山大《运动控制系统》理论教学大纲

1、山东大学 控制科学与工程学院 学院运动控制系统理论教学大纲编写人：段彬 审定人：陈阿莲编制时间： 2017年03月 审定时间：2017年04月一、课程基本信息：课程名称运动控制系统英文名称Motion Control System课程编码sd01732310开课单位控制科学与工程学院课程类别通识教育必修课程 通识教育核心课程 通识教育选修课程 学科基础平台课程 专业基础课程 专业必修课程 专业选修课程课程性质必修 选修学分3学时54适用专业自动化先修课程电子技术基础、电机与拖动、电力电子技术、自动控制原理、自动检测技术、微机原理与接口技术等后续课程毕业实习、毕业设计等课程网站/ACS.html

2、教学团队陈阿莲、段彬、孙波、高芳红课程负责人陈阿莲二、课程描述运动控制系统是自动化、电气工程及其自动化专业的核心课程之一，是一门应用科学课程。本课程与先修课程联系紧密，涉及到的知识领域极其广泛，具有很强的理论性，同时又具有突出的工程实践性。该课程的研究对象是生产实践中应用广泛的运动控制系统，包括调速和自动控制系统，具有理论联系实际的突出特点，对自动化专业学生掌握专业知识和技能，提高理论联系实际的能力起着重要的作用，并为今后的工作打下基础。运动控制系统是自动控制类专业的专业课程，与前续课程联系紧密，涉及到的知识领域极其广泛，具有很强的理论性，同时又具有突出的工程实践性。本课程以“电机学”、“电子

3、学”、“变流技术”、“电机拖动”为基础，以“Simulink”为主要研究工具，以“可编程控制器”、和“微型计算机或单片机”为主要控制器件，以“传统控制理论和智能控制理论” 为指导。该课程的研究对象是生产实践中应用广泛的运动控制系统，包括调速和自动控制系统，具有理论联系实际的突出特点，对自动化技术专业学生掌握专业知识和技能，提高理论联系实际的能力，起着重要的作用，并为今后的工作打下基础。遵循以学生为主体，以教师为主导的教育理念，针对理论教学和实践教学的不同特点，合理进行教学设计，推进教学方法和教学手段改革，恰当运用现代教育技术，有效调动学生的学习积极性，激发学生的学习兴趣，提高教学效果。在国内首

4、次提出并首次将“运动控制系统的构造方法与理论”应用到自动控制系统的教学中，使原来凭经验设计自动控制系统线路的方法，变成了用定理、用公式设计的过程。教学最突出的特点是：授课程时注重结合工程实际；注重典型工程案例的教学；注重引进新的成熟科研成果到课堂；注重培养学生创新能力；注重毕业设计课题都来源于实际工程。以多媒体课件教学为主，使用程度非常熟练；主要特点是：公式、文字具有板书效果和高于板书的动画层次感；静止的图形动态化；抽象的理论视觉化。提高了学生的学习和钻研问题的兴趣，扩展了学生的知识面，较好解决了知识膨胀与课堂学时紧张的矛盾，受到了听课学生的高度评价。重视实习实训基地建设，整合实践教学资源，使

5、其能够更好地满足创新型人才培养要求。强化实践教学环节，创新实践教学模式，提高实践教学质量，切实提高大学生的实践能力和创新能力。“自动控制系统网络传动”实验装置的研制与开发， 2008年获山东大学教学成果二等奖。共制造了8套，从2004年开始每年为自动化专业的本科学生180人和从事运动控制研究的研究生利用该装置作10个学时的五个自动控制系统实验项目。三、课程教学目标及其对毕业要求的重点支持本课程重点研究运动控制系统和网络运动控制系统的构造过程、组成方法和应用技术，研究解决系统形成后，在实际应用中所出现的一些实际问题；熟悉人机界面设计的初步知识、计算机仿真调试、实际调试自动控制系统和网络运动控制系

6、统的一些基本方法和技术。通过本课程的教学，不仅使学生掌握各运动控制系统的工作原理，同时对学生系统掌握自动化专业知识和技能，提高其理论联系实际的能力，意义重大，可为学生在今后的工作和科研夯实基础【1.4, 1.5, 2.1, 2.2，3.4，4.1】。具体分析如下：1、培养学生使用相关计算机软硬件的能力，并使学生能将其应用在自动控制系统分析；【1.4】2、培养学生综合应用相关先修课程知识的能力，能够将先修的各学科知识综合用于解决自动控制系统的复杂问题；【1.5】3、培养学生的洞察能力，使学生能够针对复杂自动控制系统的工程，发现并准确表达其中的问题；【2.1】4、培养学生分析复杂自动控制系统工程的

7、能力，使其能将自动控制系统中的关键环节和各个参数分析透彻；【2.2】5、培养学生进行仿真实验和建立模型的能力，能够运用计算机软件（如Simulink等）进行自动控制系统特性的综合分析；【3.4】6、培养学生具有自主采用科学方法来研究和解决自动控制系统复杂工程问题的能力。【4.1】四、课程教学内容及学时分配1、自动控制系统的构造方法（10学时）【1.5，2.1，2.2，3.4，4.1】1.1 物体运动控制系统(线路)的设计方法1.2 恒值控制系统的形成方法1.3 智能控制系统设计简介目标及要求：通过学习一般概念，学生充分了解自动控制系统的构造方法等知识，如步进逻辑公式法等，为后续学习自动控制系统

8、相关知识打下基础。教学和学习建议：建议教师结合教学课件采用包含工程实例的多媒体教学方式；学生学习时应注意与联系实际，掌握专业知识和技能。教学/考核难点重点：步进逻辑公式法、最小程序步判定定理、抑制定理、反馈定理、多环组合定理。2、闭环控制的直流调速系统及计算机仿真（10学时）【1.4，1.5，2.1，2.2，3.4】2.1 开环调速控制系统构造过程及其静特性2.2 单闭环调速控制系统的动静态分析2.3 电压负反馈电流补偿控制的调速系统2.4 Simulink建模与仿真技术2.5 PID调节器的控制规律分析2.6 单闭环运动控制系统的应用实例分析目标及要求：通过本章学习，学生能够熟练掌握如何按照

9、生产工艺所提出的静态指标要求设计控制系统；学会使用物体恒值相关控制理论和方法，解决生产工艺所提出的静态指标要求的问题，并学会MATLAB/Simulink的使用技巧和方法，有助于学生掌握“仿真分析实验验证”的正确科学思维和科学方法。教学和学习建议：建议教师授践结合，结合教学课件采用多媒体教学和软件实时编程教学的方式，激发学生兴趣，引导学生自主实践；学生应注意掌握专业知识和技能，课下自主实践练习。教学/考核难点重点：转速单闭环运动控制系统的构造过程及工作原理。3、多闭环调速控制系统构造及PROFIBUS网络组态（8学时）【1.4，1.5，2.1，2.2，3.4，4.1】3.1 转速、电流双闭环调

10、速控制系统及其静特性3.2 转速、电流双闭环调速控制系统的动态性能及其仿真3.3 无转速超调的转速电流双闭环控制系统3.4 多环调速控制系统的构造过程及性能分析3.5 弱磁控制的直流调速控制系统3.6 PROFIBUS通信和网络组态 目标及要求：通过本章节学习，学生将能够设计控制系统，不仅使其满足生产工艺的静态指标要求，而且能满足生产工艺的动态指标要求，同时学习现场总线在控制系统中的应用。教学和学习建议：建议教师结合教学课件采用多媒体教学的方式 ；学生学习时应注意掌握专业知识和技能。教学/考核难点重点：电流双闭环调速控制系统、多闭环控制系统的构造过程及工作原理。4、可逆调速控制系统及全数字调速

11、控制器（6学时）【1.5，2.1，2.2，3.4】4.1 晶闸管-电动机系统的可逆线路及其回馈制动4.2 可逆线路中的环流及其抑制措施4.3 有环流可逆调速控制系统及其控制系统仿真4.4 无环流可逆调速系统及控制系统仿真4.5 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真目标及要求：通过本章学习，学生能掌握反并联可逆调速控制系统的构造过程及工作原理、直流脉宽调速控制系统的构造过程及工作原理和可逆脉宽调速系统的构造过程及工作原理，并且理解和张波最优制动控制思想。本章内容有助于学生掌握正确的科学思维方法和科学研究方法。教学和学习建议：建议教师结合教学课件采用多媒体教学方式；学生学习时应掌握专业知识和技能，

12、并通过实验深化熟练。教学/考核难点重点：有环流可逆调速控制系统的构造过程、逻辑无环流可逆调速控制系统的构造过程及工作原理。5、调速器的使用方法及常见故障维修（2学时）【2.2】5.1 全数字直流调速器的结构与控制系统软件组态5.2 直流调速器常见故障的处理目标及要求：通过本章节学习，学生能掌握直流调速器的相关基本知识。本章内容有助于学生掌握正确的科学思维方法和科学研究方法。教学和学习建议：建议教师结合教学课件采用多媒体与实物对比的教学方式；学生学习时应注意掌握专业知识和技能。教学/考核难点重点：全数字控制系统的基本组态方法。6、系统的人机界面设计及触摸屏的使用方法（6学时）【1.4】6.1 人

13、机界面研究的内容及常用认知心理学知识6.2 控制系统装置人机界面的色彩搭配6.3 显示与控制界面的设计原则6.4 触摸屏工作原理及MT500使用入门6.5 MT500与XP270触摸屏常见技术问题的解决方法6.6 WinCC Flexible使用简介目标及要求：通过本章的学习，学生能够掌握现代控制系统人机界面（HMI）的设计方面的基础知识。本章内容有助于学生掌握正确的科学思维方法和科学研究方法。教学和学习建议：建议教师结合教学课件采用多媒体教学的方式；学生学习时应注意掌握专业知识和技能，并注意在实习实践中观察分析。教学/考核难点重点：控制系统界面设计的基本要素。7、运动控制系统工程实例（2学时

14、）【1.4，1.5，2.1，2.2，4.1】目标及要求：通过本章学习，学生能够将前六章的内容集成应用。由于前六章的内容在本章形成一个整体，组成能满足生产工艺要求的自动控制系统，因此，学生将主要学到主电路和控制电路的电气原理、关键设计技术和调试技巧。本章内容有助于学生提高其对所学知识的系统综合能力，掌握正确的科学思维方法和科学研究方法。教学和学习建议：建议教师结合教学课件，采用工程实例照片或视频与多媒体教学的方式；学生学习时应注意与实际挂钩，深化掌握专业知识和应用技能。教学/考核难点重点：自动控制系统的设计过程及步骤。五、各章教学目标及要求与毕业要求的对应关系表毕业要求1.4毕业要求1.5毕业要

15、求2.1毕业要求2.2毕业要求3.4毕业要求4.1第一章XXXXX第二章XXXXX第三章XXXXXX第四章XXXX第五章X第六章X第七章XXXXX六、教学方法在教学上，遵循以学生为主体、以教师为主导和授践结合的教育理念，针对理论教学和实践教学的不同特点，合理设计教学各环节，推进教学方法和教学手段改革，恰当运用现代教育技术，有效调动学生的学习积极性，激发学生的学习兴趣，提高教学效果。在国内首次将“运动控制系统的构造方法与理论”应用到自动控制系统的教学中，使原来仅凭经验设计自动控制系统线路的方法，转变为采用定理、公式设计的科学过程。本课程教学最突出的特点是：授课程时注重与实际工程结合，即注重典型工

16、程案例的教学；注重引进新的科研成果到课堂；注重培养学生分析、解决问题和创新的能力：（1）以多媒体课件教学为主，使用程度非常熟练；主要特点是：公式、文字具有板书效果和高于板书的动画层次感；静止的图形动态化和工程视频；抽象的理论视觉化。提高了学生学习和钻研问题的兴趣，扩展了学生知识面，较好解决了知识膨胀与课堂学时紧张的矛盾，受到了听课学生的高度评价。（2）重视整合实践教学资源，使其能够更好地满足创新型人才培养要求。强化实践教学环节，创新实践教学模式，提高实践教学质量，切实提高大学生的实践能力和创新能力。七、考核及成绩评定方式【考核方式】：包括过程考核(课堂提问、小组讨论、章节习题等)、实验考核（实

17、验报告、开卷）期末考试（笔试、闭卷）等。【成绩评定】：其中过程考核占20%，实验考核占10%，期末考试70%。【考核对毕业要求的支撑】表6.1 考核对毕业要求的支撑一级指标二级指标考核点1考核点2考核点3考核点4考核点5考核点6考核点7考核点811.41.522.12.233.444.1在表6.1中：考核点1为：步进逻辑公式法和最小程序步判定定理的理解及应用考核点2为：抑制定理、反馈定理和多环组合定理的理解及应用考核点3为：转速单闭环和转速、电流双闭环调速控制系统及多闭环控制系统的构造过程及工作原理考核点4为：有环流可逆调速控制系统的构造过程、逻辑无环流可逆调速控制系统的构造过程及工作原理考核点5为：全数字控制系统的组态方法与故障处理、自动控制系统通用仿真软件的使用考核点6为：自动控制系统的人机界面设计原则和方法及触摸屏画面的组态原理考核点7为：现场总线通信技术及Profibus在自动控制系统中的应用考核点8为：自动控制系统的设计原则及步骤八、教材及参考资料教材：运动控制系统工程，曾毅、陈阿莲，北京：机械