《電機傳動系統(tǒng)控制》課程教學(xué)大綱

《電機傳動系統(tǒng)控制》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱電機傳動系統(tǒng)控制ControlofElectricMachineDriveSystems課程編碼MEE220721020開課院部機電工程學(xué)院課程團隊新能源汽車方向教學(xué)團隊學(xué)分2.0課內(nèi)學(xué)時34講授30實驗4上機0實踐0課外學(xué)時32適用專業(yè)車輛工程授課語言中文先修課程高等數(shù)學(xué)（2-1）、高等數(shù)學(xué)（2-2）、電工電子學(xué)、理論力學(xué)、大學(xué)物理（2-1）、大學(xué)物理（2-2）課程簡介（限選）《電機傳動系統(tǒng)控制》是車輛工程專業(yè)汽車?yán)碚摲较虻膶I(yè)選修課程。電機傳動也稱電力傳動、電力拖動，它是指以電動機為原動機，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)車輛的起動、停止以及調(diào)速。本課程的任務(wù)是使學(xué)生了解機電傳動及控制的基本知識，掌握直流、交流電動機及步進電動機的工作原理、工作特性、選用方法，為應(yīng)用電動機打下基礎(chǔ)。本課程以大學(xué)物理、電工電子學(xué)、理論力學(xué)等先修課程為基礎(chǔ)。通過課程的學(xué)習(xí)，明確電機傳動及控制系統(tǒng)的基本概念以及發(fā)展概況，提高認(rèn)知能力。掌握機電傳動系統(tǒng)的運動方程式，多軸拖動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量折算的基本原則和方法。鍛煉分析問題、解決問題的素養(yǎng)，提高動力學(xué)分析的能力。掌握直流他勵電動機的工作原理，起動、調(diào)速、制動等特性。掌握直流電動機的特征，為理論建模仿真分析和和工程應(yīng)用打下基礎(chǔ)。掌握三相異步電動機的基本工作原理，起動、調(diào)速、制動等特性。掌握交流電動機的特征，為理論建模仿真分析和和工程應(yīng)用打下基礎(chǔ)。掌握步進電機工作原理、特性及選擇方法，熟悉步進電動機應(yīng)用領(lǐng)域。"ControlofElectricMachineDriveSystems"isaprofessionalelectivecourseinthedirectionofautomobiletheoryforvehicleengineeringspecialty.MotorDriveisalsocalledelectricdriveandelectricdrive.Itreferstotheconversionofelectricenergyintomechanicalenergywiththemotorastheprimemovertorealizethestart,stopandspeedregulationofthevehicle.Thetaskofthiscourseistomakestudentsunderstandthebasicknowledgeofelectromechanicaltransmissionandcontrol,mastertheworkingprinciple,workingcharacteristicsandselectionmethodsofDC,ACmotorsandsteppingmotors,andlayafoundationfortheapplicationofmotors.Thiscourseisbasedonadvancedcoursessuchascollegephysics,electricalengineeringandelectronics,theoreticalmechanics,etc.Throughthestudyofthecourse,thebasicconceptsanddevelopmentofmotortransmissionandcontrolsystemareclarifiedtoimprovecognitiveability.Masterthemotionequationofelectromechanicaltransmissionsystemandthebasicprinciplesandmethodsoftorqueandmomentofinertiaconversioninmulti-axisdragsystem.Exercisethequalityofanalyzingandsolvingproblemsandimprovetheabilityofdynamicanalysis.MastertheworkingprincipleofDCseparatelyexcitedmotor,starting,speedregulation,brakingandothercharacteristics.MasteringthecharacteristicsofDCMotorslaysafoundationfortheoreticalmodeling,simulationanalysisandengineeringapplication.Masterthebasicworkingprincipleofthree-phaseasynchronousmotor,starting,speedregulation,brakingandothercharacteristics.MasteringthecharacteristicsofACmotorslaysafoundationfortheoreticalmodeling,simulationanalysisandengineeringapplication.Mastertheworkingprinciple,characteristicsandselectionmethodofsteppingmotor,andbefamiliarwiththeapplicationfieldofsteppingmotor.負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號代號課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：了解電機傳動及控制系統(tǒng)的基本概念以及發(fā)展概況，掌握電機傳動系統(tǒng)的基本理論、設(shè)計方法，并能將其應(yīng)用于解決實際工程問題。是1.21.22M2目標(biāo)2：了解電機傳動系統(tǒng)設(shè)計的基本概念和一般流程，能夠?qū)?shù)學(xué)、物理、力學(xué)等知識運用到電機傳動系統(tǒng)的設(shè)計，初步具備分析、設(shè)計能力；能合理選擇并將現(xiàn)代工程技術(shù)、資源、工具應(yīng)用于電機傳動系統(tǒng)的設(shè)計；能夠綜合運用所學(xué)知識，通過類比、改進、創(chuàng)新，提出滿足需求的電機傳動系統(tǒng)設(shè)計方案。是2.42.43M3目標(biāo)3：培養(yǎng)工程素養(yǎng)，樹立正確的工程價值觀，激發(fā)創(chuàng)新意識；能夠不斷學(xué)習(xí)，具有適應(yīng)電機傳動技術(shù)發(fā)展的能力。是12.212.2三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時教學(xué)方式課外學(xué)時課外環(huán)節(jié)11第1章緒論本章重點：電機傳動及控制系統(tǒng)的分類及特點。本章難點：電機傳動的特點。/2/2/21.11.1電機傳動的特點及其應(yīng)用領(lǐng)域說明電機傳動基本概念；結(jié)合工程實例，討論電機傳動的典型應(yīng)用。M1,M30.5講授及視頻0.5電機傳動調(diào)研31.21.2電機傳動系統(tǒng)的發(fā)展簡述傳動方式的發(fā)展歷程；簡述電機控制方式的發(fā)展歷程。M1,M30.5講授及討論0.5生活應(yīng)用觀察41.31.3電機傳動及控制系統(tǒng)的分類及特點結(jié)合工程實例，歸納電機傳動的類型，總結(jié)各個方式的特點。M1,M30.5講授、視頻及討論0.5調(diào)研總結(jié)51.41.4課程的性質(zhì)、內(nèi)容和任務(wù)引出本課程的性質(zhì)、內(nèi)容和任務(wù)；掌握本課程的基本要求和學(xué)習(xí)方法；了解我國電機傳動及控制的展現(xiàn)狀，培養(yǎng)使命感；領(lǐng)悟電機傳動控制展方向和趨勢。M30.5講授0.5研討總結(jié)62第2章電機傳動系統(tǒng)動力學(xué)基礎(chǔ)本章重點：電機傳動系統(tǒng)的動力學(xué)方程。本章難點：負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量的折算。/4/4/72.12.1電機傳動系統(tǒng)的動力學(xué)方程推導(dǎo)并掌握機電傳動系統(tǒng)的運動方程式及其含義；舉一反三：根據(jù)電機運動方程說明電機運動狀態(tài)。M1,M21講授及討論1課后作業(yè)82.22.2負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量的折算識別并掌握多軸拖動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量的折算原則和方法；討論負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量的折算的工程意義。M1,M21講授及討論1課后作業(yè)92.32.3負(fù)載的機械特性識別恒轉(zhuǎn)矩型機械特性、離心式通風(fēng)機型機械特性、恒功率型機械特性、直線型機械特性等幾種典型的機械特性。M1,M21講授及討論1調(diào)研總結(jié)102.42.4電機傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件分析推導(dǎo)機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要充分條件。M1,M21課堂討論1課后作業(yè)113第3章直流電動機的電力拖動本章重點：直流他勵電動機的機械特性、起動特性、調(diào)速特性和制動特性。本章難點：直流他勵電動機的調(diào)速特性。/11/11/123.13.1直流電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理說明直流電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；識別掌握直流電動機的分類方法。M1,M31講授及視頻1調(diào)研總結(jié)133.23.2直流他勵電動機的機械特性說明直流他勵電動機原理電路，分析其固有機械特性和人為機械特性。M1,M22講授及討論2課后作業(yè)143.33.3直流他勵電動機的起動特性分析說明直流他勵電動機的啟動方法及啟動特性。M1,M21講授及討論1課后作業(yè)153.43.4直流他勵電動機傳動系統(tǒng)過渡過程分析研究過渡過程的實際意義；具體分析直流他勵電動機的過渡過程；探索加快過渡過程的方法。M1,M22講授及討論2調(diào)研及課后作業(yè)163.53.5直流他勵電動機的調(diào)速特性說明直流他勵電動機條數(shù)的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟指標(biāo)；分析說明不同調(diào)速方式下的直流他勵電動機調(diào)速特性。M1,M23講授及討論3調(diào)研及課后作業(yè)173.63.6直流他勵電動機的制動特性分析說明直流他勵電動機制動方法及其制動特性。M1,M22講授及討論2調(diào)研及課后作業(yè)184第4章交流電動機的工作特性本章重點：交流電動機的工作原理、結(jié)構(gòu)組成與特點、特性。本章難點：三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩、機械特性及調(diào)速特性。/11/11/194.14.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理說明三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；分析三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生、方向和速度。M1,M32講授及討論2調(diào)研總結(jié)204.24.2三相異步電動機的定子電路和轉(zhuǎn)子電路構(gòu)建分析三相異步電動機的定子電路和轉(zhuǎn)子電路。M1,M21講授及討論1自學(xué)214.34.3三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩和機械特性推導(dǎo)三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩表達式，分析理解各參數(shù)的含義；說明分析三相異步電動機的固有機械特性和人為機械特性。M1,M22講授及討論2課后作業(yè)224.44.4三相異步電動機的啟動特性分析說明三相異步電動機的啟動方法及啟動特性。M1,M23講授及討論3調(diào)研及課后作業(yè)234.54.5三相異步電動機的調(diào)速特性及其選擇分析說明不同調(diào)速方式下的三相異步電動機的調(diào)速特性，能夠根據(jù)實際使用情況合理選擇調(diào)速方法。M1,M22講授及討論2調(diào)研及課后作業(yè)244.64.6三相異步電動機的制動特性分析說明三相異步電動機制動方法及其制動特性。M1,M21講授及討論1調(diào)研及課后作業(yè)255第5章步進電動機本章重點：步進電動機的工作原理。本章難點：步進電動機的工作原理。/1/1/265.15.1步進電動機的特點及工作原理簡述步進電機的實際應(yīng)用情況，歸納總結(jié)步進電機的特點；說明步進電機的基本結(jié)構(gòu)；闡明步進電機的工作原理；識別步進電機的工作方式；了解步進電機的主要技術(shù)性能指標(biāo)。M1,M2,M30.75講授及討論0.75調(diào)研及總結(jié)275.25.2步進電動機的驅(qū)動及選用了解步進電機的驅(qū)動方法；能夠在實際工程實踐中合理選擇步進電機。M1,M2,M30.25講授及討論0.25調(diào)研及總結(jié)286第6章電動機的選型本章重點：機電傳動系統(tǒng)中電動機的選擇。本章難點：機電傳動系統(tǒng)中電動機的選擇。/1/1/296.16.1電動機種類、形式、電壓和轉(zhuǎn)速的選擇分析說明電動機種類的選擇、形式的選擇、額定電壓的選擇和額定轉(zhuǎn)速的選擇的基本方法和注意事項。M1,M2,M30.5講授及討論0.5調(diào)研及總結(jié)306.26.2電動機容量的選擇說明電動機容量選擇的注意事項；能夠根據(jù)不同的工作制合理選擇電機。M1,M2,M30.5講授及討論0.5調(diào)研及課后作業(yè)31實驗1實驗1直流電機伺服控制實驗掌握直流電機伺服系統(tǒng)的組成；構(gòu)建直流電機伺服控制系統(tǒng)；正確使用半物理仿真實驗系統(tǒng)實現(xiàn)直流電機伺服系統(tǒng)在線調(diào)參。M22實驗2撰寫實驗報告32實驗2實驗2交流電機伺服控制實驗掌握交流電機伺服系統(tǒng)的組成；構(gòu)建交流電機伺服控制系統(tǒng)；正確使用半物理仿真實驗系統(tǒng)實現(xiàn)交流電機伺服系統(tǒng)在線調(diào)參。M22實驗2撰寫實驗報告四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評占比1平時作業(yè)及總結(jié)報告1、按照教學(xué)日歷的章節(jié)安排，每章布置課后習(xí)題，題型主要有簡答、分析、作圖、計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計題。2、成績采用百分制，根據(jù)作業(yè)是否按時上交、是否獨立完成、完成的準(zhǔn)確性等進行評分。3、根據(jù)課堂主題，布置專業(yè)性的課外研討題目或整理學(xué)習(xí)筆記，根據(jù)題目分析的邏輯性與合理性進行評分。4、考核學(xué)生對機械基礎(chǔ)知識的掌握能力，理論知識系統(tǒng)化的歸納能力，學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力。20%2開放課題研究報告1、每章布置1-2項開放性研究題目，以開闊學(xué)生思考范圍，延伸課程學(xué)習(xí)成果。鼓勵學(xué)生參考引用國內(nèi)外文獻，但拒絕拷貝抄襲。2、根據(jù)報告完成的邏輯合理性、知識應(yīng)用新穎性、工程思維是否突破、是否按時提交以及是否獨立完成等方面進行綜合評分。3、考核學(xué)生掌握知識體系的邏輯性，推動學(xué)生認(rèn)真思考，仔細(xì)觀察并主動研究實際產(chǎn)品中蘊涵的原理，歷經(jīng)頭腦風(fēng)暴突破常規(guī)思維，形成創(chuàng)意設(shè)計或創(chuàng)新產(chǎn)品。20%3實驗1.本課程4個學(xué)時實驗，共兩次實驗。2.成績采用百分制，根據(jù)實驗完成情況評分。3.考核學(xué)生對直流電機、步進電機以及半物理仿真系統(tǒng)的應(yīng)用能力。20%4期末答辯1、期末采用面試答辯的形式，成績采用百分制，根據(jù)參考答案與評分標(biāo)準(zhǔn)進行評判。2、主要考核學(xué)生對基礎(chǔ)理論的掌握能力，學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力。40%五、評分細(xì)則序號課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1平時作業(yè)及總結(jié)報告20%A-獨立思考、按時完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。B-獨立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。C-獨立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準(zhǔn)確。D-作業(yè)抄襲，未能按時完成；作圖不規(guī)范，解題思路不清晰，解答潦草。2M1開放課題研究報告20%A-項目方案有一定的創(chuàng)新性，項目設(shè)計方案合理或有改良性，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)滿足功能要求，利用機械工程基礎(chǔ)理論擬定的項目參數(shù)正確。B-項目有實物且有新意，項目設(shè)計方案合理，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求，利用機械工程基礎(chǔ)理論擬定的項目參數(shù)基本正確。C-項目有實物且略有新意，項目設(shè)計方案基本合理，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基本滿足功能要求，利用機械工程基礎(chǔ)理論擬定的項目參數(shù)基本正確。D-項目無新意且拼湊應(yīng)付，項目設(shè)計方案不合理，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不能滿足功能要求，利用機械工程基礎(chǔ)理論擬定的項目參數(shù)不正確。3M1實驗20%A-按時提交實驗報告，數(shù)據(jù)分析符合規(guī)范，結(jié)論無誤。B-按時提交實驗報告，數(shù)據(jù)分析基本規(guī)范，結(jié)論基本正確。C-數(shù)據(jù)分析過程存在問題。D-發(fā)生安全事故4M1期末答辯40%根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)答案及評分標(biāo)準(zhǔn)確定5M2平時作業(yè)及總結(jié)報告20%A-獨立思考、按時完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。B-獨立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。C-獨立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準(zhǔn)確。D-作業(yè)抄襲，未能按時完成；作圖不規(guī)范，解題思路不清晰，解答潦草。6M2開放課題研究報告20%A-項目方案有一定的創(chuàng)新性，項目設(shè)計方案合理或有改良性，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)滿足功能要求，利用機械工程基礎(chǔ)理論擬定的項目參數(shù)正確。B-項目有實物且有新意，項目設(shè)計方案合理，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求，利用機械工程基礎(chǔ)理論擬定的項目參數(shù)基本正確。C-項目有實物且略有新意，項目設(shè)計方案基本合理，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基本滿足功能要求，利用機械工程基礎(chǔ)理論擬定的項目參數(shù)基本正確。D-項目無新意且拼湊應(yīng)付，項目設(shè)計方案不合理，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不能滿足功能要求，利用機械工程基礎(chǔ)理論擬定的項目參數(shù)不正確。7M2實驗20%A-按時提交實驗報告，數(shù)據(jù)分析符合規(guī)范，結(jié)論無誤。B-按時提交實驗報告，數(shù)據(jù)分析基本規(guī)范，結(jié)論基本正確。C-數(shù)據(jù)分析過程存在問題。D-發(fā)生安全事故8M2期末答辯40%根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)答案及評分標(biāo)準(zhǔn)確定9M3平時作業(yè)及總結(jié)報告20%A-獨立思考、按時完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。B-獨立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。C-獨立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準(zhǔn)確