运动控制系统基本要求
《运动控制系统》实验指导书[新][152023]
![《运动控制系统》实验指导书[新][152023]](https://img.taocdn.com/s3/m/f651f848ddccda38376baf9e.png)
一、运动控制系统实验项目一览表实验室名称：电机拖动实验室课程名称：运动控制系统适用专业：电气工程及自动化、自动化实验总学时：16设课方式：课程实验（“课程实验”或“独立设课”二选一）是否为网络实验：否（“是”或“否”二选一）实验一晶闸管直流调速系统主要单元调试一．实验目的1．熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。
2．掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。
二．实验内容2．电平检测器的调试3．反号器的调试4．逻辑控制器的调试三．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏。
2．NMCL—31A组件3．NMCL—18组件4．双踪示波器5．万用表四．实验方法1．速度调节器（ASR）的调试按图1-5接线，DZS(零速封锁器)的扭子开关扳向“解除”。
注意：正常使用时应“封锁”，以防停机时突然启动。
（1）调整输出正、负限幅值“5”、“6”端接可调电容，使ASR调节器为PI调节器，加入一定的输入电压（由NMCL—31的给定提供，以下同），调整正、负限幅电位器RP1、RP2，使输出正负值等于 5V。
（2）测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“5”、“6”端短接），使ASR调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。
（3）观察PI特性拆除“5”、“6”端短接线接入5~7uf电容，（必须按下选择开关，绝不能开路），突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。
反馈电容由外接电容箱改变数值。
2．电流调节器（ACR）的调试按图1-5接线。
（1）调整输出正,负限幅值“9”、“10”端接可调电容，使调节器为PI调节器，加入一定的输入电压，调整正，负限幅电位器，使输出正负最大值大于 6V。
（2）测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“9”、“10”端短接），使调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。
运 动 控 制 系 统
基于稳态模型的交流调速系统动态性能无法与直
流调速系统相比；基于动态模型的交流调速系统 （矢量控制系统，直接转矩控制系统）动态性能 良好，取代直流调速系统。 同步电动机交流调速系统 同步电动机的转速与电源频率严格保持同步， 机械特性硬。 电力电子变频技术的发展，成功地解决了阻碍同 步电动机调速的失步和启动两大问题。
负载可能是多个典型负载的组合，应根据实际负 载的具体情况加以分析。 1、 恒转矩负载 负载转矩的大小恒定，称作 恒转矩负载 TL 常数 a）位能性恒转矩负载 b) 反抗性恒转矩负载
图1-3 恒转矩负载
2、 恒功率负载
负载转矩与转速成反比， 而功率为常数，称作恒功 率负载
TL
m
PL
信号检测
电压、电流、转速和位置等信号 信号转换 电压匹配、极性转换、脉冲整形等 数据处理 信号滤波
二、运动控制系统的历史与发展
电力电子技术和微电子技术的兴起与发展，使交流
调速系统取代直流调速系统已成为不争的事实。 直流调速系统 直流电动机的数学模型简单，转矩易于控制。 换向器与电刷的位置保证了电枢电流与励磁电 流的解耦，使转矩与电枢电流成正比。 交流调速系统 交流电动机（尤其是笼型感应电动机）结构简单。 但动态数学模型具有非线性多变量强耦合的性质， 比直流电动机复杂得多。
1、电动机—— 运动控制系统的控制对象
从类型上分
直流电动机、交流感应电动机（交流异步电动机） 和交流同步电动机。 从用途上分 用于调速系统的拖动电动机和用于伺服系统的伺服 电动机。 2、 功率放大与变换装置 半控型向全控型发展 低频开关向高频开关发展 分立的器件向具有复合功能的功率模块发展
电力拖动实现了电能和机械能之间 的能量转换。 运动控制系统的任务 是：通过控制电机的电压、 电流、频率等输入量来改 变工作机械的转矩、速度、 位移等机械量，使各种工 作机械按人们期望的要求 运行，以满 足生产工艺及 其他应用要求。
《运动控制系统》课程教学大纲
《运动控制系统》课程教学大纲一、教学内容本节课的教学内容来自于《运动控制系统》课程的第五章，主要讲述运动控制系统的组成、原理及其应用。
具体内容包括：1. 运动控制系统的组成：包括控制器、执行器和传感器等基本组成部分，以及它们之间的相互作用。
2. 运动控制系统的原理：包括控制算法、反馈控制和开环控制等基本原理。
3. 运动控制系统的应用：包括在工业、数控机床和电动汽车等领域的应用实例。
二、教学目标1. 使学生了解运动控制系统的组成、原理及其应用，掌握基本概念和知识点。
2. 培养学生运用运动控制系统的基本原理解决实际问题的能力。
3. 提高学生对运动控制技术在现代工业和科技领域的重要性的认识。
三、教学难点与重点1. 教学难点：运动控制系统的原理和应用。
2. 教学重点：运动控制系统的组成及其在工作中的应用。
四、教具与学具准备1. 教具：多媒体教学设备、投影仪、白板等。
2. 学具：教材、笔记本、彩色笔等。
五、教学过程1. 实践情景引入：以工业为例，介绍运动控制系统在实际工作中的应用。
2. 知识点讲解：讲解运动控制系统的组成、原理及其应用。
3. 例题讲解：分析运动控制系统在实际工作中的应用案例，引导学生理解并掌握运动控制系统的原理。
4. 随堂练习：让学生结合所学内容，分析并解决实际问题。
5. 课堂讨论：引导学生探讨运动控制系统在现代工业和科技领域的重要性。
6. 板书设计：对本节课的主要知识点进行板书，方便学生复习和巩固。
7. 作业布置：布置相关练习题，巩固所学知识。
六、作业设计1. 题目：分析下列运动控制系统的应用案例，并说明其工作原理。
（1）数控机床；（2）电动汽车；（3）工业。
2. 答案：（1）数控机床：数控机床是一种采用数字控制技术进行运动的机床。
通过控制器预设机床的运动轨迹，执行器按照控制器的指令进行运动，实现对工件的加工。
（2）电动汽车：电动汽车采用电动机作为动力来源，通过控制器调节电动机的转速和扭矩，实现车辆的运动控制。
《运动控制系统》课程教学大纲
《运动控制系统》课程教学大纲课程名称：运动控制系统课程代码：学分/学时：3学分/51学时开课学期：秋季学期（大四上）适用专业：机械工程及自动化、核科学与工程、航空航天工程等相关专业的本科生与研究生先修课程：高等数学（常微分方程，积分变换），模型、分析与系统控制，电工与电子技术，机械测试技术及其应用后续课程：开课单位：机械与动力工程学院一、课程性质和教学目标运动控制系统包括电机、驱动器、控制器和传感器。
通过这门课程的学习，能够设计和开发所需的运动控制系统，驱动机械机构完成规定的动作。
用于运动控制的电机主要为交流电机，包括感应电机、永磁同步电机、直流无刷电机步进电机。
驱动器将电网固定的电压、频率改变为可控的电压、频率、电流供给电机，控制电机的转矩、速度、位置、加速度。
控制器将特定的工艺要求转变成控制命令，以数字、模拟等信号形式控制驱动器。
传感器将物理量转变成特定要求的电压或电流，供控制器感知系统的状态，修正控制命令。
这门课程的学习应把握基本原理、器件、算法及三者的内在联系。
基本原理包括上述各种电机的基本原理、电机的控制理论。
器件包括常用的传感器、功率器件、微控制器及电子元件。
算法是基本原理和器件的结合，将抽象的理论具体化，零散的器件集成化，程序模块化。
(A4, A5, B1, B2, B4, C3, C4)二、课程教学内容及学时分配（含实践、自学、作业、讨论等的内容及要求）第1章运动控制系统的构成与控制结构（3学时/课堂教学）(A5.1)内容：了解运动控制系统由执行器、驱动器、控制器和传感器等部件组成；掌握各组成部件在系统中的作用；了解现有的执行器种类，如气缸、电机、压电陶瓷等，并了解各类执行器的固有特性、适用的应用范围及常用的应用场合；了解传感器的种类及其原理，如光栅尺、码盘、激光干涉仪、电容传感器等，学习各类传感器的特性及适用范围。
了解适用matlab中的simulink模块搭建运动控制系统的仿真程序。
运动控制技术 课程标准
运动控制技术课程标准
运动控制技术课程标准主要涵盖以下内容：
1. 运动控制系统基础知识：介绍运动控制系统的基本概念、组成和工作原理，包括运动控制器、伺服电机、传感器等的基本原理。
2. 运动控制系统设计：讲解运动控制系统的设计方法和步骤，包括运动控制系统的需求分析、功能设计、硬件选型和软件开发等方面。
3. 运动控制系统硬件：介绍运动控制系统的硬件组成，包括伺服电机、传感器、编码器、电机驱动器等的选型、安装和调试方法。
4. 运动控制系统软件：讲解运动控制系统的软件开发方法和技术，包括PID控制算法、闭环控制、轨迹规划和插补算法等。
5. 运动控制系统调试与优化：介绍运动控制系统的调试方法和技巧，包括系统参数调整、误差分析和优化方法等。
6. 运动控制系统应用案例：通过实际案例分析和实验，讲解运动控制技术在机械制造、自动化生产线、机器人等领域的应用。
以上内容仅作为运动控制技术课程标准的参考，实际的课程设置和深度还需根据教学目标、教学资源和学生需求等因素进行具体设计。
运动控制技术 课程标准
运动控制技术课程标准以下是一个关于运动控制技术课程标准的示例：《运动控制技术》课程标准**一、课程基本信息** 课程名称：运动控制技术课程性质：专业核心课适用专业：[具体专业名称] 总学时：[具体学时] 学分：[具体学分] **二、课程定位** 本课程是[具体专业名称]的一门专业核心课程，通过本课程的学习，使学生了解运动控制系统的基本组成和工作原理，掌握运动控制系统的设计和调试方法，为学生从事相关工作奠定基础。
**三、课程目标** 1. 知识目标- 了解运动控制系统的基本组成和工作原理；- 掌握运动控制系统的数学模型和控制方法；- 掌握运动控制系统的硬件设计和软件开发方法。
2. 能力目标- 能够根据实际需求设计运动控制系统；- 能够使用相关工具进行运动控制系统的调试和维护。
3. 素质目标- 培养学生的工程实践能力和创新精神；- 提高学生的团队协作能力和沟通能力。
**四、课程内容与要求** 1. 运动控制系统的基本组成和工作原理- 了解运动控制系统的基本组成和工作原理；- 掌握运动控制系统的性能指标和设计要求。
2. 运动控制系统的数学模型和控制方法- 掌握运动控制系统的数学模型和控制方法；- 能够根据实际需求选择合适的控制方法。
3. 运动控制系统的硬件设计- 掌握运动控制系统的硬件设计方法；- 能够根据实际需求设计运动控制系统的硬件电路。
4. 运动控制系统的软件开发- 掌握运动控制系统的软件开发方法；- 能够使用相关工具进行运动控制系统的软件开发。
5. 运动控制系统的调试和维护- 掌握运动控制系统的调试和维护方法；- 能够解决运动控制系统在实际应用中遇到的问题。
**五、教学方法与手段** 1. 教学方法：采用课堂讲授、案例分析、实践操作等教学方法。
2. 教学手段：利用多媒体课件、实验室设备等教学手段。
**六、考核与评价方式** 1. 考核方式：采用平时成绩、期末考试、实验报告等多种考核方式。
机械控制系统中的运动控制
机械控制系统中的运动控制机械工程是一门涉及设计、制造和运行机械设备的学科，而机械控制系统是机械工程中至关重要的一部分。
在现代工业中，机械控制系统的运动控制是实现自动化生产的关键技术之一。
本文将探讨机械控制系统中的运动控制，并介绍其中的一些关键概念和技术。
一、运动控制的基本概念在机械控制系统中，运动控制是指对机械设备的运动进行精确控制的过程。
它涉及到对速度、位置、加速度等参数进行调节，以实现所需的运动要求。
运动控制的核心是控制系统中的运动控制器，它可以根据输入的指令和反馈信号，对执行器（如电机）进行控制，从而实现所需的运动。
二、运动控制系统的组成一个典型的运动控制系统由以下几个主要组成部分组成：1. 运动控制器：运动控制器是控制系统的核心，它负责接收和处理输入的指令和反馈信号，并根据控制算法生成控制信号。
常见的运动控制器包括PLC（可编程逻辑控制器）、CNC（数控系统）和DSP（数字信号处理器）等。
2. 传感器：传感器用于实时监测机械设备的运动状态，如位置、速度和加速度等。
常用的传感器包括编码器、光电开关和压力传感器等。
传感器将运动状态转换为电信号，并反馈给运动控制器进行处理。
3. 执行器：执行器是将控制信号转换为机械运动的装置，常见的执行器包括电机、液压马达和气动马达等。
执行器根据控制信号的变化，产生相应的力或转矩，从而实现机械设备的运动。
4. 控制算法：控制算法是运动控制系统中的重要部分，它根据输入的指令和反馈信号，计算出控制信号的变化规律。
常见的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法和自适应控制算法等。
控制算法的选择和优化对于实现精确的运动控制至关重要。
三、运动控制系统的应用领域运动控制系统广泛应用于各个领域的机械设备中，其中一些典型的应用领域包括：1. 机床：在数控机床中，运动控制系统可以实现对工件的精确加工，提高加工质量和效率。
通过控制电机的转速和位置，可以实现工件的切削、钻孔和铣削等运动。
《运动控制系统》课程教学大纲
《运动控制系统》教学大纲课程代码：ABJD0420课程中文名称：运动控制系统课程英文名称：MotionContro1System课程类型：限选课程学分数：2.5学分课程学时数：40学时适用专业：自动化专业先修课程：自动控制原理电力电子学电机与拖动基础等一、课程简介本课程的目的是综合运用自动控制元件、电力电子技术和自动控制原理等专业基础知识，通过学习运动控制系统的相关知识，使学生掌握运动控制系统的组成和控制规律；使学生掌握静动态特性以及控制系统的工程设计方法；使学生掌握分析、研究和设计各类运动控制系统的能力。
本课程秉承理论与实际相结合的理念，应用自动控制理论解决运动控制系统的分析和设计问题，以转矩和磁链（或磁通）控制规律为主线，由简入繁、由低及高地循序深入，论述系统的静动态性能。
着重培养学生的系统综合分析能力和解决工程实际问题的能力。
通过课程的学习，使学生掌握现代交、直流电动机控制理论和基本方法，获得运动控制系统的分析和设计计算能力。
二、教学基本内容和要求1 .绪论一运动控制系统基本知识课程教学内容：运动控制系统的组成、分类、主要应用领域及其发展历史，转矩与磁链控制规律，课程特点及学习意义。
课程的重点、难点：运动控制系统的组成部分。
课程教学要求：掌握运动控制系统的定义、结构、及其分类；理解运动控制的必要性；理解转矩与磁链控制规律；了解运动控制的主要应用领域；了解运动控制系统的发展历史及趋势2 .闭环控制的直流调速系统课程教学内容：直流调速系统用的可控直流电源；V-M系统的特殊问题；脉宽调制变换器及调速系统的特殊问题；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；比例积分控制规律和无静差调速系统；电压反馈、电流补偿控制的调速系统。
课程的重点、难点：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课程教学要求：掌握直流电动机的调速方法和调速系统结构特点；理解反馈控制规律；掌握晶闸管触发整流环节、PWM控制与变换器环节的数学模型；掌握闭环直流调速系统的静特性和稳态性能指标；掌握转速反馈控制直流调速系统的稳态结构图和稳态参数计算；掌握带电流截止反馈环节的调速系统静特性3 .转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法课程教学内容：转速、电流双闭环直流调速系统及其静态特性，∙双闭环调速系统的数学模型及其动态性能分析；调节器的工程设计方法；按工程设计方法设计双闭环调速系统的转速调节器和电流调节器；转速超调的抑制一转速微分负反馈；弱磁控制的直流调速系统课程的重点、难点：双闭环调速系统的转速调节器和电流调节器的工程设计方法课程教学要求：掌握转速、电流双闭环直流调速系统及其静态特性；掌握转速、电流双闭环直流调速系统的数学模型与动态性能分析；掌握控制系统的动态性能指标和调速系统中调节器的工程设计方法4 .直流调速系统的数字控制课程教学内容：微型计算机数字控制的主要特点；微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件；数字测速；数字P1调节器课程的重点、难点：微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件设计课程教学要求：了解微型计算机数字控制的主要特点；掌握微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件；掌握M/T数字测速方法；理解数字P1调节器的设计方法及其饱和限幅作用5 .可逆直流调速系统和位置随动系统课程教学内容：可逆直流调速系统；位置随动系统。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
11级电气工程与自动化专业《运动控制系统》基本要求（2014-05-23）
第一章 绪论
了解本课程的研究内容。
第二章 （转速单）闭环控制的直流调速系统
1、 了解V （SCR ）--M 、PWM--M 两种主电路方案及其特点（2.1节、P16、P97--98、笔记）；
2、 他励（或永磁）直流电动机三种数学模型及转换，解耦模型中I do ~U d 环节的处理（P27--28、笔记）；
3、 稳态性能指标中D 、S 间关系及适用范围（2.2.1节、P29--30、笔记）；
4、 转速单闭环直流调速系统组成原理、特点及适用范围（P2
5、笔记）；
5、 带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统的组成原理、特点（笔记、2.5.2节）。
第三章 转速、电流反馈控制的直流调速系统
1、 双闭环直流调速系统的组成原理（主要指：V —M 不可逆调速系统、PWM-M 调速系统）、特点，符合实际的系统数学模型，静（稳）态参数的整定及计算（P60、P59--6
2、笔记）；
2、 ASR 、ACR 的作用（P65）；
3、 典1、典2系统的特点、适用范围、参数整定依据（3.3.2节、笔记）；
4、 基于工程设计法的ASR 、ACR 调节器参数整定方法（P77--78、3.3.3节、例3-1、3-2、笔记）；
5、 理解ASR 退饱和时的（阶跃响应）转速超调量等时域指标算式（P86--88、笔记）；
6、 系统分别在正常恒流动态、稳态阶段，及机械堵转故障、转速反馈断开故障下的（新稳态）物理量计算；
7、 M 、T 、M/T 三种数字测速方法及特点（2.4.2节、笔记）；
8、 了解了解M/T 数字测速的技术实现方法、系统控制器的技术实现方法（P82-85、笔记）。
第四章 可逆控制和弱磁控制的直流调速系统
1、 PWM--M 可逆直流调速系统组成原理及特点（4.1节，笔记）
2、 V （SCR ）--M 可逆主电路中的环流概念、类型、特点（P103--104、笔记）；
3、 常用的晶闸管－直流电动机可逆调速系统组成原理及特点（4.2.2节，图4-1
4、图4-1
5、4.2.3节）。
第五章 基于稳态模型的异步电动机调速系统
1、 异步电动机定子调压调速的机械特性簇与特点，转速闭环调压调速系统组成原理及适用范围（5.1--5.2节）；
2、 软起动器的作用及适用条件（5.2.4节）；
3、 异步电动机变压变频调速的基本协调控制关系（一点两段）及其依据（5.3.1节）；
4、 异步电动机四种协调控制的特点，各自的机械特性簇、特点及比较（5.3.2节--5.3.3节、笔记）；
5、 SPWM 、CFPWM 、SVPWM 变频调速器组成原理与特点，及其中各环节的作用（5.4节）；
6、 了解基于转差频率控制的转速闭环变频变压调速系统的基本原理（5.6节）。
第六章 基于动态模型的异步电动机调速系统
1、 交流电动机坐标变换的作用，矢量控制（VC ）的基本思想、特点（6.6、6.7、笔记）；
2、 异步电动机VC 系统的一般组成原理（图6-20）；
3、 了解各种具体的VC 系统组成方案，理解转子磁链直接与间接定向控制的区别（6.6.
4、6.6.6节、笔记）；
4、 异步电动机直接转矩控制（DTC ）系统的基本原理及特点（6.7.3节），DTC 与VC 的比较（6.8节）。
第七章 绕线转子异步电动机双馈调速系统
1、 绕线转子异步电动机次同步串级调速主电路及其工作原理，()S
f β=公式及特点（7.2.1节、笔记）； 2、 绕线转子异步电动机双闭环次同步串级调速系统组成原理；起动、停车操作步骤；（7.5、7.6、7.4.3节、笔记）。
第八章 同步电动机变压变频调速系统
1、 正弦波永磁同步电动机（PMSM ）矢量控制系统组成原理，0sd
i =时的转矩公式（8.4.3节）； 2、 具有位置、速度闭环的正弦波永磁同步电动机（伺服）矢量控制系统组成原理（图8-26、27扩展、笔记）。
第九章 伺服系统
1、 位置伺服系统的典型结构（开环、半闭环、闭环、混合闭环）及特点（笔记、9.1.2）；
2、 位置伺服系统的三种运行方式、位置伺服系统的三种方案；（笔记、9.3.2--9.3.4）
3、 数字伺服系统中电子齿轮的作用（笔记）；
4、 数字式位置、速度伺服系统的指令形式（笔记）。
*** 考试须知---要点提示：
（1）无证件者不能考试；（2）未交卷者中途不得离场；（3）严禁带手机到座位，操作手机者按作弊论处。
附：答疑地点（2-216）、时间：（1）2014-6-6，13:00--15:00；（2）2014-6-7，8:00--11:00，13:00--15:00。