《电力拖动自动控制系统》教学大纲

《电力拖动自动控制系统》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：05156031课程性质：专业选修课学分：4学分学时：64学时（理论56学时，实验8学时）先修课程：自动控制原理、电力电子技术、电机学后续课程：现代电机控制技术等适用专业：电气工程及其自动化开课单位：电气工程与自动化学院一、课程说明《电力拖动自动控制系统》是电气工程及其自动化专业的一门专业选修课。本课程主要教授交直流调速系统的基本理论与系统分析和工程设计方法，为学习其他有关课程及以后从事技术工作打下必要的基础。本课程是一门实践性很强的课程，强调培养运用所学知识解决生产实际中问题的能力，兼顾新技术、新工艺及其发展方向的介绍，培养“厚基础、宽口径、高素质、强能力”的人才。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：了解运动控制技术的发展、应用以及在本专业学科领域的地位和作用；掌握直流电机、交流电机各种控制系统的机械特性、数学模型及性能指标；掌握先进的运动控制理论和系统设计方法；掌握通用变频器的操作及控制。课程目标2：能够应用自动控制理论分析运动控制系统的稳态性能和动态性能；能够应用自动控制理论进行运动控制系统的调试及设计；具有团队协作和劳动能力，具有不断学习适应社会发展和行业竞争的能力。课程目标3：具有良好的职业道德和敬业精神；养成积极思考的习惯，具有独立通过网络获取学习信息的能力；具有大胆探索、勇于创新、积极交流、密切协作的精神，善于发现各类运动控制系统在自动化领域的应用；具有爱国主义精神、积极主动地把所学知识用在建设祖国的过程中；具有运动控制相关专业知识，能够运用工程设计思路、方法进行运动控制系统设计工作。三、课程目标与毕业要求《运动控制系统A》课程教学目标对电气工程及其自动化专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.4能够将电气工程及其自动化专业知识用于复杂电气工程问题解决方案的比较与优化。课程目标1：了解运动控制技术的发展、应用以及在本专业学科领域的地位和作用；掌握直流电机、交流电机各种控制系统的机械特性、数学模型及性能指标；掌握先进的运动控制理论和系统设计方法；掌握通用变频器的操作及控制。M2.问题分析2.2能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理，分析并表达复杂电气工程问题的特性，获得多种解决方案。课程目标2：能够应用自动控制理论分析运动控制系统的稳态性能和动态性能；能够应用自动控制理论进行运动控制系统的调试及设计；具有团队协作和劳动能力，具有不断学习适应社会发展和行业竞争的能力。H4.研究4.2能够根据复杂电气工程问题的特征，选择研究路线，设计实验方案。课程目标1：了解运动控制技术的发展、应用以及在本专业学科领域的地位和作用；掌握直流电机、交流电机各种控制系统的机械特性、数学模型及性能指标；掌握先进的运动控制理论和系统设计方法；掌握通用变频器的操作及控制。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.运动控制系统概述1.1运动控制技术概述；1.2运动控制系统的主要结构特点；1.3运动控制系统的基本性能指标。教学要求：了解运动控制技术的发展、应用以及在本专业学科领域的地位和作用；掌握运动控制系统的主要结构特点以及基本性能指标。重点：运动控制系统的主要结构特点、运动控制系统的基本性能指标。难点：运动控制系统的主要结构特点。42.直流调速系统2.1可控直流电源电动机系统；2.2闭环控制的直流调速系统；2.3可逆直流调速系统。教学要求：了解直流脉宽调速系统的基本控制模式；掌握相控整流直流调速系统的机械特性及数学模型、直流PWM调速系统的数学模型及机械特性、闭环调速系统的机械特性及性能指标；学会建立闭环调速系统各典型环节静态、动态数学模型的一般方法，转速、电流双闭环直流调速系统的工程设计思路、方法。重点：相控整流直流调速系统的机械特性及数学模型、直流PWM调速系统的数学模型及机械特性、开环调速系统的机械特性及性能指标。难点：相控整流直流调速系统的机械特性及数学模型、直流PWM调速系统的数学模型及机械特性。141、2、33.交流调速系统3.1异步电动机调速系统的结构和原理；3.2异步电动机变频调速控制方法；3.3同步电机变频调速方法教学要求：掌握异步电动机变压变频调速基本原理、掌握SPWM逆变器的控制模式和实现方法；掌握异步电动机变压变频调速系统中的脉宽调制技术；掌握异步电动机变频调速的控制方式、掌握通用变频器的操作与控制；掌握同步电机变压变频调速方法。重点：异步及同步电动机调速系统的结构和原理、异步及同步电动机变频调速控制方法。难点：异步及同步电动机调速系统的结构和原理、异步及同步电动机变频调速控制方法。2661、2、34.伺服系统4.1伺服系统的基本结构及特征；4.2伺服系统应用。教学要求：掌握伺服系统的基本结构及特征；掌握直流伺服系统控制对象的数学模型和交流伺服系统控制对象的数学模型；掌握伺服控制系统的集成设计方法。重点：伺服系统的基本结构及特征、伺服控制系统的集成设计方法。难点：伺服系统的基本结构及特征、伺服控制系统的集成设计方法。1221、2、3合计5682.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.通用变频器的操作与电机控制实验内容：汇川变频器的操作与控制实验要求：了解并熟悉通用变频器操作面板、外部端子及通讯协议的操作及使用方法。61、2、32.伺服控制系统应用实验内容：伺服电机控制实验要求：了解并熟悉伺服驱动器的参数设置及使用方法。21、2、3合计8五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享、实验等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地理解直流调速系统、交流调速系统、伺服系统的基本理论，并在此基础上掌握系统分析和工程设计方法，具有应用自动控制理论进行运动控制系统的调试及设计能力。在实验教学环节中，学生通过变频器的操作与控制、伺服控制系统应用实现对交流电动机的控制与调速，初步掌握运动控制系统的设计、安装、调试等专业技能，为日后从事相关工作奠定坚实基础。培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维。六、课程资源1.推荐教材：（1）阮毅.电力拖动自动控制系统-运动控制系统(第五版)[M].北京:机械工业出版社,2020.2.参考书：（1）陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,2005.（2）丁学文.电力拖动运动控制系统[M].北京:机械工业出版社,2017.（3）杨耕.电机与运动控制系统[M].北京:清华大学出版社,2006.3.期刊：（1）武星,楼佩煌,唐敦兵.自动导引车路径跟踪和伺服控制的混合运动控制[J].机械工程学报,2011,47(03):43-48.（2）KimH,ShinJY,KimJ.Designandlocomotioncontrolofahydrauliclowerextremityexoskeletonformobilityaugmentation[J].Mechatronics,2017,46:32-45.（3）王耀威,纪志坚,翟海川.仿生机器鱼运动控制方法综述[J].智能系统学报,2014,9(03):276-284.（4）吴琳,谭营,唐建.运动控制技术发展与展望[J].机床与液压,2007(07):231-233+216.（5）徐照平,常思勤,林继铭.四冲程自由活塞发电机活塞运动控制方法[J].农业机械学报,2013,44(01):6-10+16.4.网络资源：（1）齐蓉,装备自动化工程设计与实践,2018.7.12./courses/course-v1:NPUX+20180702+sp/about（2）赵建洲,电机与拖动,2018.6.24./course/AYIT-1001794001七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现8（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分；（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√332实验16（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√16作业16（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√664期末考核60（1）期末考核成绩100分，以期末考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩；（2）主要考核直流调速系统、交流调速系统、伺服系统的特点、性能参数及设计方法等内容；（3）考试题型为：填空题、选择题、简答题、作图题、计算题和分析题等。√√√252510合计：100分345016八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、实验、作业、期末考核等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末考核成绩（或实操成绩）和过程性评价成绩组成。其中：期末考核成绩为100分（权重60%），试题类型为填空题、选择题、简答题、作图题、计算题、分析题等类型；作业评价、课内实验、课堂表现过程性评价成绩为100分（权重40%）；过程性评价和期末考核分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现20积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。上课不认真，偶尔参与教学活动。上课不认真，不参与教学活动。作业40作业完整，思路清晰，准确率大于90%，字迹工整。作业完整，准确率大于80%，字迹工整。不交作业2次以内，准确率大于70%。不交作业4次以内，准确率大于60%。不交作业5次以上，准确率小于60%。实验40实验预