新疆大学课程（实验）教学大纲 新疆大学《运动控制系统》课程教学大纲 课程编号：D125801 课程类型：专业核心课程 总学时：64学时 学 分：35学分 适用对象：适用于自动化专业（汉）本科生 先修课程：电机及拖动基础，电力电子技术，自动控制理论，单片机原理及应用 使用数材：《申力拖动自动控制系统》3板，陈伯时主编。机械工业出版社，2003年，全国优秀教材 参考教材：《电力拖动自动控制系统》第2版 陈伯时主编 机械工业出版社 192年 《交流电动机直接转矩控制》周扬忠等主编，机械工业出版社，2009年 《交流调速系统》，陈伯时、陈敏逊主编，机械工业出版社，1998年 《运动控制系统》，张崇巍、李汉强主编，武汉理工大学出版社，2002年 课程性质、目的和任务 本课程是自动化专业的主干专业课、限选（必修）课程，亦可作为电气工程及其自动化的专业 来控的门的典格低学生熟悉和摩莓真流调速系 ,工作原 本原 动静态分析和设计方 控制系统的性能指标和实际 学习，能够掌握自动控制系统（如运动控制）的基本组成结构、反馈控制的一般规律和主要特征 以及自动控制系统的分析和设计方法。 二、教学基本要求 学生通过本课程的学习，应较系统的了解电力拖动自动控制系统的内容、学科地位、发展历史 应用范围和发展前绿。熟悉和掌握直流调速系统的结构、工作原理、动静态分析和设计方法：掌 交流调速系统的 群现代陶速系统的理1 、方法和特点： 电刀他 基本的医验技术 速系 统和变 制系 三、教学内容及要求 教学内容： 电力拖动自动控制系统的基木概念、学科地位、基本内容组成、发展历史及趋势、应用范围， 课程的任务、要求及学习方法。 2.闭环控制的直流调速系统 直流调速系统的可控直流电源及其存在的特殊问愿，反馈控制闭环调速系统的稳态分析和设计， 反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计，无静差调速系统及其积分控制规律，电压反馈电流补偿 控制的调速系统，系统的动态限流。 3.双闭环直流调速系统 转速、电流双闭环调速系统及其静特性，准时间最优的饱和非线性控制，系统起动过程分析， 双闭环调速系统的动态性能，调节器的工程设计方法，转速微分负反馈，弱磁控制的直流调速系统， 4.可逆直流调速系统 可逆直流调速系统的主回路及环流问愿，品闸管一电动机系统的四项限运行，有环流可逆直流 调速系统、无环流可逆直流调速系统
新疆大学课程（实验）教学大纲 1 新疆大学《运动控制系统》课程教学大纲 课程编号：D125801 课程类型：专业核心课程 总 学 时：64 学时 学 分： 3.5 学分 适用对象：适用于自动化专业（汉）本科生 先修课程：电机及拖动基础，电力电子技术，自动控制理论，单片机原理及应用 使用教材：《电力拖动自动控制系统》3 版，陈伯时主编，机械工业出版社，2003 年，全国优秀教材 参考教材：《电力拖动自动控制系统》第 2 版，陈伯时主编，机械工业出版社，1992 年 《交流电动机直接转矩控制》周扬忠等主编，机械工业出版社，2009 年 《交流调速系统》，陈伯时、陈敏逊主编，机械工业出版社，1998 年 《运动控制系统》，张崇巍、李汉强主编，武汉理工大学出版社，2002 年 一、课程性质、目的和任务 1. 本课程是自动化专业的主干专业课、限选（必修）课程，亦可作为电气工程及其自动化的专业 选修课程。 2．课程的目的和任务是使学生熟悉和掌握直流调速系统的结构、工作原理、动静态分析和设计方法； 掌握交流调速系统的结构和基本原理；了解现代调速系统的理论、方法和特点；熟悉电力拖动自动 控制系统的性能指标和实际应用，并掌握其基本的实验技术和调试方法。更主要的是通过本课程的 学习，能够掌握自动控制系统（如运动控制）的基本组成结构、反馈控制的一般规律和主要特征， 以及自动控制系统的分析和设计方法。 二、教学基本要求 学生通过本课程的学习，应较系统的了解电力拖动自动控制系统的内容、学科地位、发展历史、 应用范围和发展前景。熟悉和掌握直流调速系统的结构、工作原理、动静态分析和设计方法；掌握 交流调速系统的结构和基本原理；了解现代调速系统的理论、方法和特点；熟悉电力拖动自动控制 系统的性能指标和实际应用，并掌握其基本的实验技术和调试方法。直流调速系统和交流调速系统 的技术、经济评价。更主要的是通过本课程的学习，能够掌握自动控制系统（如运动控制）的基本 组成结构、反馈控制的一般规律和主要特征，以及自动控制系统的分析和设计方法。此外要注意提 高对相关专业文献的阅读能力。 三、教学内容及要求 教学内容： 1．绪论 电力拖动自动控制系统的基本概念、学科地位、基本内容组成、发展历史及趋势、应用范围， 课程的任务、要求及学习方法。 2．闭环控制的直流调速系统 直流调速系统的可控直流电源及其存在的特殊问题，反馈控制闭环调速系统的稳态分析和设计， 反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计，无静差调速系统及其积分控制规律，电压反馈电流补偿 控制的调速系统，系统的动态限流。 3．双闭环直流调速系统 转速、电流双闭环调速系统及其静特性，准时间最优的饱和非线性控制，系统起动过程分析， 双闭环调速系统的动态性能，调节器的工程设计方法，转速微分负反馈，弱磁控制的直流调速系统。 4．可逆直流调速系统 可逆直流调速系统的主回路及环流问题，晶闸管—电动机系统的四项限运行，有环流可逆直流 调速系统、无环流可逆直流调速系统
新疆大学课程（实验）教学大纲 5.位置随动系统 位置随动系统的特点及基本组成，位置信号的检测，位置随动系统的分析， 6.直流调速系统的数字控制 数字控制的直 硬件配置及软件设计，数字算法，故障检测、保护、自诊 7.交流调速的基本类型 交流调速的基本类型及特点，闭环控制的交流变压调速系统。 8.异步电动机变压变频调速系统(VVV吓系统) 速的基本控制方》 式变频装 减变器异步电动机电频幸协 调控制的 频调速系统 9。绕线转子异步电动机串级（双馈）调速系统 串级调速系统的工作原理、性能、特点和典型系统举例及其基本类型，双馈调速系统。 10.同步电动机的变频调速概述 同步电动机变频调速的控制方法、基本原理和特点。 敦学要求： 1.以转速反绩单闭环直流调速系统为主线，掌握其系统的结构组成、工作原理、静态计算、动 、B0d图、动态结图对系统 分析和设计方法：尤其要着重理解和掌握反馈控制的一般规律和主要特征： 掌握补偿控制、 的规律 流调速系 心内 运用理解 掌握 、电流双闭环直 调速 熟调速系统的各项性能 解弱 掌握微型计算机数字控制的主要特点，数字控制双闭环直流调速系统的硬件组成和软件实现 方法。熟悉数字测速方法、测速部件（如旋转编码器）选择和使用，常用滤波方法。掌握数字H调 节器的实现，了解按离散控制系统设计数字控制器的基本方法。结合实例给予介绍。 4.熟悉可逆线路中环流的影响：可逆系统四象限工作的物理过程和系统制动过程分析：掌握各 种可逆直流调速系统的特点和基本原理：知道“有准备切换” “逻粗选触”的原理 5.掌握位置随动系统的特点及应用场合，系统的基本组成及各部件的作用及原理，了解各种位 析和计 和基本原 ,理角 三类调速方案的物理本 功不型的交流变频调速系统系统)是异步电动机调 系统中效率最高、性 能最好的一种，是交流调速的主要发展方向，也是本课程的重点 应重点理解和掌握其组 成原理和特点 堂据异步电动机数学模型 熟悉坐标变换的数学方法和矢量控制的基本原理 解耦的概念和方法以及状态观测器的作用和设计方法。 8.PWM变频（逆变）技术是近代实现交流电动机变频调速性能好、应用普及的一种控制方案，掌 握SPWM技术的基本原理、控制特性和实现方法：了解目前工业变频器性能和应用情况。 9.理解绕线式异步电动机串级调速的基本原理和特点，双馈的概念，了解同步电动机两种变频 调速技术的基本原理和特点。 10.了解电力拖动自动控制系统的历史、应用范围和发展动向。 1山，掌握电力拖动自动控制系统装置的基本实验技能和调试方法。 12,在双闭环直流调速系统和异步电动机变频调速系统两个核心内容上安排必要的课章讨论 四、教学重点与难点 1.对直流调速内容的把握不仅要针对直流调速系统的方案和原理，更要注意对闭环控制系统的
新疆大学课程（实验）教学大纲 2 5．位置随动系统 位置随动系统的特点及基本组成，位置信号的检测，位置随动系统的分析。 6．直流调速系统的数字控制 数字控制的直流调速系统的特点、硬件配置及软件设计，数字 PI 算法，故障检测、保护、自诊 断技术，基于离散系统理论的设计方法。 7．交流调速的基本类型 交流调速的基本类型及特点，闭环控制的交流变压调速系统。 8．异步电动机变压变频调速系统（VVVF 系统） 变频调速的基本控制方法，静止式变频装置，SPWM 逆变器，异步电动机电压/频率协调控制的 稳态机械特性，转速开环恒压频比控制的变频调速系统，转速闭环转差频率控制的变频调速系统， 异步电动机的多变量数学模型和坐标变换，矢量控制的变频调速系统，各类系统评价。 9．绕线转子异步电动机串级(双馈)调速系统 串级调速系统的工作原理、性能、特点和典型系统举例及其基本类型，双馈调速系统。 10．同步电动机的变频调速概述 同步电动机变频调速的控制方法、基本原理和特点。 教学要求： 1．以转速反馈单闭环直流调速系统为主线，掌握其系统的结构组成、工作原理、静态计算、动 态判稳，熟练地运用静特性、静特性方程、静态结构图、传递函数、Bode 图、动态结构图对系统进 行描述；掌握系统基本的分析和设计方法；尤其要着重理解和掌握反馈控制的一般规律和主要特征； 掌握补偿控制、积分控制的规律和特点。 2．典型双闭环结构是直流调速系统的核心内容，要理解和掌握转速、电流双闭环直流调速系统 的起动过程、抗扰分析和两个调节器的作用；学会运用工程设计方法进行系统的动态设计；了解弱 磁控制的特点和应用场合；熟悉调速系统的各项性能指标。 3．掌握微型计算机数字控制的主要特点，数字控制双闭环直流调速系统的硬件组成和软件实现 方法。熟悉数字测速方法、测速部件（如旋转编码器）选择和使用，常用滤波方法。掌握数字 PI 调 节器的实现，了解按离散控制系统设计数字控制器的基本方法。结合实例给予介绍。 4．熟悉可逆线路中环流的影响；可逆系统四象限工作的物理过程和系统制动过程分析；掌握各 种可逆直流调速系统的特点和基本原理；知道“有准备切换”、“逻辑选触”的原理。 5．掌握位置随动系统的特点及应用场合，系统的基本组成及各部件的作用及原理，了解各种位 置检测器件的特点和使用，掌握系统的稳态误差分析和计算。 6．熟悉交流调速系统的分类、各自特点、性能指标、应用场合。理解三类调速方案的物理本质 和基本原理。熟悉异步电动机变压调速的基本原理和特点；“软起”及节能实现。 7．转差功率不变型的交流变频调速系统（VVVF 系统）是异步电动机调速系统中效率最高、性 能最好的一种，是交流调速的主要发展方向，也是本课程的重点内容之一，应重点理解和掌握其组 成原理和特点；掌握异步电动机数学模型特点，熟悉坐标变换的数学方法和矢量控制的基本原理， 解耦的概念和方法以及状态观测器的作用和设计方法。 8．PWM 变频(逆变)技术是近代实现交流电动机变频调速性能好、应用普及的一种控制方案，掌 握 SPWM 技术的基本原理、控制特性和实现方法；了解目前工业变频器性能和应用情况。 9．理解绕线式异步电动机串级调速的基本原理和特点，双馈的概念，了解同步电动机两种变频 调速技术的基本原理和特点。 10．了解电力拖动自动控制系统的历史、应用范围和发展动向。 11．掌握电力拖动自动控制系统装置的基本实验技能和调试方法。 12．在双闭环直流调速系统和异步电动机变频调速系统两个核心内容上安排必要的课堂讨论。 四、教学重点与难点 1．对直流调速内容的把握不仅要针对直流调速系统的方案和原理，更要注意对闭环控制系统的
新疆大学课程（实验）教学大纲 基本概念、分析与设计方法的把握。对交流调速内容则重点强调调速机理、及特点。 2.各种可控直流电源的组成及特点。直流斩波器与相控整流器的区别。直流电动机的机械特 性，电流断续时的影响及平波电抗器的作用。两个重要的稳态性能指标的含义。闭环控制（负反馈 控制规律)的重要特征。调速系统原理框图、系统静态结构图、系统动态结构图。电流正反馈的性 质。静态指标与动态稳定性之间的矛盾及比例积分控制规律的特点。 3.典型双闭环直流调速系统的起动过程（包括制动过程）分析和动态抗扰分析，两个调节器作 用，调节器的工程设计方法，转速微分负反馈的作用和特点（并联校正）。系统稳定性与快速性之间 的矛盾、系统性能指标与系统参数之间的关系、饱和非线性控制和准时间最优控制的实现、退饱和 超调作为重点和难点： 4.异步电动机变压变频调速系统(VV℉系统)组成、原理及应用。异步电动机的数学模型及特 点，坐标变换，矢量控制原理及实现。 5.交流篇与直流篇性能比较综述。交流篇与直流篇综合性实验（实践）教学内容组织与效果。 五、实践环节（带“*”符号的实验为必做实验，其他为选做实验。每个实验2学时） 1.晶闸管直流调速系统参数和基本环节特性测定 2.带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统 3.转速、电流双闭环直流调速系统* 4.逻辑无环流可逆直流调速系统* 5. 转速、电流双闭环可逆直流PWM调速系统 6. 三相异步电动机调压调速系统* 7.SPWM变频器一异步电动机变频调速系统* 8.绕线型异步电动机串级调速系统 9.调速系统综合性实验（工业变频器VVVF系统闭环调试）* 10.现场教学（可选择轧钢厂、造纸厂、化纤厂） 以上实验在实际安排时应不少于5个，其中打“*”号的为必做实验，不打“*”号的可安排课 外兴趣小组选做。现场教学4学时可安排在课外进行。 六、学时分配 序号 内 容 学时 1 绪论 2 闭环控制的直流调速系统 12 3 双闭环控制的直流调速系统 10 4 直流调速系统的数字控制 6 5 可逆直流调速系统和位置随动系统 4 6 交流调速的基本类型和异步电动机变压调速系统 4 7 异步电动机变压变频调速系统(VVVF系统) 10 8 绕线转子异步电机双馈调速系统 4 9 同步电动机的变压变频调速 2 10 实 验 10 合 计 64 七、考核方式 本课程为考试课程，笔试（闭卷），120分钟，满分为100分。亦可采取开卷笔试或笔试加实际 操作相结合的方式进行期末考试。 制定者：姜波 审核者：谢丽蓉 批准者： 校对者：
新疆大学课程（实验）教学大纲 3 基本概念、分析与设计方法的把握。对交流调速内容则重点强调调速机理、及特点。 2．各种可控直流电源的组成及特点。直流斩波器与相控整流器的区别。 直流电动机的机械特 性，电流断续时的影响及平波电抗器的作用。两个重要的稳态性能指标的含义。闭环控制（负反馈 控制规律）的重要特征。调速系统原理框图、系统静态结构图、系统动态结构图。电流正反馈的性 质。静态指标与动态稳定性之间的矛盾及比例积分控制规律的特点。 3．典型双闭环直流调速系统的起动过程（包括制动过程）分析和动态抗扰分析，两个调节器作 用，调节器的工程设计方法，转速微分负反馈的作用和特点（并联校正）。系统稳定性与快速性之间 的矛盾、系统性能指标与系统参数之间的关系、饱和非线性控制和准时间最优控制的实现、退饱和 超调作为重点和难点； 4．异步电动机变压变频调速系统（VVVF 系统）组成、原理及应用。异步电动机的数学模型及特 点，坐标变换，矢量控制原理及实现。 5．交流篇与直流篇性能比较综述。交流篇与直流篇综合性实验（实践）教学内容组织与效果。 五、实践环节（带“*”符号的实验为必做实验，其他为选做实验。每个实验 2 学时） 1．晶闸管直流调速系统参数和基本环节特性测定 2．带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统 3．转速、电流双闭环直流调速系统* 4．逻辑无环流可逆直流调速系统* 5．转速、电流双闭环可逆直流 PWM 调速系统 6．三相异步电动机调压调速系统* 7．SPWM 变频器—异步电动机变频调速系统* 8．绕线型异步电动机串级调速系统 9．调速系统综合性实验（工业变频器 VVVF 系统闭环调试）* 10．现场教学（可选择轧钢厂、造纸厂、化纤厂） 以上实验在实际安排时应不少于 5 个，其中打“*”号的为必做实验，不打“*”号的可安排课 外兴趣小组选做。现场教学 4 学时可安排在课外进行。 六、学时分配 序 号 内 容 学 时 1 绪 论 2 2 闭环控制的直流调速系统 12 3 双闭环控制的直流调速系统 10 4 直流调速系统的数字控制 6 5 可逆直流调速系统和位置随动系统 4 6 交流调速的基本类型和异步电动机变压调速系统 4 7 异步电动机变压变频调速系统（VVVF 系统） 10 8 绕线转子异步电机双馈调速系统 4 9 同步电动机的变压变频调速 2 10 实 验 10 合 计 64 七、考核方式 本课程为考试课程，笔试（闭卷），120 分钟，满分为 100 分。亦可采取开卷笔试或笔试加实际 操作相结合的方式进行期末考试。 制定者：姜 波 审核者：谢丽蓉 批准者： 校对者：