《运动控制技术》教学大纲

1、运动控制技术课程教学大纲一、课程基本信息英文名称Motion Control Technology课程代码IMEE1018课程性质专业必修课程授课对象智能制造工程专业学分2学时30+6指定教材电力拖动自动控制系统-运动控制系统(第5版)，阮毅杨影陈伯时杨耕，机械工业出版社二、课程目标（一）总体目标：运动控制系统是智能制造工程专业的一门专业必修课程。本课程针对智能制造工程专业的特点，以直流电机的单闭环和双闭环基础知识为主，同时结合电力电子技术、电机原理和单片机控制技术，并且以实际应用为导向，培养学生运用闭环调速系统解决电气领域实际工程问题的能力。（二）课程目标：运动控制系统综合运用电机和自动控制

2、原理，实现单闭环和双闭环调速系统的建模与控制。本课程的主要内容包括：单闭环直流调速系统、双闭环直流调速系统、数字直流调速系统。通过对控制理论和控制装置的建模分析，使学生掌握具体闭环调速系统的设计能力，并通过实验，培养学生设计仿真和解决实际问题的能力。课程目标1：掌握直流调速系统的基本组成及原理，培养分析系统各个组成模块的能力；课程目标2：掌握利用已学电机学、自控原理、电子技术、单片机技术等已学知识与技能，构建具体的单闭环和双闭环直流调速系统的反馈与控制环节，从分析系统过渡到设计系统；课程目标3：熟悉掌握MATLAB等仿真工具辅助分析与设计直流调速系统的技能，为将来的工程应用做好技术上的准备，同

3、时培养学生理论结合实际的工程实践能力。（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表课程目标课程子目标对应课程内容对应毕业要求课程目标11能恰当使用计算机软件及仿真工具，完成电气和自动化工程项目的模拟和仿真。毕业要求3 3-1能针对复杂问题进行调研和分析并明确方案目标及约束条件，完成智能制造系统架构分析和整体解决方案的设计课程目标21掌握利用已学电机学、自控原理、电子技术、单片机技术等已学知识与技能，构建具体的单闭环和双闭环直流调速系统的反馈与控制环节，从分析系统过渡到设计系统。毕业要求1 1-1掌握专业所需的数理知识，能用于专业问题的理解、建模、分

4、析与求解；课程目标31熟悉掌握MATLAB等仿真工具辅助分析与设计直流调速系统的技能，为将来的工程应用做好技术上的准备，同时培养学生理论结合实际的工程实践能力。毕业要求44-2能够选用或搭建实验装置或仿真系统，采用科学的实验方法，安全地开展实验；4-3能正确采集、处理实验和仿真数据，对实验结果进行关联、分析和解释，通过信息综合获取合理有效的结论。三、教学内容第一章绪论1.教学目标1)掌握运动控制系统的研究对象和工程应用的背景；2)了解直流调速系统的工程应用的地位和现状；3)了解课程的主要教学内容、学习方法和主要参考资料。2.教学重难点运动控制系统的研究对象和工程应用。3.教学内容1)运动控制系

5、统概述2)直流调速的不同方法和性能比较3)本课程的教学内容、课程特点和学习要求4.教学方法讲授法：相关概念及理论框架。第二章转速开环控制的直流调速系统1.教学目标1)了解技术发展过程中出现的三类可控直流电源；2)掌握V-M系统的组成原理和传递函数；3)掌握不同用途的PWM系统的组成原理和传递函数；2.教学重难点直流调速的原理及性能比较，V-M系统的组成原理，以及PWM系统的组成原理和传递函数。3.教学内容1)晶闸管整流器和直流电动机系统的工作原理及调速特性2)PWM变换器电动机系统的工作原理及调速特性3)稳态调速性能指标和开环系统存在的问题4.教学方法讲授法：相关概念及理论框架。课题讨论：简要

6、介绍直流调速和交流调速的区别与关系。5.教学评价问题提问、课后作业：强化直流调速原理、方法、性能的理解。第三章转速闭环控制的直流调速系统1.教学目标1)掌握单闭环调速系统的原理、结构和稳态与动态分析方法；2)掌握电流截止负反馈的设计与分析方法。2.教学重难点掌握单闭环调速系统的原理、结构和稳态与动态分析方法。3.教学内容1)反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计2)反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计 3)比例积分控制规律和无静差调速系统4.教学方法讲授法：相关概念及理论框架。课题讨论：稳态分析中的定量计算问题。5.教学评价问题提问、课后作业：根据积分控制器的原理，分析为什么PI控制器可

7、以做到无静差控制。第四章转速、电流双闭环控制的直流调速系统1.教学目标1)掌握双闭环调速系统的硬件组成； 2)掌握双闭环调速系统的数学模型的建立方法； 3)了解典型系统的分析与近似方法； 4) 掌握电流调节器和转速调节器的设计方法2.教学重难点双闭环调速系统的数学模型和动态性能。3.教学内容1)双闭环调速系统的组成及其静特性2)双闭环调速系统的数学模型和动态性能分析3)调节器的工程设计方法4)按工程设计方法设计双闭环系统的调节器4.教学方法讲授法：相关概念及理论框架。案例教学方法：双闭环系统设计与建模分析课题讨论：双闭环起动过程的细节分析。5.教学评价问题提问、课后作业：调节器的工程设计方法。

8、第五章直流调速系统的数字控制直流调速系统的数字控制1.教学目标1)了解数字直流调速系统的组成结构；2)熟悉程序结构，掌握中断服务子程序的流程图；3)掌握三种数字测速方法和三种滤波方法；4)掌握数字PI调节器的推导过程。2.教学重难点直流调速系统控制原理、数字PI调节器的设计方法。3.教学内容1)微型计算机数字控制的主要特点2)数字直流调速系统的硬件和软件3)数字测速和滤波4)数字PI控制器4.教学方法讲授法：相关概念及理论框架。课题讨论：结合单片机的中断知识，深入学习数字测速方法。实验教学：双闭环直流调速系统的MATLAB仿真5.教学评价问题提问、课后作业：数字PI控制算法的实现过程。四、学时

9、分配表2：各章节的具体内容和学时分配表章节章节内容学时分配第一章绪论2第二章转速开环控制的直流调速系统8第三章转速闭环控制的直流调速系统8第四章转速、电流双闭环控制的直流调速系统6第五章直流调速系统的数字控制6+6总计30+6五、教学进度表3：教学进度表周次日期章节名称内容提要授课时数作业及要求备注1绪论运动控制系统的研究对象及背景2根据课后习题掌握运动控制系统概念无2-5转速开环控制的直流调速系统直流调速的原理及PWM系统传递函数8掌握机械特性曲线的含义和绘制方法，以此分析调节电枢电压方法的优势。无6-9转速闭环控制的直流调速系统单闭环调速系统的原理、结构和稳态与动态分析方法8根据课后习题，

10、掌握稳态分析中的定量计算问题。无10-12转速、电流双闭环控制的直流调速系统双闭环调速系统的数学模型和动态性能61)用MATLAB仿真双闭环调速系统；2)利用仿真解决课后习题；无13-17直流调速系统的数字控制利用MATLAB/SIMULINK建模双闭环直流调速系统并进行分析6+6数字PI控制算法的编程实现。无六、教材及参考书目1电力拖动自动控制系统-运动控制系统(第5版)，阮毅杨影陈伯时杨耕，机械工业出版社2洪乃刚，电力电子、电机控制系统的建模和仿真，机械工业出版社，2010.3。3尔桂花，运动控制系统，清华大学出版社，2015.5。七、教学方法在教学方式上，根据具体教学内容，综合运用课堂讲

11、授和演示、课堂讨论、课堂练习、发现学习法和自学指导法，通过引入问题和启发式教学，使学生更加明确教学内容的知识体系，引导学生主动学习，激发内在学习动机，提高课堂的积极性。在目前的实验教学条件基础上，及时采用随堂仿真，强化所学知识的理解和运用，培养学生解决实际问题的能力。在实验教学过程中，引导学生发现问题，思考解决方案，为后续教学内容作铺垫。在教学中采用讲授法、演示法和实验练习法相结合，将抽象问题具体化。在讲授原理的基础上，利用MATLAB仿真增强直观性认识。八、考核方式及评定方法（一）课程考核与课程目标的对应关系表4：课程考核与课程目标的对应关系表课程目标考核要点考核方式课程目标1能恰当使用计算

12、机软件及仿真工具，完成电气和自动化工程项目的模拟和仿真。平时作业及期中测验，期末闭卷笔试课程目标2掌握利用已学电机学、自控原理、电子技术、单片机技术等已学知识与技能，构建具体的单闭环和双闭环直流调速系统的反馈与控制环节，从分析系统过渡到设计系统。平时作业及期中测验，期末闭卷笔试课程目标3熟悉掌握MATLAB等仿真工具辅助分析与设计直流调速系统的技能，为将来的工程应用做好技术上的准备，同时培养学生理论结合实际的工程实践能力。仿真实验及报告（二）评定方法1评定方法平时成绩20%，期中成绩40%，期末成绩40%。2课程目标的考核占比与达成度分析表5：课程目标的考核占比与达成度分析表考核占比课程目标平时期中期末总评达成度课程目标120%40%40%达成度=实际测评结果/对应总分课程目标220%40%40%课程目标320%40%40%（三）评分标准课程目标评分标准90-10080-8970-7960-6960优良中合格不合格ABCDF课程目标1-3知识及概念掌握全面，运用得当。解题过