机电传动控制课程教学大纲

机电传动控制课程教学大纲

课程编号：09151380

课程名称：机电传动控制/MechatronicalTransmissionControl

学时：32学分：20

适用专业：机械设计制造及其自动化开课学期：6

开课部门：物理科学与工程技术学院

先修课程：高等数学、普通物理学、电工及电子技术等

考核要求：考查

使用教材及主要参考书：

邓星钟主编，《机电传动控制》（第四版）高等教育出版社2007年

邓则名主编，《电器与可编程控制应用技术》高等教育出版社1997年

廖晓钟主编，《电力电子技术与电气传动》北京理工大学出版社2000年

顾绳谷主编，《电力拖动基础》（第二版）机械工业出版社2000年

一'课程的性质和任务

本课程涉及数学、物理学、电子学、控制理论等多方面知识，通过本课程的学习，

使学生了解机电传动控制的一般知识，掌握电机、电器、晶闸管等的工作原理、特性、

应用和选用的方法，掌握常用的开环、闭环控制系统的工作原理、特点、特性及应用场

合，了解最新控制技术在机械设备中的应用。

二、教学目的与要求

通过本课程的各个教学环节，达到以下基本要求：

（1）了解电力拖动系统的组成及典型生产机械的运动形式，掌握电力拖动系统的

运动方程式及多轴旋转系统的折算，各电机的工作原理，了解其基本结构、励磁方式以

及电枢绕组等概念；掌握直流电动机和三相异步电动机的机械特性、主要起动方法和调

速方法，了解电动机的制动原理和制动方法。

(2)掌握电机、电器、晶闸管等的工作原理、特性、应用和选用的方法；掌握常用

的开环、闭环控制系统的工作原理、特点、特性及应用场合，了解最新控制技术在机械

设备中的应用。

三'学时分配

章节课程内容学时

主要介绍机电传动基础知识：机电传动的目的和任务、机电传动

第1章1

及其控制系统的发展概况、课程的性质和任务、课程的教学内容安排。

机电传动动力学基础~主要介绍机电传动系统的动力学基础：机电传动系

第2章4

统的运动方程式、传动系统的负载特性、机电传动系统的稳定运行条件。

直流电机的工作原理及特性主要介绍直流电机的工作原理及特性：

直流电机的基本结构和工作原理、直流发动机、直流电动机的机械特性、

第3章6

直流他励电动机的启动特性、直流他励电动机的调速特性、直流他励电

_________________________动。机的制动特性。__________________________

机电传动系统的过渡过程主要介绍机电传动系统的过渡过程：研究机

第4章2

电传动传统过渡过程的实际意义、加快机电传动系统过渡过程的方法。

交流电动机的工作原理及特性主要介绍交流电动机的工作原理及特

性：三相异步电动机的结构和工作原理、三相异步电动机的定子电路和转

第5章子电路、三相异步电动机的转矩和机械特性、三相异步电动机的启动特4

性、三相异步电动机的调速方法和特性、三相异步电动机的制动特性、单

相异步电动机、同步电动机。

控制电动机主要介绍控制电动机：交流伺服电动机、直流伺服电动

第6章2

__________________________机、力矩电动机。___________________________

机电传动控制系统中常用的检测元件主要介绍机电传动控制系统中常

第7章自学

用的检测元件：速度传感器、线位移传感器、角位移传感器。

继电器-接触器控制主要介绍继电器-接触器控制：常用控制与执行电

第8章器、继电器-接触器控制的常用基本结构、生产机械中常用的几种自动控制自学

方法。

可编程序控制器主要介绍可编程序控制器：可编程序控制器的基本

第9章结构、工作原理和主要特点、可编程序控制器的内部等效继电器电路、可自学

编程序控制器的编程和指令系统、可编程序控制器的应用。

电力电子技术主要介绍电力电子技术：电力半导体器件、电力半导

第10章体器件的驱动电路及保护、可控整流电路、逆变电路、斩波电路与PWM4

_____________________________控制技术。_______________________________

直流传动控制系统~~主要介绍直流传动控制系统：机电传动控制系统的

第11章组成和分类、机电传动控制系统调速方案的选择、晶闸管-电动机直流传动4

_______________控制系统、直流脉宽调速(PWM)调速系统。________________

交流传动控制系统~~主要介绍交流传动控制系统：鼠笼式异步电动机变

频调速系统、矢量变换控制交流变频调速系统、无直流传动控制系统、由

第12章2

交-交变频器供电的同步电动机调速系统、开关磁阻电动机调速系统、异步

_________电动机调压调速系统、绕线式异步电动机串级调速系统。__________

第13章步进电动机传动控制系统主要介绍步进电动机传动控制系统：步进电2

动机、步进电动机驱动电源的环形分配器、步进电动机驱动电源的功率放

__________________大电路、步进电动机的控制与应用。___________________

机电传动控制系统中电动机的选择主要介绍机电传动控制系统电动机

的选择：电动机容量选择原则、电动机的发热与冷却、不同工作制下电动

第14章1

机容量的选择、电动机容量的统计和类比法、晶闸管供电对电动机的影

___________响、电动机的种类、压强、转速和结构形式的选择。____________

四、教学中应注意的问题

教学过程中，应严格按教学大纲要求的内容进行，并注意理论与实际应用相结合。

另外，由于教材内容较多，教师可根据大纲内容的要求安排部分内容让学生自学。认真

促使学生独立完成作业，并记入平时成绩，平时成绩最多可占期终考查成绩的30虬

五'教学内容

第一章绪论

1.基本内容

机电传动的目的和任务；机电传动及其控制系统的发展概况；课程的性质和任务;

课程的内容安排等。

2.教学基本要求

了解机电传动的目的和任务；机电传动及其控制系统的发展概况；课程的性质和任

务；课程的内容安排等。

3.教学重点难点

机电传动系统的知识架构。

4.教学建议

系统全面的介绍本系统的背景。

第二章机电传动控制系统动力学基础

1.基本内容

机电传动系统的运动方程式；转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算；生产机械的机械

特性特性；机电传动系统稳定运行的条件等。

2.教学基本要求

掌握机电传动系统的运动方程式及其含义；掌握多轴拖动系统中转矩折算的基本原

则和方法；了解几种典型生产机械的负载特性；了解机电传动系统稳定运行的条件，并

学会用它来分析系统的稳定平衡点等。

3.教学重点难点

机电传动系统的运动方程式及其含义；多轴拖动系统中转矩折算的基本原则和方

法等。

4.教学建议

本章应多加强课后练习。

第三章直流电机的工作原理及特性

1.基本内容

直流电机的基本结构和工作原理；直流发电机；直流他励电动机的启动特性；直流

他励电动机的调速特性；直流他励电动机的制动特性等。

2.教学基本要求

掌握直流电机的基本工作原理及特性；特别是直流电动机的机械特性；掌握直流电

动机启动、调速、制动的各种方法以及各种方法的优缺点和应用场所等。

3.教学重点难点

直流电动机的机械特性；直流电动机启动、调速、制动的各种方法。

4.教学建议

纵向对比，将直流电机的启动、调速、制动进行比较。

第四章机电传动系统的过渡过程

1.基本内容

研究机电传动系统过渡过程的实际意义；机电传动系统过渡过程的分析；机电时间

常数；加快机电传动系统过渡过程的方法等。

2.教学基本要求

在了解过渡过程产生的原因和研究过渡过程的实际意义的基础上，掌握机电传动系

统在启动、制动过程中转速、转矩和电流的变化规律，掌握机电时间常数的物理意义以

及缩短过渡过程的途径等。

3.教学重点难点

机电时间常数的物理意义以及缩短过渡过程的途径。

4.教学建议

较为抽象的概念，重在数学分析。

第五章交流电动机的工作原理及特性

1.基本内容

三相异步电动机的结构和工作原理；三相异步电动机的定子电路和转子电路；三相

异步电动机的转矩与机械特性；三相异步电动机的启动特性；三相异步电动机的调速特

性；三相异步电动机的制动特性；单相异步电动机；同步电动机的工作原理、特点及应

用等。

2.教学基本要求

在了解异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生等基础上，着重掌异步电动机的工

作原理，机械特性，以及启动、调速和制动的方法，学会用机械特性的四个象限来分析

异步电动机的运行状态；掌握单相异步电动机的启动方法和工作原理；了解同步电动机

的结构特点、工作原理、运行特性及启动方法；掌握各种异步电动机和同步电动机的使

用场所等。

3.教学重点难点

机械特性的四个象限来分析异步电动机的运行状态；同步电动机的结构特点、工作

原理、运行特性及启动方法等。

4.教学建议

与直流电机作横向对比的讲解。

第六章控制电动机

1.基本内容

伺服电动机；测速发电机；自整角机；旋转变压器等；步进电动机等。

2.教学基本要求

掌握伺服电动机；测速发电机；自整角机；旋转变压器等；步进电动机等的工

作原理。

3.教学重点难点

重掌握步进电动机如何改变转速、转向及步矩角。交、直流测速发电机的性能特点。

4.教学建议

与交流、直流电机作横向对比的讲解。

第七章机电传动控制系统中常用的检测元件

1.基本内容

速度传感器；线位移传感器；角位移传感器等。

2.教学基本要求

掌握速度传感器、线位移传感器、角位移传感器的工作原理，及了解速度传感器;

线位移传感器；角位移传感器等的结构及应用范围等。

3.教学重点难点

速度传感器；线位移传感器；角位移传感器等工作原理。

4.教学建议

自学。

第八章继电器-接触器控制

1.基本内容

常用控制电器与执行电器；继电器一接触器控制的常用基本线路；继电器一接触器

控制举例；继电器一接触器控制线路设计简介等。

2.教学基本要求

在熟悉各种控制电器的工作原理、作用、特点表示符号和应用场所的基础上，着重

掌握继电器一接触器控制线路中基本控制环节的构成和工作原理，学会分析较复杂的控

制线路，并通过训练学会设计一些较简单控制线路。

3.教学重点难点

各种控制电器的工作原理、作用、特点表示符号和应用场所；设计一些较简单控制

线路。

4.教学建议

自学。

第九章可编程序控制器

1.基本内容

可编程序控制器的基本结构、工作原理和主要产品特点；可编程序控制器的内部等

效继电器电路；可编程序控制器的编程和指令系统；可编程序控制器的应用等。

2.教学基本要求

在了解可编程序控制器的基本组成、工作原理、特点和用途的基础上，重点掌握F

系列中小型可编程序控制器的指令系统和编程方法以及应用实例。

3.教学重点难点

F系列中小型可编程序控制器的指令系统和编程方法。

4.教学建议

自学。

第十章电力电子技术

1.基本内容

电力半导体器件；单相可控整流电路；三相可控整流电路；逆变器；晶闸管的触发

电路；晶闸管的和保护等。

2.教学基本要求

掌握晶闸管的基本工作原理、特性和保护措施；基本可控整流电路的工作原理及其

特点；触发电路基本工作原理。了解逆变器的工作原理及控制等。

3.教学重点难点

本章内容都可谓难点。

4.教学建议

实践教学非常重要。

第十一章直流传动控制系统

1.基本内容

机电传动控制系统的组成和分类；机电传动控制调速方案的选择；晶闸管-电动机

直流传动控制系统；晶闸管-电动机直流脉宽调速系统；微型计算机控制的直流传动系

统等。

2.教学基本要求

在了解机电传动自动控制调速系统的组成、生产机械对调速系统提出的调速技术指

标要求以及调速系统的调速性质与生产机械的负载特性合理匹配的重要性之基础上，重

点掌握自动调速系统中各个基本环节，各种反馈环节的作用及特点，掌握各种常用的自

动调速系统的调速原理、特点及适用场所，以便根据生产机械的特点和要求来正确选择

个使用机电传动控制系统等。

3.教学重点难点

机电传