安徽师范大学自动化本科专业运动控制系统课程大纲本科教学大纲

理论类课程大纲
课程名称:自动化
一、课程概况
所属专业: 自动化 开课单位： 物理与电子信息学院
课程类型: 专业方向课 课程代码: 0845320
开课学期: 6 学分： 3.5
学时： 60 核心课程: 是
拟使用教材：
阮毅，陈伯时.《运动控制系统》第 4 版. 机械工业出版社. 2010.1
国内(外)现有教材：
吴贵文.《运动控制系统》.机械工业出版社 2014-7
杨耕，罗应立.《电机与运动控制系统》第 2 版 清华大学出版社 2014-3
学习参考资料
电力电子技术 http://www.dldzjs.com/xx/
电气传动期刊 http://www.dqcdzz.cn/
中国电机工程学报 http://www.pcsee.org/CN/volumn/home.shtml
二、课程描述（300 字以内）
本课程是自动化专业学生的专业方向课程，课程是以交直流电动机为控制对
象，利用电力电子技术、计算机控制技术和自动控制原理等知识来实现对拖动系
统的控制，具有知识面宽，综合性和实践性强的特点；通过本课程学习，应该使
学生获得比较宽广的、巩固的有关电机拖动和自动控制的基本理论知识、相应的
分析计算能力以及一定的实验技能的训练；培养学生的系统概念以及培养学生应
用基本理论与方法进行工程设计的能力
三、课程目标
掌握电机运行过程中出现的一些现象的分析技巧，学会运用所学的理论知识
分析实际问题。
通过本课程的教学，要培养和提高学生对所学知识进行整理、概括、消化吸
收的能力，以及围绕课堂教学内容，阅读参考书籍和资料，自我扩充知识领域的
能力。
主要是通过作业和实验，清晰、整洁地表达自己解决问题的思路和步骤的能
力。
培养学生独立思考、深入钻研问题的习惯，和对问题提出多种解决方案、选
择不同设计方法。
掌握《运动控制系统》中的“工程设计”方法，使得学生的思维更切合工程
实际，有利于学生工程观念的培养。
四、教学要求
授课教师将按照学校本科教学工作有关要求做好课程教学各项工作，严格按
照课表规定的时间、地点上课，不迟到、不早退，将根据本大纲要求，认真备课
完成教案与讲稿编写等各项课前准备工作；授课过程力求内容充实、概念准确、
思路清晰、详略得当、逻辑性强、重难点突出，力戒平铺直叙、照本宣科，同时
重视对学生的学习方法指导和课堂教学效果信息的反馈，实现教与学的双向互
动；同时将结合课程目标要求，做好考核内容设计，并严格按照本大纲要求做好
出勤率统计、作业评价等各项工作。
学习是大学生自己的责任和义务，学生应根据课程大纲要求制定本门课程学
习计划，加强学业管理，严格自我要求，提升自主学习能力，主动适应课程学习
要求。参与课堂教学活动不迟到、不早退，无正当理由不请假，上课认真听讲，
不做任何与课堂教学无关事宜，不使用手机，积极与授课教师进行教学互动，同
时利用课余时间做好预习、复习、课外书籍阅读等工作，主动与同学开展合作学
习，认真完成任课教师布置的课程作业。
五、考核方式及要求
为实现课程教学目标，本门课程考核方式及要求为：出勤率及课堂表现占
10%，点到不少于 3 次，其中缺席 1 次，按无成绩计算；课程作业 6 次，按批改
成绩 10%折算后计入总成绩；期中考试 1 次，按卷面成绩 10%计入总成绩；实
践操作部分占 20%计入总成绩；期末考试占 50%计入总成绩。
六、课程内容
第一章：绪论
（授课时间：第六学期第一周）
教学目标：掌握运动控制系统的组成；了解运动控制系统的历史与发展；掌握控
制系统的转矩控制规律；掌握生产机械的负载转矩特性。
教学重点：控制系统的转矩控制规律；生产机械的负载转矩特性。
教学难点：控制系统的转矩控制规律。
学 时：课堂教学 2 学时，课外自主学习时间不少于 1 学时
教学方法：讲授法、演示法
主要内容：（1）运控控制系统及其组成
（2）运控控制系统的历史与控制规律
（3）转矩控制规律
（4）生产机械的负载转矩特性
学习方法：小组讨论、课堂练习
课后作业：无
第二章：转速反馈控制的直流调速系统
（授课时间：第六学期第一周）
教学目标：掌握两种可控直流电源；掌握稳态调速性能指标（调速范围与静差率）
之间关系；掌握直流电动机稳态数据模型及动态数据模型；掌握比例
积分控制直流调速系统；掌握转速检测的数字化方法；掌握数字 PID
控制算法；掌握直流调速系统的过流保护。
教学重点：两种可控直流电源传递函数推导；调速范围与静差率之间关系；直流
电动机数学模型；M 法、T 法及 M/T 法三种数字测速方法；增量式
数字 PID 算法；过流保护措施。
教学难点：晶闸管可控直流电源失控时间的理解；直流电动机的动态数据模型推
导；M/T 数字测速方法的理解及算法实现；增量式 PID 控制算法。
学 时：课堂教学 8 学时，课外自主学习时间不少于 6 学时
教学方法：讲授法、演示法
主要内容：（1）直流调速系统用的可控直流电源
（2）稳态调速性能指标和调速系统的机械特性
（3）转速反馈控制的直流调速系统
（4）直流调速系统的数字控制
（5）转速反馈控制直流调速系统的限流保护
学习方法：小组讨论、课堂练习
课后作业：完成教材第 57 页练习题 5、6、9、12、13 并在下周课前提交
第三章：转速、电流反馈控制的直流调速系统
（授课时间：第六学期第四周）
教学目标：掌握转速、电流双闭环直流调速系统的数学模型；掌握转速、电流双
闭环直流调速系统的起动分析及抗干扰分析；掌握典型Ⅰ型系统和典
型Ⅱ型系统的工程设计方法；掌握转速调节器和电流调节器的工程设
计方法。
教学重点：双闭环直流调速系统的动态数学模型；转速调节器和电流调节器的输
出限幅设置；双闭环直流调速系统的起动分析；典型Ⅰ型系统和典型
Ⅱ型系统的工程设计方法；典型两种可控直流电源传递函数推导；转
速调节器和电流调节器的工程设计方法
教学难点：双闭环直流调速系统起动三阶段的分析，电流和转速动态变化过程；
工程设计方法典型形式；工程近似处理；电流调节器的工程设计；转
速调节器的工程设计。
学 时：课堂教学 8 学时，课外自主学习时间不少于 8 学时
教学方法：讲授法、演示法
主要内容：（1）转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性
（2）转速、电流双闭环直流调速数学模型
（3）转速、电流双闭环直流调速系统的起动分析
（4）双闭环直流调速系统的工程设计方法
学习方法：小组讨论、课堂练习
课后作业：完成教材第 94 页练习题 6、7、8、9、10、11 并在下周课前提交
第四章：可逆控制和弱磁控制的直流调速系统
（授课时间：第六学期第七周）
教学目标：掌握桥式可逆 PWM 变换器主电路；掌握直流 PWM 可逆调速系统的
控制及分析；掌握单片机 PWM 可逆直流调速系统的主要组成。
教学重点：直流 PWM 可逆调速系统的四象限运行分析。
教学难点：直流 PWM 可逆调速系统的四象限运行分析及波形绘制。
学 时：课堂教学 2 学时，课外自主学习时间不少于 2 学时
教学方法：讲授法、演示法
主要内容：（1）桥式可逆 PWM 变换器主电路
（2）直流 PWM 可逆调速系统分析
（3）直流 PWM 功率变换器能量回馈及单片机控制直流调速系统
学习方法：小组讨论、课堂练习
课后作业：无
第五章：基于稳态模型的异步电动机调速系统
（授课时间：第六学期第八周）
教学目标：掌握异步电动机的稳态数学模型；掌握异步电动机的调压调速；掌握
异步电动机的变频调速；掌握恒压频比调速原理；掌握三种基频以下
的电压补偿控制；掌握 SPWM 调制技术；掌握 SVPWM 调制技术；
掌握转速开环变压变频调速系统；掌握转速闭环转差频率控制的变压
变频调速系统。
教学重点：异步电动机的调压调速；异步电动机的变频调速；三种基频以下的电
压补偿控制； SPWM 调制技术； SVPWM 调制技术；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。
教学难点：异步电动机的变频调速；三种基频以下的电压补偿控制； SPWM 调
制技术； SVPWM 调制技术；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。
学 时：课堂教学 14 学时，课外自主学习时间不少于 14 学时
教学方法：讲授法、演示法
主要内容：（1）异步电动机的稳态数学模型和调速方法
（2）异步电动机的调压调速
（3）异步电动机的变压变频调速
（4）交直交 PWM 变频器主电路
（5）正弦波脉宽调制（SPWM）技术
（6）电压空间矢量 PWM（SVPWM）控制技术
（7）转速开环变压变频调速系统
（8）转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统
学习方法：小组讨论、课堂练习
课后作业：完成教材第 153 页练习题 1、2、3、6、7、12、15 并在下周课前提交
第六章：基于动态模型的异步电动机调速系统
（授课时间：第六学期第十二周）
教学目标：掌握异步电动机的动态数学模型；掌握坐标变换的基本思想，三相-
两相坐标系的变换，静止-旋转坐标系的变换；掌握异步电动机在正
交坐标系上的动态数学模型；掌握异步电动机在正交坐标系上的状态
方程；掌握 M-T 坐标系矢量控制调速系统；掌握直接转矩控制调速
系统；
教学重点：异步电动机动态数学模型表达式（电压方程、磁链方程、转矩方程）；
三相-两相坐标系的变换，静止-旋转坐标系的变换；正交坐标系状态
方程；转子磁链定向的 m-t 坐标系矢量控制；定子磁链定向的 d-q 坐
标系直接转矩控制；转子磁链计算模型；转矩计算模型。
教学难点：坐标变换；正交坐标系上的动态数学模型；正交坐标系状态方程；转
子磁链定向的 m-t 坐标系矢量控制；定子磁链定向的 d-q 坐标系直接
转矩控制。
学 时：课堂教学 10 学时，课外自主学习时间不少于 10 学时
教学方法：讲授法、演示法
主要内容：（1）异步电动机动态数学模型的性质
（2）异步电动机的三相数学模型
（3）坐标变换（3/2 变换、2s/2r 变换）
（4）异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型
（5）异步电动机在正交坐标系上的状态方程
（6）异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统
（7）异步电动机按定子磁链控制的直接转矩控制系统
学习方法：小组讨论、课堂练习
课后作业：完成教材第 202 页练习题 1、2、4 并在下周课前提交
第八章：同步电动机变压变频调速系统
（授课时间：第六学期第十五周）
教学目标：掌握同步电动机的稳态模型与调速方法；掌握他控变频同步电动机调
速系统；掌握自控变频同步电动机调速系统。
教学重点：同步电动机的调速方法；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。
教学难点：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。
学 时：课堂教学 4 学时，课外自主学习时间不少于 4 学时
教学方法：讲授法、演示法
主要内容：（1）同步电动机的稳态模型与调速方法
（2）他控变频同步电动机的调速系统
（3）自控变频同步电动机的调速系统
学习方法：小组讨论、课堂练习
课后作业：完成教材第 249 页练习题 1、5 并在下周课前提交