《自动控制系统》课程教学大纲

PAGEPAGE5《自动控制系统》课程教学大纲（2009级）课程编号：06110700适用专业：自动化专业学时数：48学分数：3执笔者：郑征、乔美英、陶慧编写日期：2009.7.10课程的性质和目的自动控制系统是电气工程及自动化专业的专业课。该课程是一门与生产紧密相关的专业课程，本课程所介绍的理论和方法广泛适用于各种控制系统，尤其在计算机得到普及的今日，本课程的作用和地位更显重要。通过本课程的学习使学生掌握自动控制系统的基本理论和方法，能为机械设备选择配套电气传动系统及其自动化控制装置，并能提供符合负载特性要求的合理调速方案。教学内容本课程主要讲解控制系统的基本规律，包括直流闭环系统，直流多环系统，直流可逆系统，调速系统的工程设计，交流异步电机变压变频调速系统，交流异步电机其它调速方法。直流多环系统，直流可逆系统，以及异步电动机的矢量控制是本课程的重点和难点所在。直流单闭环调速系统（5学时）了解学科的性质与课程的任务，课程的特点；自动控制系统的发展概况；直流调速系统和交流调速系统的比较；交流调速系统的复杂性，主要的应用领域与研究方向；交直流调速系统的分类及系统构成等等。了解晶闸管供电电动机调速系统的特点，掌握单闭环调速系统的基本性质以及积分调节器的特性。掌握晶闸管-电动机系统（V-M系统）的特点；重点掌握反馈控制闭环直流调速系统的稳态、动态和稳定性分析；理解利用比例积分控制规律实现系统的无静差调速。多环控制的直流调速系统（3.5学时）了解单环直流调速系统存在的问题；掌握转速、电流双闭环直流调速系统的基本原理及动态特性与静特性，重点理解双闭环调速系统中转速与电流环两个调节器的作用。熟悉直流电机双域控制系统。能熟练计算系统中静态参数、会分析系统的自动调节过程。直流可逆调速系统（6.5学时）了解几种V-M系统的可逆线路和工作状态；掌握有环流可逆系统中的环流及其控制方法；理解电枢可逆有环流调速系统及其控制方法；磁场可逆系统的基本工作原理。理解逻辑无环流可逆调速系统的基本控制原理、控制环节及其实现方法。直流调速系统的工程设计（3学时）了解直流调速系统工程设计的原则。理解几种典型系统的频率特性及时域与频域性能指标的区别与联系。明确典型I型与典型Ⅱ型系统抗扰性能指标和参数的关系。熟悉掌握按工程设计方法设计双闭环系统的调节器的方法。数字化直流调速系统（2学时）了解数字控制调速的基本特点，理解数字触发器的基本工作原理、了解微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件设计，数字直流可逆调速系统的基本工作原理,掌握数字调节器软件实现的方法。第六章异步电动机变压变频调速系统（3学时）了解交流调速的基本类型，了解转速开环、恒压频比系统组成及基本要求，掌握变压变频调速系统的组成及工作原理。掌握异步电动机电压、频率协调控制的稳态机械特性，理解转速开环、恒压频比控制的变频调速系统，了解转速闭环转差频率控制的变频调速系统。第七章交流异步电动机的其他调速方法（7.5学时）理解交流调压调速及绕线型斩波调速方式，了解绕线型异步电动机转差功率回馈型调速系统次同步电动状态下串级调速系统，了解异步电动机双馈调速的几种工作方式。第八章交流异步电动机矢量控制（3学时）理解空间矢量基本概念异步电动机按磁通定向的矢量控制原理，了解坐标变换原理异步电动机按磁通定向的矢量控制系统。实验与课程设计（13.5学时）安排实验8学时，掌握双闭环调速系统转速调节器、速度调节器调试方法，掌握闭环调速系统性能测试方法、双闭环系统静特性测试及系统仿真等。课程设计5学时，围绕直流不可逆调速系统选题设计，掌握工程设计方法、参数计算与器件选型、线路搭建与试验测试、得到工程设计的基本训练。课程学习论文报告0.5学时，通过本部分的学习，要求学生掌握学术论文的类型、选题、论文材料的搜集与处理，达到撰写学术论文的目的。实验部分(8学时)基础性实验：直流电机机械特性测试单结晶体管触发电路与单相半控桥式整流电路的研究三相集成触发电路及三相全控桥式整流电路的研究SPWM工作原理仿真演示综合性实验：小功率直流稳压调速系统的研究双闭环直流调速系统调试及机械特性研究单相交流调压电路和恒温控制系统的研究直流双闭环启动过程仿真实验研究单闭环直流调速系统仿真演示双闭环直流调速系统仿真演示恒压频比变频调速系统仿真演示矢量控制系统仿真实验SPWM变频调速系统实验设计性实验：直流数字双闭环调速系统的设计交流变频调速控制系统的设计说明：基础性实验中选做4学时，综合性实验中选做4学时，设计性实验与部分仿真实验学生课外根据兴趣选做，不占实验学时。课程设计部分（5学时）通过课程设计使学生巩固本课程所学的控制系统基本原理，培养学生综合运用所知识和技能去分析和解决工程技术问题的能力，建立正确的设计思想。课程设计的具体任务为根据具体设计数据，完成以下几大部分内容的设计任务。（一）系统各环节选型1、主回路方案确定。2、控制回路选择：给定器、调节放大器、触发器、稳压电源、电流截止环节，调节器锁零电路、电流、电压检测环节、同步变压器接线方式（须对以上环节画出线路图，说明其原理）。（二）主要电气设备的计算和选择1、整流变压器计算：变压器原副方电压、电流、容量以及联接组别选择。2、晶闸管整流元件：电压定额、电流定额计算及定额选择。3、系统各主要保护环节的设计：快速熔断器计算选择、阻容保护计算选择计算。4、平波电抗器选择计算。（三）系统参数计算1、电流调节器ACR中计算。2、转速调节器ASR中计算。3、动态性能指标计算。（四）画出双闭环调速系统电气原理图。使用A1或A2图纸，并画出动态框图和波德图（在设计说明书中）。课程学习论文报告（0.5学时）学术论文的类型、学术论文的选题、学术论文的查找及材料的整理、学术论文的撰写。课程的基本要求由于该课程具有系统性强，图表多等特点，本课程制作有网络多媒体课件，提高课堂利用率，同时对难点之处，用多媒体讲解时不能完全表达教师之意时，采用黑板上讲解。另外在讲解直流双闭环系统时，为提高学生的思维、分析能力，课前给学生提出预习讨论题目，让学生上台讲解，同时给论出文题目，教学生学习如何撰写专业论文。每章后给出适当的作业，加深其对基本概念的理解，提高其分析计算的能力。作业：第一章习题共4题第二章习题共4题第三章习题共3题第四章习题共3题第五章习题共2题第六章习题共5题第七章习题共3题考核方式：课程结束后，闭卷或开卷考试。注重对学生运用理论知识分析实际问题能力的考核，尤其考核学生综合分析问题的能力。论文写作、科技活动和实验均计入考试成绩。其比例为笔试70％，实验10％，平时表现10％，论文10％，另外还有10分的科技活动奖励分。本课程于其它课程的联系与分工本课程的先修课程是“自动控制理论”、“电子技术基础”、“电力电子技术”、“电机与电力拖动”等课程。所以它是一门系统性、综合性很强的课程。建议教材与教学参考书陈伯时，《电力拖动自动控制系统》，机械工业出版社，2008（美）Kuo，B.C.，（美）Golnaraghi，F.著，高等教育出版社，2004刘松，电力拖动自动控制系统，清华大学出版社，2006杜庆楠，自动控制原理，中国电力出版社，2009HYPERLINK"/book/search_pub.php?category=01&key2=%D5%C5%CC%C