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6013A515传动控制系统

发布日期：2019-04-18 （点击次数：）

传动控制系统课程教学大纲

课程名称：	传动控制系统	课程模块编码：	6013A515
总学时数：	36	课内实践学时数：	8
学分：	2	开课单位：	电信学院
先修课程：	电路、电力电子技术、电机学、电力电子技术
适用专业：	电气工程及其自动化

一、课程性质、目的和任务

《电力传动控制系统》课程是电气工程及其自动化专业学生必修的专业课程之一。主要内容是电气传动控制理论和技术，内容包括各种交、直流调速和位置控制。通过本课程的学习，使学生获得以电力半导体变流器件的应用为基础、以自动控制理论为指导、以电子技术和微处理器控制及计算机辅助设计为手段，与检测技术和数据通信技术相结合，以直、交流电动机为执行机构的调速控制系统基本理论和技能，为进一步掌握该类系统的分析与研究、设计和调试，以及运行维护和检修等打下坚实的基础。主要支撑毕业要求1.3、2.2、3.1、4.1、4.2、4.3达成。

通过本课程的学习，达到以下教学目标：

1、工程知识

掌握必要的传动控制系统基本知识，能应用传动控制系统基本知识解决复杂工程技术问题。

2、问题分析

能够理解并恰当表述控制工程实际问题，找到合适的解决控制工程实际问题的方案与方法。

3、设计/开发解决方案

在某些产品或系统的设计开发中能用到传动控制系统的基本知识设计满足特定需求的产品或系统。

4、研究

能够采用传动控制系统基本知识对工程问题进行建模和仿真分析研究；能过运用科学方法设计实验方案、获取实验数据。

5、使用现代化工具

能够应用现代工程工具和信息技术工具，对工程实际问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。

表1 课程教学目标对专业毕业要求的支撑

毕业要求指标点	课程目标
1.3 掌握电气工程领域的专业知识，能够对电气工程领域复杂工程问题的数学模型或解决方案进行比较、综合、优选，并提出改进思路。	课程目标1：工程知识掌握必要的传动控制系统基本知识，能应用传动控制系统基本知识解决复杂工程技术问题。
2.2能够运用工程科学的基本原理，对电气工程领域的工程实际问题进行识别和准确表达，以满足电气运行维护、工程设计的需要。	课程目标2：问题分析能够理解并恰当表述控制工程实际问题，找到合适的解决控制工程实际问题的方案与方法。
3.1能够综合运用所掌握的专业知识、技术手段和开发工具，设计满足特定需求的产品或系统。	课程目标3：设计/开发解决方案在某些产品或系统的设计开发中能用到传动控制系统的基本知识设计满足特定需求的产品或系统。
4.1能够针对电气工程领域的实际工程问题进行初步的建模与仿真分析。 4.2能够运用科学方法设计实验方案、搭建实验平台、获取实验数据。 4.3能够对实验结果进行合理分析、解释，通过信息综合得出合理有效的结论，完善解决方案，并反馈到工程设计和实践中。	课程目标4：研究能够采用传动控制系统基本知识对工程问题进行建模和仿真分析研究；能过运用科学方法设计实验方案、获取实验数据。
5.2熟悉C语言、MATLAB、STEP7、PROTEUS、KEIL等软件仿真和在线硬件仿真工具的运用，能对工程问题进行模拟和预测，并理解其局限。	教学目标5：使用现代化工具能够应用现代工程工具和信息技术工具，对工程实际问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。

二、教学内容及教学基本要求

第1章 直流调速系统概述

1、教学要求

了解系统的技术性能指标；理解调速范围D和静差率S及其关系；理解开闭环速降的本质；掌握静特性方程、开闭环机械特性、有静差与无静差概念。

2、教学内容

第1节稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性

知识要点：运动控制系统和直流调速系统组成；稳态调速指标D、S与直流调速系统机械特性（静特性）及关系。

第2节开环机械特性和闭环静特性比较

知识要点：开闭环机械特性；两特性比较。

3、本章重点、难点

本章重点：静特性方程；开、闭环机械特性比较。

本章难点：闭环速降小于开环速降的本质。

4、本章学时数

本章教学时数：4学时，其中讲课4学时。

第2章 转速反馈控制的直流调速系统

1、教学要求

了解转速反馈控制的直流调速系统静态的若干问题；理解自动调速系统概念及规律；理解闭环基本特征和主要规律；掌握解决限流和特性之间矛盾的有效方法；掌握稳态参数计算及检测装置运行原理；掌握闭环基本特征和主要规律以及静态参数计算；掌握电流截止负反馈的设计与系统参数选择。

2、教学内容

第1节转速反馈控制的直流调速系统

知识要点：转速反馈控制直流调速系统的数学模型；比例控制的直流调速系统；比例积分控制的无静差直流调速系统；直流调速系统的稳态参数计算、稳态误差分析。

第2节转速反馈控制直流调速系统的限流保护

知识要点：转速反馈控制直流调速系统的过电流问题；带电流截止负反馈环节的直流调速系统。

3、本章重点、难点

本章重点：闭环后的基本特征和主要规律以及稳态参数的计算。

本章难点：电流截止负反馈的设计与参数选择。

4、本章学时数

本章教学时数：4学时，其中讲课4学时。

第3章 转速、电流反馈控制的直流调速系统

1、教学要求

了解调速系统的并联微分校正、带电流变化率内环的三环调速系统和弱磁控制的直流调速系统；理解转速、电流双闭环直流调速系统及其工程设计；掌握ASR和ACR的饱和与不饱和设计方法；理解起动过程按电流波形划分的三个阶段。

2、教学内容

第1节转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性

知识要点：调速系统的组成；稳态结构图与参数计算。

第2节转速、电流反馈控制直流调速系统的数学模型与动态过程分析

知识要点：调速系统的动态数学模型；动态过程分析。

第3节转速、电流反馈控制直流调速系统的设计

知识要点：控制系统的动态性能指标；调节器的工程设计方法；按工程设计方法设计转速、电流反馈控制直流调速系统的调节器。

3、本章重点、难点

本章重点：转速、电流反馈控制直流调速系统及其工程设计。

本章难点：转速、电流反馈控制直流调速系统起动过程的波形分析。

4、本章学时数

本章教学时数：12学时，其中讲课8学时，实验4学时。

第4章可逆控制直流调速系统

1、教学要求

了解微机控制的脉宽调制器；理解脉宽调制（PWM）技术；了解可控环流可逆调速系统、逻辑无环流系统、错位无环流系统；理解环流的概念和自然环流系统；掌握自然环流系统的制动过程。

2、教学内容

第1节直流PWM可逆调速系统

知识要点：直流PWM可逆调速系统转速反向的过渡过程；直流PWM功率变换器的能量回馈；单片微机控制的PWM可逆直流调速系统。

第2节 V-M可逆直流调速系统

知识要点：V-M可逆直流调速系统的主回路及环流；V-M可逆直流调速系统的控制；转速反向的过渡过程分析。

3、本章重点、难点

本章重点：自然环流系统的制动过程。

本章难点：本组逆变和它组逆变及各阶段的工作过程。

4、本章学时数

本章教学时数：8学时，其中讲课4学时，实验4学时。

第5章交流调速系统

1、教学要求

了解交流电动机调速的特点；理解调压调速、串级调速系统、无换向器电动机调速系统原理；掌握变压变频控制的调速系统原理和特点；了解通用变频器；理解变频调速的基本原理和基本结构；掌握正弦波脉宽调制（SPWM），空间电压矢量PWM控制；了解三相永磁无刷直流电动机的组成结构和工作原理；理解三相永磁无刷直流电动机的基本公式和数学模型；掌握无刷直流电动机的驱动控制等。

2、教学内容

第1节基于稳态模型的异步电动机调速系统

知识要点：异步电动机稳态数学模型和调速方法；异步电动机调压调速；异步电动机变压变频调速；电力电子变压变频器；转速开环变压变频调速系统；转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统。

第2节基于动态模型的异步电动机调速系统

知识要点：异步电动机动态数学模型的性质；异步电动机三相数学模型；坐标变换；异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型；异步电动机在正交坐标系上的状态方程。

第3节绕线转子异步电动机双馈调速系统

知识要点：绕线型异步电动机双馈调速工作原理；绕线型异步电动机串级调速系统；串级调速的机械特性；串级调速系统的技术经济指标；双闭环控制的串级调速系统；串级调速系统的起动方式；绕线转子异步风力发电机组。

第4节同步电动机变压变频调速系统

知识要点：同步电动机的稳态模型与调速方法；他控变频同步电动机调速系统；自控变频同步电动机调速系统；同步电动机矢量控制系统；同步电动机直接转矩控制系统。

3、本章重点、难点

本章重点：变频调速的基本原理和正弦波脉宽调制（SPWM）；矢量控制的基本思想和磁场定向矢量控制系统的原理分析；无刷直流电动机的工作原理及驱动控制。

本章难点：生成SPWM的采样法；三相异步电动机的数学模型及转子磁通运算器；三相直流无刷电动机的换相原理。

4、本章学时数

本章教学时数：8学时，其中讲课8学时，实验0学时。

《传动控制系统》课程内容及学时分配表
知识单元		知识点		理论学时	实验学时	教学目标
序号	描述	序号	描述
1	直流调速系统概述	1	运动控制系统和直流调速系统组成；稳态调速指标D、S与直流调速系统机械特性（静特性）及关系	4	0	1、2
		2	开闭环机械特性；两特性比较
2	转速反馈控制的直流调速系统	1	转速反馈控制直流调速系统的数学模型；比例控制的直流调速系统；比例积分控制的无静差直流调速系统；直流调速系统的稳态参数计算、稳态误差分析	4	0	1、2、4
		2	转速反馈控制直流调速系统的过电流问题；带电流截止负反馈环节的直流调速系统
3	转速、电流反馈控制的直流调速系统	1	调速系统的组成；稳态结构图与参数计算	8	4	1、2、4
		2	调速系统的动态数学模型；动态过程分析
		3	控制系统的动态性能指标；调节器的工程设计方法；按工程设计方法设计转速、电流反馈控制直流调速系统的调节器
4	可逆控制直流调速系统	1	直流PWM可逆调速系统转速反向的过渡过程；直流PWM功率变换器的能量回馈；单片微机控制的PWM可逆直流调速系统	4	4	1、2、4
		2	V-M可逆直流调速系统的主回路及环流；V-M可逆直流调速系统的控制；转速反向的过渡过程分析
		3
5	交流调速系统	1	异步电动机稳态数学模型和调速方法；异步电动机调压调速；异步电动机变压变频调速；电力电子变压变频器；转速开环变压变频调速系统；转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统	8	0	1、2、4
		2	异步电动机动态数学模型的性质；异步电动机三相数学模型；坐标变换；异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型；异步电动机在正交坐标系上的状态方程
		3	绕线型异步电动机双馈调速工作原理；绕线型异步电动机串级调速系统；串级调速的机械特性；串级调速系统的技术经济指标；双闭环控制的串级调速系统；串级调速系统的起动方式；绕线转子异步风力发电机组
		4	同步电动机的稳态模型与调速方法；他控变频同步电动机调速系统；自控变频同步电动机调速系统；同步电动机矢量控制系统；同步电动机直接转矩控制系统
	总计			28	8

三、课内实践环节教学安排及要求

序号	实验（实践、上机）项目名称	项目目的及基本要求	学时	实验类型	备注
1	双闭环不可逆直流调速系统	了解闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理；熟悉调节器参数对系统动态性能的影响；掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。	4	综合性
2	逻辑无环流可逆直流调速系统	了解逻辑无环流可逆直流调速系统的静态特性和动态特性，熟悉逻辑无环流可逆直流调速系统的原理和组成；掌握各控制单元的原理、作用及调试方法；掌握逻辑无环流可逆直流调速系统的调试步骤和方法。	4	验证性

注：实验类型是指验证性、综合性、设计性，上机、课内实践等项目不需填写本项内容。

四、教学手段、方法建议

课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施。主要采用启发式教学法、项目驱动法、案例教学法、模块化教学法、翻转课堂等。

本课程课堂教学流程如图1所示。

五、课程考核方式及要求

本课程考核内容为支撑毕业要求对应的课程目标，主要考查毕业要1.3、2.2、3.1、4.1、4.2、4.3所对应的课程目标的达成情况。

（一）考核内容

传动控制系统基础知识、单闭环控制系统、多闭环控制系统、可逆及弱磁控制的直流调速系统、异步电机调速系统等相关专业知识的应用，以及复杂工程问题的分析问题和解决问题能力等。

（二）考核方式

1．考核方式：考试（√）；考查（）

2．成绩评定：

计分制：百分制（√）；五级分制（）；两级分制（）

3.总评成绩构成：

采用（N+2）考核模式：笔记考核（10）％；过程考核（40）％；结课考核（50）％

其中过程考核构成：随堂测试（40）％；习题作业（20）％；课堂表现（20）％；考勤考纪（20）％等。

六、课程教学目标达成情况评价分析

1. 定量评价

需要根据公式逐步计算出每项课程教学目标的达成度。

2. 定性分析

需要针对课程教学目标以及毕业要求分析以下内容：

（1）上次评价中存在的问题，这次改进的情况；

（2）该课程目前存在的问题，以及后续教学过程需要改进的措施。

七、建议教材及参考资料

建议教材：

《电力拖动自动控制系统-运动控制系统》，阮毅、陈伯时主编，机械工业出版社，第四版

参考资料：

1．《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，第三版

2．《电力拖动控制系统：运动控制系统》，李华德主编，电子工业出版社，2006年出版

八、课程教学目标与毕业要求关系表

毕业要求	指标点	电力电子技术
1．工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础、专业基础和专业知识用于解决电气工程及相关领域的复杂工程问题。	1.3 掌握电气工程领域的专业知识，能够对电气工程领域复杂工程问题的数学模型或解决方案进行比较、综合、优选，并提出改进思路。	M
2．问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献查阅、研究分析电气工程领域的复杂工程问题，获得有效结论。	2.2能够运用工程科学的基本原理，对电气工程领域的工程实际问题进行识别和准确表达，以满足电气运行维护、工程设计的需要。	H
3．设计/开发解决方案：针对电气工程相关领域的复杂工程问题，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。	3.1能够综合运用所掌握的专业知识、技术手段和开发工具，设计满足特定需求的产品或系统。	H
4．研究：能够基于科学原理并采用科学方法对电气工程领域的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。	4.1能够针对电气工程领域的工程实际问题进行初步的推理、建模与仿真分析。	H
	4.2能够运用科学方法设计实验方案、搭建实验平台、获取实验数据。	H
	4.3能够对实验结果进行合理分析、解释，通过信息综合得出合理有效的结论，完善解决方案，并反馈到工程设计和实践中。	H
5．使用现代工具：能够针对电气工程及相关领域的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。	5.1具有计算机熟练应用和电气图纸绘制的技能。
	5.2熟悉C语言、MATLAB、STEP7、PROTEUS、KEIL等软件仿真和在线硬件仿真工具的运用，能对工程问题进行模拟和预测，并理解其局限性。	M
	5.3能够根据工程实际问题检索文献、查询资料、合理选择技术。	L
6．工程与社会：能够基于电气工程领域的背景知识进行合理分析，评价复杂工程问题的解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。	6.1了解电气工程技术的发展现状与趋势，具有工程实习和社会实践的经历。
	6.2 认识工程问题与社会伦理道德联系，树立正确的工程伦理道德观，具备高度的责任感从事工程活动。
	6.3能够评价电气工程领域工程实际问题的解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并能正确理解由于这些影响所应当承担的责任。
7．环境和可持续发展：针对电气工程及相关领域的复杂工程问题，能够分析和评价工程实践对环境、社会可持续发展的影响。	7.1理解电气产品及工程项目运行对环境和社会可持续发展可能产生的影响。
	7.2能够从经济效益、社会效益、利用效率、污染以及安全隐患多个方面贯彻环境保护和社会可持续发展的理念。
	7.3理解电气工程及相关领域的工程实践活动对环境和社会的双重性，判断其可能对人类和环境造成损害的隐患。
8．职业规范：具有人文社会科学素养，社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行职责。	8.1 具有人文知识、思辨能力和科学精神。
	8.2了解国情，理解社会主义核心价值观，维护国家利益，具有推动民族复兴和社会进步的责任感。
	8.3能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行职责。
9．个人和团队：具有团队精神，能够在多学科背景下的团队承担个体、团队成员以及负责人的角色。	9.1对企业运作的模式有认知能力。
	9.2 能够主动与其他学科的成员合作，胜任团队成员的角色与责任。
	9.3 具有技术团队的构建、运行、协调和负责的能力。
10.沟通：能够就电气工程及其相关领域的复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。	10.1 具备就电气工程及其相关领域的工程实际问题进行人际交往和口头表达的能力。
	10.2 具有撰写设计文稿、技术总结报告及项目申请报告的能力。
	10.3 具备一定的外文文献阅读、理解能力和外语交流和沟通能力。
11.项目管理：理解并掌握工程管理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。	11.1 了解电气工程领域工程管理与经济决策基本知识，理解并掌握相应的工程管理与经济决策方法。
	11.2 能够在多学科环境中应用工程管理与经济决策方法进行工程设计与实践。
	11.3 具有初步的项目实施过程中的运行和管理能力。
12．终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。	12.1有积极向上的价值观，具备自主学习和终身学习的意识。
	12.2掌握自主文献检索、资料查询及运用现代信息技术跟踪并获取相关信息的基本方法。	L
	12.3能够针对个人或职业发展的需求，采用合适的方法自主学习、自我完善、可持续发展。	L

九、大纲说明

本教学大纲是根据《皇冠体育·(中国)官方网站课程教学大纲管理办法》的要求而编制，教学大纲仅作为指导和参考，而不作为约束教师的法规，要鼓励教师进行教学改革，教师可以根据课程的特点，针对学生的情况，对内容进行补充和修改

执笔人：姚颖

参加研讨人员：鲁永久、樊爱龙

审核人：关大陆

审批人：赵双元