机电系统动力学分析与控制-华中科技大学研究生院
华中科技大学2020年博士研究生招生 各院系专业目录
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机电系统动力学分析与控制
附件 6．机械科学与工程学院国际一流水平研究生课程简介(中英文各一份 )课程名称：机电系统动力学分析与控制课程代码：课程类型：□一级学科基础课■二级学科基础课□其它：考核方式：考试教学方式：讲授适用专业：机械工程适用层次：■ 硕士□ 博士开课学期：秋季总学时： 32 学分： 2先修课程要求：高等数学、理论力学课程组教师姓名职称专业年龄学术方向陈学东教授机械电子工程49 机电系统动力学与控制曾理湛副教授机械电子工程39 机电系统动力学与控制姜伟讲师机械电子工程33 机电系统动力学与控制课程负责教师教育经历及学术成就简介：自 2009 年 1 月至今，教育部长江学者特聘教授，华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，常务副主任、教授、博士生指导教师。
自 2006 年 1 月至 2008 年 12 月，华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，常务副主任、教授、博士生指导教师、校特聘教授。
自 2001 年 4 月至 2005 年 12 月，华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心，副主任、教授、博士生指导教师。
自 1997 年 10 月至 2001 年 3 月，日本国立佐贺大学留学，获得工学博士学位。
自 1989 年 7 月至 1997 年 9 月，武汉工业大学机械系，助教、讲师、副教授。
自 1986 年 9 月至 1989 年 6 月，武汉工业大学机械系，硕士研究生，获工学硕士学位。
自 1984 年 9 月至 1986 年 8 月，武汉工业大学机械系，团总支书记、学生辅导员。
自 1980 年 9 月至 1984 年 7 月，武汉工业大学机械系，本科生，获得工学学士学位。
近年来，面向国家重大需求和装备制造业发展的核心技术，主持国家重点基础研究发展规划项目（ 973 计划）课题、国家863 计划项目、国家科技重大专项项目、国家自然科学基金项目等近10 项，并完成了一批企业委托项目。
围绕超精密运动机构振动的产生、传递和控制开展了系统深入的研究。
2019 华中科技大学 专业目录 自动化学院
自动化学院华中科技大学自动化学院是由原控制科学与工程系和原图像识别与人工智能研究所于2013年合并组建的学院。
原控制科学与工程系前身是成立于1973年的华中工学院自动控制系，1999年更名为华中理工大学控制科学与工程系；原图像识别与人工智能研究所是1978年由教育部和航天部共同批准成立从事图像识别和人工智能研究的研究机构。
伴随着华中科技大学的成长，今天的自动化学院在国内控制学科、系统工程学科和模式识别与智能系统学科都享有较高声誉，在国内航天航空的智能信息处理领域具有明显的研究特色和优势。
科学研究工作主要涉及复杂系统控制理论、决策分析与决策支持、电力电子与运动控制、智能控制与机器人、计算机集成控制与网络技术、信息检测与识别、飞行器控制与状态监测、生物信息处理、神经接口与康复技术、物流系统、国民经济动员与公共安全、多谱图像探测与制导技术、多谱信息的实时处理与系统集成技术、人工智能与思维科学、信息安全等方向。
学院重视师资队伍建设，培养与引进并重，形成强有力的师资力量。
学院现在岗教职员工129人，教授45人（博士生导师46人），副教授46人，依托控制科学与工程一级学科师资，其中教育部长江学者特聘教授2名、国家杰出青年基金获得者2人、国家“青年千人”入选者3人，国家优秀青年科学基金、中组部拨尖人才、长江青年学者1人、教育部新世纪优秀人才11人、华中学者18人。
拥有1个国防科技创新团队，1个教育部创新群体。
近十年来，学院承担并完成的国家和企业科研项目1300余项，科研经费不断攀高；先后获得国家科技进步奖等国家级奖励10余项，省部级自然科学奖、科学技术发明奖和科技进步奖30余项，获得国家发明专利数百项。
2007年控制科学与工程一级学科被教育部认定为国家一级重点学科，控制科学与工程学科在教育部2012年学科评估中名列全国第七。
2016年学科评估结果为A-。
学院拥有“111计划”计算智能与智能控制学科创新引智基地，以及“多谱信息处理技术”国家级重点实验室和“图像信息处理与智能控制”教育部重点实验室两个科研平台。
华中科技大学电气学院_现代电力系统分析
u dq 0 Pu abc i Pi abc dq 0 ψ Pψ abc dq 0
u abc P 1u dq 0 1 i abc P i dq 0 1 ψ P ψ dq 0 abc
对同步电机定子电压方程和定子绕组磁 链方程进行Park变换，得到dq0坐标系 的同步电机方程式
Park变换：正交矩阵变换
P cos cos( 2 3) cos( 2 3) 2 sin sin( 2 3) sin( 2 3) 3 2 2 2 2 2 2
定转子绕组间电感系数出现不互易的情 况，与所选取的Park变换矩阵有关；采 用正交变换矩阵可避免此现象。
iDB , LDB Z DB B , DB uDB B LDB iDB igB , LgB Z gB B , gB u gB B LgB igB iQB , LQB Z QB B , QB uQB B LQB iQB
3 S B uB iB u fB i fB uDB iDB u gB igB uQB iQB 2
式（1-8）：Park变换矩阵
cos 2 P sin 3 12 cos( 2 3) sin( 2 3) sin( 2 3) 12 12 cos( 2 3)
式（1-10）：反Park变换矩阵
cos sin 1 P cos( 2 3) sin( 2 3) 1 cos( 2 3) sin( 2 3) 1
标幺方程中，定转子绕组间电感系数互易；
转子电压电流基准值任选其一，根据容量
基准确定另一个，有多种选法；
2．同步电机标幺化方程（不同基准值选取）
机电传动控制(华中科技大学第四版)答案
习题与思考题第二章机电传动系统的动力学基础2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩,静态转矩和动态转矩。
拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩,以带动生产机械运动的。
静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。
动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。
2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速,减速,稳态的和静态的工作状态。
T M-T L>0 说明系统处于加速,T M-T L<0 说明系统处于减速,T M-T L=0 说明系统处于稳态(即静态)的工作状态。
2.3 试列出以下几种情况下(见题 2.3 图)系统的运动方程式, 并说明系统的运动状态是加速,减速,还是匀速?(图中箭头方向表示转矩的实际作用方向)T M T L T M TLT M=T L T M< T LT M-T L>0 说明系统处于加速。
T M-T L<0 说明系统处于减速T M> T L T M> T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速 T M T L T M T LT M= T L T M= T L系统的运动状态是减速 系统的运动状态是匀速2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统?转矩折算为 什么依据折算前后功率不变的原则?转动惯量折算为什么依据 折算前后动能不变的原则?因为许多生产机械要求低转速运行,而电动机一般具有较高的 额定转速。
这样,电动机与生产机械之间就得装设减速机构,如 减速齿轮箱或蜗轮蜗杆,皮带等减速装置。
所以为了列出系统运 动方程,必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到一根轴上。
转矩折算前后功率不变的原则是P=T ω, p 不变。
转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5J ω22.5 为什么低速轴转矩大,高速轴转矩小?T M T L T M T L因为P= Tω,P 不变ω越小T 越大,ω越大 T 越小。
2.6 为什么机电传动系统中低速轴的GD2逼高速轴的GD2大得多?因为P=Tω,T=G∂D2/375. P=ωG∂D2/375. ,P不变转速越小GD2越大,转速越大GD2越小。
华中科技大学各研究方向介绍
华中科技大学各研究方向介绍群里某人发的，粘过来希望对大家有用，一华中科技大学保研生搜集的帖子一本来是想保送浙大的（已拿到offer），但最终还是选择了本校，原因主要就是因为暑期实习是在光电这边吧，有点感情了。
另外是因为去了浙大一趟，发现浙大计算机未必有华科好，至少硬件和环境是绝对比不上的。
以下是我个人的一些看法和总结，如有偏颇请指正！先谈谈华科和武大吧。
不是我bs武大，而是事实在那里，武大哎，计算机真的差华科很远。
我最近保研闲的蛋疼就去笔试了几家比较不错的公司（包括之前暑期找实习也面过一些），一看那笔试名单或者面试名单，没办法，华科人数真的平均至少要占一半吧，很多公司过来招人直接说，在华科招满了，就不去武大了。
情何以堪。
我同学成绩挺差的（本科），但工资却比其他学校的，包括武大啊，理工啊，地大啊多将近1000。
像是百度啊，腾讯啊，华为啊，相当的低调（特别是华为），他妈的光电的，金海的，人直接就提走了，具体消息就不说了。
所以如果相信自己，就报华科吧，不然你找工作的时候可能会后悔的。
当然最重要还是要看个人，只要努力干，以后什么工作找不到！再谈谈华科内部实验室情况。
现在华科内部最火的实验室应该是冯丹和金海吧，谢长生貌似人要少一点。
今年保研的人数比往年少，信安原本只有20人，计算机66人左右，但是后来我们的金海院长和李院长到学校争取，最终导致信安的保研人数达到32/98，计算机74/342。
今年几乎所有保外的学生去的地方只有3个：中科院（20+），北大（5+），浙大（10+）。
其余剩的人数基本上是冯丹那儿最多，然后是金海，然后是谢长生，然后是网络，图像所，数据库之类的实验室。
我最终的选择是冯丹，丹丹姐，哈哈。
首先谈下信安，学校的信息安全发展很快啊，本科生他们取得了很多成就（不然保研率也不会到30%了），另外各个实验室其实都有搞安全这方面的研究。
然后谈谈我了解到的各个实验室的优势和劣势。
冯丹实验室：973项目两个（每个时长5年，其中一个明年启动），863至少2个（时长2年左右），还有国家自然科学基金项目至少一个，横向的和公司的合作项目未知。
专业：机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论、工业工程、车辆工程
李宝仁、唐晓群
杨钢、付晓云
现代数控编程技术
24
1.5
彭芳瑜、闫蓉
微纳测试技术
32
2
刘世元、汤自荣
现代制造系统的智能控制、监控与诊断技术
24
1.5
袁楚明、艾武、谢经明
绿色设计
32
2
胡于进
管理信息系统分析与设计
32
2
张翔立，周培源
有限元分析及应用
32
2
胡于进
机电一体化控制技术与系统
32
2
汤漾平、冯清秀
二
1-2
管理信息系统分析与设计，11-12、14-19周，D9 D416；
3-4
5-6
微纳制造技术基础，2-9周，C12 N302；现代数控编程技术，7-12周，C12 S201；计算机图形学，2-9周，C12 S202；多体系统动力学，2-9周，C12 S203；
7-8
供应链管理，14-21周，D9 D312；车辆系统动力学工程实践，13-20周，新大楼A304；
9-10
气动控制与自动-4周，新大楼A304；绿色设计，5-12周，D9 D314；数值方法，1-12周，C12 N302；汽车运动与控制，13-20周,新大楼A304；
11-12
气动控制与自动化技术，10-12、14-18周，D9 D309；物流系统控制，1-4周，新大楼A304；绿色设计，5-12周，D9 D314；汽车运动与控制，13-20周,新大楼A304；
5-6
微纳测试技术，2-9周，新大楼A304；水液压技术，11-14周，新大楼A304；数字化成型与制造，3-10周，C12 S211；计算几何与算法设计，2-9周，C12 N301；有限元分析及应用，5-12周，D9 D501；制造装备智能化控制技术，15-22周，新大楼A304；
针对双电机驱动系统的间隙消除技术分析研究
摘要为了提高数控机床的传动精度，在国家863计划项目“大型舰艇螺旋桨用重型七轴五联动车铣复合加工机床”的资助下，本文研究了双电机间隙消除技术，以消除数控转台的机械传动间隙和传动误差，提高机床传动精度。
本文的主要研究内容如下：1) 通过对双电机驱动系统的结构特点的分析，阐述了这种传动方式消除间隙的基本原理、工作过程和四种较好的控制方式。
阅读大量国内外相关文献，对双电机间隙消除技术的发展状况和趋势进行深入的分析与总结。
2) 从双电机的基本结构入手，研究了驱动系统中存在的齿隙非线性因素；在考虑系统传动柔性的基础上，采用机理建模法，通过对电机电气学方程、机械动力学方程的分析与综合，将两组电机侧的参数耦合到负载侧，建立了基于永磁同步电机的双电机驱动系统的动力学模型。
3) 探讨了双电机的消隙控制算法，设计了电气预载控制器、智能PI差速负反馈控制器和模糊-PI复合位置控制器，达到转速同步和间隙消除的目的。
由电气预载控制器来产生偏置电压信号，以去除传动链中的传动间隙；由智能PI差速负反馈控制器产生校正信号，确保双电机转速同步，消除系统在动态过程中可能存在的齿隙；由模糊-PI 控制来确保转台理想的位置控制精度和响应速度。
4) 构建了整个伺服系统速度环和位置环SIMULINK仿真模型，在计算了实验平台的相应物理参数基础上，给出了最优控制器设计算法，进行控制器参数优化选择。
然后对系统的阶跃响应、正弦响应、负载扰动响应等进行试验分析，为系统的设计和现场调试提供一定的理论参考。
关键词：齿隙非线性消隙双电机同步驱动AbstractAt the support of the national 863 project -- “Seven Axis and Five-linked Turning and Milling Numerical Control Machine Tool of Manufacturing Large Marine Propeller”, the theory and technology of anti-backlash with dual-motor driving system has been researched in this paper, for the purpose to eliminate the mechanic clearance and increase the transmission precision of machine tools. The details are as following:1) According to the analyses about the structure feature of the dual-motor driving system, the basic theories has been proposed, including the working principle, process and the common control mode to eliminate transmission error. Through reading a lot of related literatures around the world, present development and their promising future of anti-backlash technologies has been analyzed and summarized based on dual-motor driving system.2) Start with analyzing the basic structure of the dual-motor driving system, the backlash nonlinearity has been studied. Then the mechanical dynamics equations and electrical equations has been synthesized. While the elasticity of the driving axis was taken into account, the kinetic model of the dual-motor driving system has been set up base on PMSM, with transforming the parameters from the side of motor to the side of load.3) The control algorithms to eliminate the backlash has been discussed, while the electrical preload controller, the intelligent PI velocity difference controller and fuzzy-PI position controller has been designed which is to eliminate the backlash in static and dynamic process and guarantee the control precision and response rapidity.4) The SIMULINK model of the whole servo system has been built and the MATLAB optimize control program has been layout. Then the parameters of the equipments have been calculated and the simulation experiment has been carried out. The result of simulation and experiment will give theory consultation for system design and field debug.Keywords:Backlash-nonlinearity, Anti-backlash, Dual-motor, Synchronized driving独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
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课程名称：机电系统动力学分析与控制
课程代码：
课程类型：□一级学科基础课■二级学科基础课□其它：
考核方式：考试
教学方式：讲授
适用专业：机械工程
适用层次：■硕士□博士
开课学期：秋季
总学时：32
学分：2
先修课程要求：高等数学、理论力学
课程组教师姓名
职称
专业
年龄
学术方向
陈学东
教授
机械电子工程
49
机电系统动力学与控制
§7.6精密平面运动系统动力学与控制的应用
第八章精密传动机构系统动力学与控制
§8.1精密传动机构系统的组成
§8.2柔性传动机构的动力学建模与分析
§8.3间隙与摩擦的动力学建模与分析
§8.4精密传动机构的振动特性分析
§8.5精密传动机构的控制系统设计
§8.6精密传动机构的控制系统分析
§8.7精密传动机构系统动力学与控制的应用
§1.3机电系统动力学分析与控制的任务
§1.4机电系统的动力学分析方法
§1.5机电系统的控制方法
第二章多体系统动力学基础
§2.1动力学的数学基础
§2.2刚体运动学基础
§2.3刚体动力学基础
§2.4多体系统动力学
第三章多体系统振动分析与测试
§3.1多体系统振动微分方程
§3.2多体系统模态分析
§3.3多体系统参数灵敏度分析
4、教材方面：
经过2-3年的教学实践积累，编著高水平研究生教材一部。
5、其它：
本课程达到国际一流水平研究生课程水平的标志：
1、师资方面：
培养2-3名教授本课程的优秀中青热点和前沿问题，结合国家重大项目及工程实践，讲授机电系统系统动力学的基础理论，以及机电系统动力学的建模、分析、测试与控制的方法及工程应用。
3、教学方式方面：
课堂理论教学和实验/实践相结合。
自2001年4月至2005年12月，华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心，副主任、教授、博士生指导教师。
自1997年10月至2001年3月，日本国立佐贺大学留学，获得工学博士学位。
自1989年7月至1997年9月，武汉工业大学机械系，助教、讲师、副教授。
自1986年9月至1989年6月，武汉工业大学机械系，硕士研究生，获工学硕士学位。
课程教学目标：
使研究生理清机电系统动力学分析与控制的目的和任务，掌握机电系统动力学的基本理论及分析与测试方法，结合工程实践掌握机电系统的动力学分析、测试与控制技术，了解相关领域国际学术研究的热点和前沿问题。
课程大纲：（章节目录）
第一章机电系统动力学分析与控制概述
§1.1若干机电系统的实例
§1.2机电系统的基本元素及其数学描述
曾理湛
副教授
机械电子工程
39
机电系统动力学与控制
姜伟
讲师
机械电子工程
33
机电系统动力学与控制
课程负责教师教育经历及学术成就简介：
自2009年1月至今，教育部长江学者特聘教授，华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，常务副主任、教授、博士生指导教师。
自2006年1月至2008年12月，华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，常务副主任、教授、博士生指导教师、校特聘教授。
教材：机电系统分析动力学及其应用，温熙森等，科学出版社，2003
主要参考书：
1.计算多体系统动力学，洪嘉振，高等教育出版社，1999
2. Dynamics of Multibody Systems，J. Wittenburg，Springer，2008
3.模态分析理论与应用，傅志方,华宏星.上海交通大学出版社,2000
§3.4多体系统振动测试技术
第四章气浮支承系统动力学分析
§4.1气浮支承系统的形式及组成
§4.2气浮支承系统的流体动力学分析
§4.3气浮支承系统的刚度及阻尼特性
§4.4气浮支承系统的振动特性
§4.5高性能气浮支承系统的研究趋势
第五章电磁驱动系统动力学与控制
§5.1电磁驱动系统概述
§5.2永磁场的动力学建模与分析
4.机械系统动力学，杨义勇，清华大学出版社，2009
5.Mechanical System Dynamics，F. Pfeiffer，Springer，2008
6.工程振动与控制，吴成军，西安交通大学出版社，2008
7.超精密气浮定位工作台技术:气浮系统动力学与控制，陈学东，华中科技大学出版社，2008
§5.3电磁场的动力学建模与分析
§5.4永磁同步直线电机的推力波动
§5.5永磁同步直线电机的矢量控制
§5.6电磁驱动系统动力学与控制的应用
第六章精密减振系统动力学与控制
§6.1精密减振系统的组成
§6.2空气弹簧隔振系统的建模与分析
§6.3摆机构隔振系统的建模与分析
§6.4振动主动控制系统的建模与分析
§6.5振动主动控制系统的设计与实现
§6.6精密减振系统的测试与评价
§6.7精密减振的应用及研究展望
第七章精密平面运动系统动力学与控制
§7.1精密平面运动系统的组成
§7.2精密平面运动系统的动力学建模与分析
§7.3精密平面运动系统振动特性分析
§7.4精密平面运动控制系统设计
§7.5精密平面运动控制系统分析
自1984年9月至1986年8月，武汉工业大学机械系，团总支书记、学生辅导员。
自1980年9月至1984年7月，武汉工业大学机械系，本科生，获得工学学士学位。
近年来，面向国家重大需求和装备制造业发展的核心技术，主持国家重点基础研究发展规划项目（973计划）课题、国家863计划项目、国家科技重大专项项目、国家自然科学基金项目等近10项，并完成了一批企业委托项目。围绕超精密运动机构振动的产生、传递和控制开展了系统深入的研究。突破等温、层流、膜厚方向同态、流体不可压缩等假设，基于完整的Navier-Stokes方程，发现了气浮支承结构中的气旋现象，揭示了气旋引发气浮支承微振动、失压的机理，阐明了气浮支承结构对系统动力学性能的影响规律，进而提出了气浮支承结构设计新原理与新方法，解决了困扰学界多年的难题；基于所发现的电磁驱动方向与法向作用力耦合的现象，提出了电磁驱动耦合作用力辨识及扰动补偿新方法，提出了基于气浮压力测量的气浮支承刚度和阻尼辨识方法；在此基础上，建立了超精密运动机构系统振动模型，从而提出了超精密运动规划与控制新方法。出版专著2部，在国内外学术刊物和学术会议上发表论文150余篇，其中被SCI和EI收录逾120篇，申报发明专利32项，已授权22项。研发了超精密主动减振系统，满足了国家高端制造装备对高性能隔振的重大需求。开发了具有自主知识产权的复杂机构动力学与控制仿真平台，获中国软件评测中心测试认证。研究成果不仅克服了国家重大专项“100nm光刻机研制”中的动力学建模与振动计算的难题，还应用于超深井石油钻机动力学与控制设计、永磁同步直线电机抽油机控制、导弹舵机的动力学优化设计、多足步行机器人控制、力矩电机及其控制等，已产生显著的经济效益。2005和2007年作为第一完成人获教育部自然科学一等奖2项，2007年作为第一完成人获国家图书奖提名奖1项。