《電力拖動自動控制系統(tǒng)》教學(xué)大綱

《電力拖動自動控制系統(tǒng)》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：05156031課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：4學(xué)分學(xué)時：64學(xué)時（理論56學(xué)時，實驗8學(xué)時）先修課程：自動控制原理、電力電子技術(shù)、電機學(xué)后續(xù)課程：現(xiàn)代電機控制技術(shù)等適用專業(yè)：電氣工程及其自動化開課單位：電氣工程與自動化學(xué)院一、課程說明《電力拖動自動控制系統(tǒng)》是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)選修課。本課程主要教授交直流調(diào)速系統(tǒng)的基本理論與系統(tǒng)分析和工程設(shè)計方法，為學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程及以后從事技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)。本課程是一門實踐性很強的課程，強調(diào)培養(yǎng)運用所學(xué)知識解決生產(chǎn)實際中問題的能力，兼顧新技術(shù)、新工藝及其發(fā)展方向的介紹，培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、高素質(zhì)、強能力”的人才。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：了解運動控制技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用以及在本專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域的地位和作用；掌握直流電機、交流電機各種控制系統(tǒng)的機械特性、數(shù)學(xué)模型及性能指標(biāo)；掌握先進(jìn)的運動控制理論和系統(tǒng)設(shè)計方法；掌握通用變頻器的操作及控制。課程目標(biāo)2：能夠應(yīng)用自動控制理論分析運動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能；能夠應(yīng)用自動控制理論進(jìn)行運動控制系統(tǒng)的調(diào)試及設(shè)計；具有團(tuán)隊協(xié)作和勞動能力，具有不斷學(xué)習(xí)適應(yīng)社會發(fā)展和行業(yè)競爭的能力。課程目標(biāo)3：具有良好的職業(yè)道德和敬業(yè)精神；養(yǎng)成積極思考的習(xí)慣，具有獨立通過網(wǎng)絡(luò)獲取學(xué)習(xí)信息的能力；具有大膽探索、勇于創(chuàng)新、積極交流、密切協(xié)作的精神，善于發(fā)現(xiàn)各類運動控制系統(tǒng)在自動化領(lǐng)域的應(yīng)用；具有愛國主義精神、積極主動地把所學(xué)知識用在建設(shè)祖國的過程中；具有運動控制相關(guān)專業(yè)知識，能夠運用工程設(shè)計思路、方法進(jìn)行運動控制系統(tǒng)設(shè)計工作。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《運動控制系統(tǒng)A》課程教學(xué)目標(biāo)對電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)支撐強度1.工程知識1.4能夠?qū)㈦姎夤こ碳捌渥詣踊瘜I(yè)知識用于復(fù)雜電氣工程問題解決方案的比較與優(yōu)化。課程目標(biāo)1：了解運動控制技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用以及在本專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域的地位和作用；掌握直流電機、交流電機各種控制系統(tǒng)的機械特性、數(shù)學(xué)模型及性能指標(biāo)；掌握先進(jìn)的運動控制理論和系統(tǒng)設(shè)計方法；掌握通用變頻器的操作及控制。M2.問題分析2.2能夠運用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，分析并表達(dá)復(fù)雜電氣工程問題的特性，獲得多種解決方案。課程目標(biāo)2：能夠應(yīng)用自動控制理論分析運動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能；能夠應(yīng)用自動控制理論進(jìn)行運動控制系統(tǒng)的調(diào)試及設(shè)計；具有團(tuán)隊協(xié)作和勞動能力，具有不斷學(xué)習(xí)適應(yīng)社會發(fā)展和行業(yè)競爭的能力。H4.研究4.2能夠根據(jù)復(fù)雜電氣工程問題的特征，選擇研究路線，設(shè)計實驗方案。課程目標(biāo)1：了解運動控制技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用以及在本專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域的地位和作用；掌握直流電機、交流電機各種控制系統(tǒng)的機械特性、數(shù)學(xué)模型及性能指標(biāo)；掌握先進(jìn)的運動控制理論和系統(tǒng)設(shè)計方法；掌握通用變頻器的操作及控制。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點難點理論學(xué)時實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.運動控制系統(tǒng)概述1.1運動控制技術(shù)概述；1.2運動控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)特點；1.3運動控制系統(tǒng)的基本性能指標(biāo)。教學(xué)要求：了解運動控制技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用以及在本專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域的地位和作用；掌握運動控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)特點以及基本性能指標(biāo)。重點：運動控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)特點、運動控制系統(tǒng)的基本性能指標(biāo)。難點：運動控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)特點。42.直流調(diào)速系統(tǒng)2.1可控直流電源電動機系統(tǒng)；2.2閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)；2.3可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。教學(xué)要求：了解直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的基本控制模式；掌握相控整流直流調(diào)速系統(tǒng)的機械特性及數(shù)學(xué)模型、直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及機械特性、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機械特性及性能指標(biāo)；學(xué)會建立閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)各典型環(huán)節(jié)靜態(tài)、動態(tài)數(shù)學(xué)模型的一般方法，轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計思路、方法。重點：相控整流直流調(diào)速系統(tǒng)的機械特性及數(shù)學(xué)模型、直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及機械特性、開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機械特性及性能指標(biāo)。難點：相控整流直流調(diào)速系統(tǒng)的機械特性及數(shù)學(xué)模型、直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及機械特性。141、2、33.交流調(diào)速系統(tǒng)3.1異步電動機調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理；3.2異步電動機變頻調(diào)速控制方法；3.3同步電機變頻調(diào)速方法教學(xué)要求：掌握異步電動機變壓變頻調(diào)速基本原理、掌握SPWM逆變器的控制模式和實現(xiàn)方法；掌握異步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中的脈寬調(diào)制技術(shù)；掌握異步電動機變頻調(diào)速的控制方式、掌握通用變頻器的操作與控制；掌握同步電機變壓變頻調(diào)速方法。重點：異步及同步電動機調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理、異步及同步電動機變頻調(diào)速控制方法。難點：異步及同步電動機調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理、異步及同步電動機變頻調(diào)速控制方法。2661、2、34.伺服系統(tǒng)4.1伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及特征；4.2伺服系統(tǒng)應(yīng)用。教學(xué)要求：掌握伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及特征；掌握直流伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型和交流伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型；掌握伺服控制系統(tǒng)的集成設(shè)計方法。重點：伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及特征、伺服控制系統(tǒng)的集成設(shè)計方法。難點：伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及特征、伺服控制系統(tǒng)的集成設(shè)計方法。1221、2、3合計5682.實驗部分實驗部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表3。表3實驗項目、實驗內(nèi)容與學(xué)時實驗項目實驗內(nèi)容和要求實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.通用變頻器的操作與電機控制實驗內(nèi)容：匯川變頻器的操作與控制實驗要求：了解并熟悉通用變頻器操作面板、外部端子及通訊協(xié)議的操作及使用方法。61、2、32.伺服控制系統(tǒng)應(yīng)用實驗內(nèi)容：伺服電機控制實驗要求：了解并熟悉伺服驅(qū)動器的參數(shù)設(shè)置及使用方法。21、2、3合計8五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享、實驗等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學(xué)生比較全面地理解直流調(diào)速系統(tǒng)、交流調(diào)速系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)的基本理論，并在此基礎(chǔ)上掌握系統(tǒng)分析和工程設(shè)計方法，具有應(yīng)用自動控制理論進(jìn)行運動控制系統(tǒng)的調(diào)試及設(shè)計能力。在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生通過變頻器的操作與控制、伺服控制系統(tǒng)應(yīng)用實現(xiàn)對交流電動機的控制與調(diào)速，初步掌握運動控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試等專業(yè)技能，為日后從事相關(guān)工作奠定堅實基礎(chǔ)。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實際動手能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。六、課程資源1.推薦教材：（1）阮毅.電力拖動自動控制系統(tǒng)-運動控制系統(tǒng)(第五版)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2020.2.參考書：（1）陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.（2）丁學(xué)文.電力拖動運動控制系統(tǒng)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2017.（3）楊耕.電機與運動控制系統(tǒng)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.3.期刊：（1）武星,樓佩煌,唐敦兵.自動導(dǎo)引車路徑跟蹤和伺服控制的混合運動控制[J].機械工程學(xué)報,2011,47(03):43-48.（2）KimH,ShinJY,KimJ.Designandlocomotioncontrolofahydrauliclowerextremityexoskeletonformobilityaugmentation[J].Mechatronics,2017,46:32-45.（3）王耀威,紀(jì)志堅,翟海川.仿生機器魚運動控制方法綜述[J].智能系統(tǒng)學(xué)報,2014,9(03):276-284.（4）吳琳,譚營,唐建.運動控制技術(shù)發(fā)展與展望[J].機床與液壓,2007(07):231-233+216.（5）徐照平,常思勤,林繼銘.四沖程自由活塞發(fā)電機活塞運動控制方法[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2013,44(01):6-10+16.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）齊蓉,裝備自動化工程設(shè)計與實踐,2018.7.12./courses/course-v1:NPUX+20180702+sp/about（2）趙建洲,電機與拖動,2018.6.24./course/AYIT-1001794001七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)8（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進(jìn)行考核，滿分100分；（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?32實驗16（1）根據(jù)每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質(zhì)量單獨評分，滿分100分；（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績；（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！?6作業(yè)16（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績；（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?64期末考核60（1）期末考核成績100分，以期末考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績；（2）主要考核直流調(diào)速系統(tǒng)、交流調(diào)速系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)的特點、性能參數(shù)及設(shè)計方法等內(nèi)容；（3）考試題型為：填空題、選擇題、簡答題、作圖題、計算題和分析題等。√√√252510合計：100分345016八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)、期末考核等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┛己顺煽儯ɑ?qū)嵅俪煽儯┖瓦^程性評價成績組成。其中：期末考核成績?yōu)?00分（權(quán)重60%），試題類型為填空題、選擇題、簡答題、作圖題、計算題、分析題等類型；作業(yè)評價、課內(nèi)實驗、課堂表現(xiàn)過程性評價成績?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過程性評價和期末考核分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)20積極參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于90%。認(rèn)真參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于80%。偶爾參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于70%。上課不認(rèn)真，偶爾參與教學(xué)活動。上課不認(rèn)真，不參與教學(xué)活動。作業(yè)40作業(yè)完整，思路清晰，準(zhǔn)確率大于90%，字跡工整。作業(yè)完整，準(zhǔn)確率大于80%，字跡工整。不交作業(yè)2次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于70%。不交作業(yè)4次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于60%。不交作業(yè)5次以上，準(zhǔn)確率小于60%。實驗40實驗預(yù)