电力传动控制系统教学大纲

上海开放大学本科（专科起点）机械电子工程专业
《电力传动控制系统》课程教学大纲
（2013年5月30日审定）
第一部分课程的性质、目的与任务
一、课程的性质、目的与任务
本课程是专业必修课，课程学分4，课程学时数72。

课程主要阐述了自动控制理论、电力电子技术、电机与拖动基础的基础知识，讲授了电力传动自动控制系统工作原理和设计方法。

通过本课程的学习，使学生掌握电机拖动的基本方法、电力电子功率变换器及控制方法、电力传动自动控制系统的分析和设计方法，为今后从事与机电工程及其自动化有关的专业工作打下基础。

二、先修后续课程
先修课程：自动控制原理、传感器与测试基础
后续课程：机电一体化系统设计
第二部分教学内容与要求
绪论（4学时）
一、教学要求
1、了解电力传动自动控制系统的组成。

2、了解电力传动系统的历史与发展。

3、掌握电力传动自动控制系统的控制规律。

4、掌握生产机械的三种典型负载转矩特性。

5、掌握电力拖动系统稳定运行的条件。

6、理解调速系统静态指标。

7、理解多轴电力拖动系统的化简。

二、内容要点
1、电力传动自动控制系统组成及控制规律。

2、电力传动系统稳定运行的充分必要条件。

3、生产机械的三种典型负载转矩特性。

4、调速系统的静态指标。

5、多轴电力系统化简-负载力矩折算和转动惯量折算。

三、教学重点和难点
重点：
1、电力传动自动控制系统的控制规律。

2、三种典型负载转矩特性。

3、调速系统静态指标。

4、电力传动系统稳定运行的充分必要条件。

难点：
电力传动系统稳定运行的充分必要条件。

第一篇电机与拖动基础
第一章直流电机拖动基础（4学时）
一、教学要求
1、理解直流电机的工作原理。

2、理解直流电动机的基本方程和特性。

3、掌握他励直流电动机的机械特性。

4、掌握他励直流电动机的运行特性。

二、内容要点
1、直流电机的基本工作原理。

2、直流电动机的电压方程、励磁方程、转矩方程和功率方程。

3、直流电动机的转速特性和转矩特性。

4、他励直流电动机机械特性表达式和固有机械特性。

5、他励直流电动机的三种人为机械特性。

6、他励直流电动机的电动运行和起、制动特性。

7、他励直流电动机的四象限运行。

三、教学重点和难点
重点：
1、直流电动机的转速特性和转矩特性。

2、直流电动机的基本方程。

3、他励直流电动机的固有机械特性和人为机械特性。

4、他励直流电动机的起动和制动特性。

难点：
1、直流电动机的转速特性和转矩特性方程的应用。

2、他励直流电动机的反接制动和反馈制动。

第二章异步电机拖动基础（6学时）
一、教学要求
1、理解交流电机的旋转磁场概念。

2、理解异步电机的工作原理。

3、掌握异步电动机的功率与转矩方程。

4、掌握异步电动机的机械特性。

5、掌握异步电动机的的运行特性。

二、内容要点
1、交流电机的旋转磁场。

2、三相异步电机的结构和工作原理。

3、异步电动机的电磁功率与电磁转矩。

4、三相异步电动机固有机械特性的主要特点。

5、三相异步电动机的人为机械特性。

6、三相异步电动机的电动运行和起、制动特性。

7、三相异步电动机的四象限运行。

三、教学重点和难点
重点：
1、交流电机的旋转磁场。

2、转差率和异步电机的运行方式。

3、异步电动机的电磁功率与电磁转矩。

4、异步电动机定子和转子合成旋转磁动势。

5、三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性。

6、三相异步电动机的起动和制动特性。

难点：
1、交流电机的旋转磁场。

2、异步电动机定子和转子合成旋转磁动势。

3、异步电动机的反接制动和反馈制动。

第三章同步电机拖动基础（2学时）
一、教学要求
1、理解同步电机工作原理。

2、理解同步电动机的运行。

二、内容要点
1、同步电机工作原理。

2、同步电机的转速与定子频率的关系。

3、同步电机的功角特性和矩角特性。

4、同步电机的稳定运行。

5、同步电机的起动。

三、教学重点和难点
重点：
1、同步电机的转速与定子频率的关系。

2、同步电机的功角特性和矩角特性。

3、同步电机的稳定运行条件。

4、同步电机的起动方法。

难点：
1、同步电机的功角特性和矩角特性。

2、同步电机的稳定运行条件。

第二篇电力电子技术
第一章电力电子器件（2学时）
一、教学要求
1、掌握不可控器件电力二极管的基本特性。

2、掌握半控型器件晶闸管的基本特性。

3、了解典型全控型器件。

二、内容要点
1、电力电子器件的控制特征：不可控、半控、全控型。

2、电力二极管的基本特性：正向导通，反向阻断。

3、晶闸管门极控制与伏安特性。

4、全控型器件转移特性与输出特性。

三、教学重点和难点
重点：
1、电力电子器件的控制特征。

2、电力二极管的基本特性。

3、晶闸管门极控制与伏安特性。

第二章整流电路（4学时）
一、教学要求
1、掌握单相半波可控整流电路的工作特性。

2、掌握单相桥式全控整流电路的工作特性。

3、掌握电容滤波单相不可控整流电路的工作特性。

4、理解三相半波可控整流电路工作原理和特性。

5、理解三相桥式全控整流电路工作原理和特性。

6、理解三相电容滤波不可控整流电路的工作特性。

7、了解整流电路的有源逆变。

8、了解逆变产生的条件和逆变失败的原因。

9、了解整流电路的谐波和功率因数。

二、内容要点
1、典型单相及三相整流电路的结构和工作原理。

2、整流电路中负载对输出电压、电流的影响。

3、整流电路的触发角、导通角和移相范围。

4、整流电路的有源逆变。

5、有源逆变产生的条件和逆变失败的原因。

6、整流电路的谐波和功率因数。

三、教学重点和难点
重点：
1、典型单相及三相整流电路的结构和工作原理。

2、整流电路中负载对输出电压的影响。

3、整流电路的触发角、导通角和移相范围。

4、有源逆变产生的条件和逆变失败的原因。

难点：
1、整流电路中负载对输出电压的影响。

2、整流电路的触发角和移相范围。

3、有源逆变产生的条件。

第三章逆变电路及PWM控制技术（4学时）
一、教学要求
1、掌握单相电压型逆变电路工作原理和特性。

2、掌握三相电压型逆变电路工作原理和特性。

3、理解交直交变频器的工作原理。

4、理解SPWM的基本原理。

5、理解三相桥式全控整流电路SPWM原理。

6、理解SPWM控制方法。

二、内容要点
1、单相电压型逆变电路基本原理及换流方式。

2、三相全桥电压型逆变电路工作原理。

3、交直交变频器结构。

4、面积等效及SPWM原理。

5、单极性及双极性控制方式。

6、三相桥式全控整流电路SPWM原理。

7、SPWM控制方法：调制方法与采样方法。

三、教学重点和难点
重点：
1、单相电压型逆变电路基本原理及换流方式。

2、三相全桥电压型逆变电路工作原理。

3、交直交变频器结构。

4、面积等效及SPWM原理。

5、单极性及双极性调制方式。

6、SPWM控制方法。

难点：
1、单相和三相电压型逆变电路的换流过程。

2、单极性及双极性调制方式。

第四章直流斩波电路（2学时）
一、教学要求
1、掌握降压斩波电路工作原理和特性。

2、掌握升压斩波电路工作原理和特性。

3、理解电流可逆与桥式斩波电路的工作原理。

二、内容要点
1、降压斩波电路工作原理与输出特征。

2、升压斩波电路工作原理与输出特征。

3、电流可逆与桥式斩波电路的工作方式。

三、教学重点和难点
重点：
1、降压斩波电路工作原理与输出特征。

2、升压斩波电路工作原理与输出特征。

难点：
升压斩波电路工作原理。

第三篇电力传动自动控制系统
第一章开环控制的直流调速系统（4学时）
一、教学要求
1、掌握他励直流电动机的调速方法。

2、掌握晶闸管整流器-电动机系统构成和机械特性。

3、理解晶闸管整流装置的传递函数。

4、了解解晶闸管可逆整流装置。

5、理解直流PWM变换器-电动机系统工作原理。

6、理解直流调速系统的开环机械特性。

二、内容要点
1、他励直流电动机的三种调速方法。

2、他励直流电动机三种调速方法下的机械特性。

3、恒转矩调速和恒功率调速。

4、晶闸管整流器-电动机系统构成和机械特性。

5、晶闸管整流装置的传递函数。

6、不可逆直流PWM变换器-电动机系统工作原理。

7、可逆直流PWM变换器-电动机系统工作原理。

8、桥式PWM变换器-电动机系统工作原理。

9、直流PWM调速系统机械特性。

三、教学重点和难点
重点：
1、他励直流电动机的三种调速方法及机械特性。

2、恒转矩调速和恒功率调速。

3、晶闸管整流器-电动机系统构成和机械特性。

4、晶闸管整流装置的传递函数。

5、三种直流PWM变换器-电动机系统工作原理。

6、直流PWM调速系统机械特性。

难点：
1、晶闸管整流装置的传递函数。

2、桥式PWM变换器-电动机系统工作原理。

第二章转速反馈控制的直流调速系统（4学时）
一、教学要求
1、理解反馈控制的概念。

2、掌握比例控制转速负反馈直流调速系统工作原理。

3、掌握比例控制闭环调速系统的静特性。

4、理解直流调速系统动态数学模型。

5、理解比例控制闭环直流调速系统的稳定性。

6、掌握无静差调速系统的控制规律。

二、内容要点
1、转速反馈控制直流调速系统结构。

2、闭环调速系统的静特性。

3、反馈控制规律。

4、静特性与机械特性的本质区别。

5、直流调速系统动态数学模型：二阶系统。

6、转速反馈比例控制直流调速系统的动态结构：三阶线性系统。

7、比例控制闭环直流调速系统的动态稳定条件。

8、积分调节器和比例积分调节器的控制作用。

9、转速反馈控制直流调速系统的稳态误差分析。

三、教学重点和难点
重点：
1、转速反馈控制直流调速系统结构。

2、反馈控制规律。

3、静特性与机械特性的本质区别。

4、积分调节器和比例积分调节器的控制作用。

5、比例控制闭环直流调速系统的动态稳定条件。

难点：
1、静特性与机械特性的本质区别。

2、比例积分调节器的控制作用。

3、比例控制闭环直流调速系统的动态稳定条件。

第三章转速、电流反馈控制的直流调速系统（8学时）
一、教学要求
1、掌握转速、电流反馈控制直流调速系统的稳态分析。

2、掌握转速、电流反馈控制直流调速系统的动态分析。

3、理解电流、转速调节器设计方法。

4、理解可逆直流调速系统。

5、理解弱磁调压配合控制。

二、内容要点
1、转速、电流反馈控制直流调速系统稳态结构图。

2、转速、电流调节器的作用。

3、稳态工作点分析、反馈系数和限幅值计算。

4、双闭环直流调速系统起动过程三个阶段。

5、调节器抗负载扰动和电压扰动的能力。

6、跟随性能指标和抗扰性能指标。

7、设计转速、电流反馈控制直流调速系统的原则是先内环后外环。

8、电流、转速调节器的结构设计。

9、电流、转速调节器的参数计算。

10、直流PWM可逆调速系统的实现。

11、晶闸管整流装置反并联线路及工作状态。

12、弱磁与调压配合控制。

三、教学重点和难点
重点：
1、转速、电流调节器的作用。

2、双闭环直流调速系统起动过程三个阶段。

3、调节器抗负载扰动和电压扰动的能力。

4、设计双闭环反馈控制直流调速系统的原则。

5、电流调节器和转速调节器的结构设计。

难点：
1、双闭环直流调速系统起动过程三个阶段。

2、电流调节器和转速调节器的结构设计。

第四章基于稳态模型的交流电动机调速系统（8学时）
一、教学要求
1、掌握交流电动机调速方法。

2、掌握异步电动机变压变频调速原理。

3、理解电压补偿控制。

4、理解转速开环变压变频调速系统结构和工作原理。

5、了解电压空间矢量PWM控制技术。

6、了解绕线异步电动机双馈调速。

7、了解同步电动机调速系统。

二、内容要点
1、交流异步电动机的三种调速方式。

2、异步电动机稳态数学模型。

3、异步电动机变压变频调速原理：基频以下、基频以上调速方法。

4、变压变频调速的机械特性：基频以下、基频以上机械特性基本特征。

5、恒定子磁通控制、恒气隙磁通控制和恒转子磁通控制。

6、不同控制方式下的机械特性比较。

7、转速开环变压变频调速系统。

8、电压空间矢量的合成。

9、SVPWM的实现。

10、双馈调速的工作原理。

11、双馈调速的五种工况的功率流向。

12、同步电动机变频调速的电压频率特性。

13、他控变频同步电动机调速特征。

14、自控变频同步电动机调速特征。

三、教学重点和难点
重点：
1、交流异步电动机的三种调速方式。

2、异步电动机变压变频调速原理。

3、变压变频调速的机械特性。

4、恒定子磁通控制、恒气隙磁通控制和恒转子磁通控制。

5、转速开环变压变频调速系统。

6、电压空间矢量的合成。

7、同步电动机变频调速的电压频率特性。

难点：
1、异步电动机变压变频调速原理。

2、电压空间矢量的合成。

3、恒定子磁通控制、恒气隙磁通控制和恒转子磁通控制。

第五章基于动态模型的异步电动机调速系统（2学时）
一、教学要求
1、了解异步电动机矢量控制系统。

2、了解异步电动机直接转矩控制系统。

二、内容要点
1、坐标变换：3/2变换和旋转变换。

2、异步电动机定子和转子的坐标变换。

3、按转子磁链定向的作用。

4、矢量控制系统结构与特点。

5、定子电压对磁链和转矩的控制作用。

6、直接转矩控制系统的结构及控制方法。

三、教学重点和难点
重点：
1、3/2变换和旋转变换。

2、矢量控制系统结构与特点。

3、直接转矩控制系统的结构及控制方法。

难点：
3/2变换和旋转变换。

第六章伺服系统（2学时）
一、教学要求
1、掌握伺服系统的特征及组成。

2、理解伺服系统控制对象的数学模型。

3、了解伺服系统的设计。

二、内容要点
1、伺服系统的特征及组成。

2、伺服系统的控制对象。

3、伺服系统控制对象的统一模型。

4、伺服系统调节器校正。

5、伺服系统对象建模。

6、伺服系统控制器选型。

7、伺服系统稳定条件。

三、教学重点和难点
重点：
1、伺服系统的特征及组成。

2、伺服系统的控制对象。

3、伺服系统调节器校正。

4、伺服系统控制器选型。

5、伺服系统稳定条件。

难点：
1、伺服系统调节器校正。

2、伺服系统稳定条件。

实践教学环节课程实验（8学时）
一、教学要求
1、掌握转速开环直流调速系统实验方法。

2、掌握转速单闭环直流调速系统实验方法。

3、掌握转速电流双闭环可逆直流电动机调速系统实验方法。

4、掌握三相交流电动机SPWM变频调速系统实验方法。

二、内容要点
1、晶闸管触发整流电路的检查和调整。

2、晶闸管-电动机系统开环机械特性的测定。

3、转速负反馈单闭环系统调试及闭环静特性的测定。

4、电流截止负反馈环节的整定。

5、双闭环调速系统调试的基本原则。

6、双闭环调速系统单元部件参数整定和调试。

7、双闭环调速系统电流环和转速环调试。

8、三相异步电机变频调速运行观测。

9、三相异步电机变频调速系统开环机械特性测试。

10、异步电动机的变频起动和加速过程观测。

三、教学重点和难点
重点：
1、晶闸管-电动机系统开环机械特性的测定。

2、转速负反馈单闭环系统调试及闭环静特性的测定。

3、双闭环调速系统调试的基本原则。

4、双闭环调速系统电流环和转速环调试。

5、三相异步电机变频调速系统开环机械特性测试。

6、异步电动机的变频起动和加速过程观测。

难点：
1、转速负反馈单闭环系统调试及闭环静特性的测定。

2、双闭环调速系统电流环和转速环调试。

3、三相异步电机变频调速系统开环机械特性测试。

期中测试及试题分析（4学时）
期末复习指导（4学时）。