(xù)、
2.△V-M系統(tǒng)的原理及其機械特性，晶閘管觸發(fā)與整流裝置的數(shù)學(xué)模型○旋轉(zhuǎn)變流機組原理及靜止可控整流器優(yōu)缺點
3.△PWM變換器工作原理、數(shù)學(xué)模型，直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的機械特性
2.2 穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)和直流調(diào)速系統(tǒng)的機械特性
△穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)、直流調(diào)速系統(tǒng)的機械特性
2.3轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)
1△○轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
2.△比例控制直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性、反饋控制規(guī)律
3.△積分、比例積分控制規(guī)律 4.○直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析
2.4直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制
1△微機數(shù)字控制的特殊問題、數(shù)字測速方法及應(yīng)用場合
2.○轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化、數(shù)字PI調(diào)節(jié)器
2.5反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的限流保護
1.轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的過電流問題
2.△電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的工作原理及其輸入輸出特性
3.△○帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、參數(shù)計算
2.6轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真
○仿真模型的建立、運行及調(diào)節(jié)器參數(shù)的調(diào)整
第3章 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)
一、教學(xué)基本要求
通過本章學(xué)習(xí)，要求學(xué)生
1．掌握轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性、起動過程分析。 2. 熟悉轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、動態(tài)抗擾性能分析。
3．熟悉調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法。
4．熟悉轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真。
二、教學(xué)內(nèi)容
3.1轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的.組成及其靜特性
1.△轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 2.△○系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖與參數(shù)計算、靜特性分析
3.2轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與動態(tài)過程分析
1.△○系統(tǒng)起動過程分析
2.△系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能分析、調(diào)節(jié)器的作用
3.3轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計
1.△控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo) 2.△調(diào)節(jié)器工程設(shè)計方法的基本思路
3.○典型Ⅰ型、Ⅱ型系統(tǒng)參數(shù)與系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)之間的關(guān)系，按工程設(shè)計法設(shè)計轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器
3.4轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真
○電流環(huán)的仿真，轉(zhuǎn)速環(huán)的系統(tǒng)仿真
第4章 可逆控制的直流調(diào)速系統(tǒng)
一、教學(xué)基本要求
通過本章學(xué)習(xí)，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(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速反向的過渡過程。
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(diào)速系統(tǒng)的硬件、軟件。
3. 掌握V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)線路、環(huán)流問題。
二、教學(xué)內(nèi)容
4.1直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)
1.△橋式可逆PWM變換器電路、工作原理 2.○直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速反向的過渡過程
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(diào)速系統(tǒng)
4.2 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)
1.△系統(tǒng)主電路及環(huán)流
2.○配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng) 3.△○轉(zhuǎn)速反向的過渡過程分析
第5章 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)
一、教學(xué)基本要求
通過本章學(xué)習(xí)，要求學(xué)生
1．了解異步電動機的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，熟悉異步電動機的調(diào)速方法。
2．掌握異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性，轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)組成、靜特性
3．掌握變壓變頻調(diào)速的基本原理及其機械特性，變頻器的基本結(jié)構(gòu)，SPWM技術(shù)。
4. 了解轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)。
5. 掌握轉(zhuǎn)差頻率控制的概念及特點，了解轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能分析。
5.1異步電動機的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法
1.○異步電動機的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型 2.△異步電動機的調(diào)速方法及氣隙磁通
5.2異步電動機的調(diào)壓調(diào)速
1. △系統(tǒng)主電路、調(diào)壓調(diào)速的機械特性 2.△○閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)
5.3異步電動機的變壓變頻調(diào)速
1.△變壓變頻調(diào)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(jié)構(gòu)分類，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(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)
○系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)
5.6轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)
1.△轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念及特點 2.○系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能分析
第6章 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋調(diào)速系統(tǒng)
一、教學(xué)基本要求
通過本章學(xué)習(xí)，要求學(xué)生
1．掌握異步電動機雙饋調(diào)速工作原理、串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理。
2．熟悉串級調(diào)速系統(tǒng)類型、機械特性。
3. 掌握雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理。
二、教學(xué)內(nèi)容
6.1繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋調(diào)速工作原理
1△轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用
2.△○雙饋調(diào)速的五種工況
6.2繞線轉(zhuǎn)子異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)
△串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理
2.串級調(diào)速系統(tǒng)的類型
6.3串級調(diào)速的機械特性
1△串級調(diào)速機械特性的特征、
2.○轉(zhuǎn)子整流電路、機械特性方程式
6.4雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)
△系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理
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