运动控制系统电子教案

《运动控制系统》

教案

绪 论(1学时)

教学目的、要求：本节主要介绍课程的性质、任务、特点以及自动控制系统中的一些基本概念 教学方式：采用多媒体课件。

教学设计：最初接触这一门课程，首先介绍课程的性质、解决任务、工程中的地位以及本课程的特点。讲解清楚教材的特点，选用教材的依据以及教师的讲解思路。初步使学生建立起本门课程的知识框架，用实际的工程事例激发学生的学习兴趣。

一、课程的性质、任务、特点、分类及工程应用

性质：理论与实践紧密结合的、自动化专业学生必修的专业技术课。

任务：研究自动控制系统的控制规律、研究交直流的各种调速方式。

特点：1）综合性强:涉及到的课程较多电子技术、变流、电拖、自控原理等；

2）实践性强: 与工程实际相联系；

3）通用性强:

工程应用实例：

机床的控制、家用电器、电力拖动

实验三个 共8学时，其中6学时为必做实验，2学时为选做实验。其特点：实践性强，时间占用较长。

二、讲课方式：多媒体讲解、黑板上讲解、课堂讨论、自学。 讲授方法有：传统式、启发式、逆向式、讨论式、探究式，展示最新科学技术等方式。

三、参考文献：

孙树朴等，《电力电子技术》，中国矿大出版社，2000，北京。

张明达，《电力拖动自动控制系统》，冶金工业出版社，1983，北京。

贺益康等《电力电子技术》，浙江大学出版社；

四、考核方式：笔试70分，实验10分，科技论文10分，

作业及课堂表现10分，科技活动奖励5分。

五、电力拖动自控系统一般概念（自动控制原理中已经学过）

1、开环系统

控制系统的分类

运动控制系统 过程控制系统、计算机控制系统

2）闭环系统

增设了控制及反馈装置，利

用实测的参数作为反馈信息量，

与原先设定的指令相比较，以完

成自动调节作用。

3）综合自动化控制

4）系统的性能指标

一）系统的稳定性。

当扰动或给定值发生变化时，输出量将会偏离原来的稳定值。这时，通过内部自动调节，系统

可能回到（或接近）原来的稳定值或跟随给定值稳定下来。

二）系统的动态性能指标。

系统的对象和元件通常都具有一定的惯性（如机械惯性，电磁惯性，热惯性等）系统中各种

量值的变化不可能是突变的。因此从一个稳态过渡到新的稳态，都需要经历一段时间，亦即需要经

历一个过渡过程。

直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。

由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此，为了保持由浅入深的教学顺序，应

该首先很好地掌握直流拖动控制系统。

第一章直流单闭环调速系统

§1-1 晶闸管—电动机（V-M）调速系统的特点

目的、教学要求：此部分内容在前述课程《电力电子技术》中已学过，要求学生课后复习，在此基础上掌握晶直流调速电源的特点、闸管—电动机（V-M）调速系统的调速方法。

重点、难点：触发脉冲相位控制，晶闸管—电动机（V-M）调速系统电流连续、断续时V-M系统机械特性。

主要内容：电流波形的连续与断续, 电流连续时V-M系统机械特性, 电流断续时V-M系统的机械特性。

思考：①晶闸管—电动机（V-M）调速系统电流波形连续与断续的条件？

②与一般直流电源相比，V-M系统的特点？

③V-M系统机械特性如何？

教学设计：从直流电动机转速方程入手，分析三种调节电动机转速的方法，通过讲解各种方法的优缺点，引申出本章核心内容：调压调速。而调压调速系统需要有专门向电动机供电的可控直流电源。进一步引入几种主要的可控直流电源。在对比的基础上，总结出各种可控直流电源的特点，最后明确把晶闸管整流装置输出电压看作直流电源给电动机供电的V-M系统。

针对晶闸管—电动机（V-M）调速系统的特点，通过启发性的提问使学生回忆先修课《电力电子技术》整流装置的有关内容，再通过调速系统的角度分析晶闸管整流装置输出电压看作直流电源给电动机供电，与一般直流电源相比，V-M系统的特点：

一、触发脉冲相位控制

二、电流波形的连续与断续

三、V-M系统的机械特性

教学方式方法：绪论和可控直流电源、触发脉冲相位控制等容易理解的内容采用多媒体讲授，难点部分教师在黑板上详细讲解，如：电流连续、断续时V-M系统机械特性。采用启发式，逆向提出问题→解决问题→设计电路系统

§1-2 反馈控制闭环调速系统的稳态分析

目的、教学要求：使学生准确掌握调速的基本概念、调速性能指标之间的内在关系，以及开环系统所存在的问题。

重点、难点：静差率与调速范围的的关系与内在联系，静差率与机械特性硬度之间的关系。

主要内容：调速的基本概念；调速范围、静差率和额定速降之间的关系；开环系统所存在的问题。

思考：①静差率与机械特性硬度的关系？

③为什么说调速范围和静差率不是彼此孤立的，必须同时考虑才有意义？

教学设计：简要讲述调速性能指标三个概念调速、稳速、加、减速，静差率及其与机械特性的硬度的关系，联系工程实际，重点探讨调速范围、静差率和额定速降之间的关系。

然后以某一龙门刨床工作台直流电动机开环调速系统为例，分析其性能和存在的问题，该部分内容要求学生自己利用调速指标计算、分析，得出其性能特点，提出问题，思考解决开环系统速降太大的解决方法。通过启发，由学生提出问题的解决方法－引入反馈控制

教学方式方法：该部分内容较容易理解，采用多媒体讲授。

§1-3 反馈控制闭环调速系统的稳态分析

教学目的、要求：熟悉掌握闭环系统的组成及静特性、闭环调速系统与开环系统的性能比较，降低速降的实质。

重点、难点：闭环系统能降低速降的实质。

主要内容：闭环系统的组成及静特性方程的推导、闭环调速系统与开环系统的性能比较，闭环系统能降低速降的实质是什么？

思考题：①闭环系统能降低速降的实质是什么？

②写出当负载突减时，系统的自动调节过程。

③闭环静特性是如何形成的？为什么开环中转速与电流（转矩）的关系称作为机械特性，而闭环系统中转速与电流（转矩）的关系称作闭环静特性？

④单闭环调速系统的基本性质是什么

教学设计：①通过引入三幅flash动画生动说明静特性与开环机械特性的区别，通过展示实物照片来说明形成闭环的方式手段。

②通过一个直流有静差调速系统来计算系统的各部分参数（简要介绍）PPT讲

③采用逆向思维方式来提出闭环系统存在的问题，通过启发提出解决问题的办法，由此

引出截止环节

一、闭环调速系统的动态数学模型

（一）直流它励电动机的数学模型