《电力拖动自动控制系统》教学大纲

《电力拖动自动控制系统》教学大纲

一、课程基本信息

1、课程英文名称：Automation Control System by Power Driving

2、课程类别：专业方向课程

3、课程学时：总学时64，实验学时8

4、学分：4

5、先修课程：《电路原理》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《电力电子技术》、《电机学》、《控制电机》、《自动控制原理》、《电力拖动基础》等专业基础课程

6、适用专业：电气工程及其自动化

二、课程的目的与任务

课程的教学目的：本课程是电气工程及其自动化专业的专业特色课程。通过本课程的学习，了解和掌握电力拖动自动控制系统的设计、校正和综合方法，为今后的工作打下专业基础。

课程教学的任务：了解直流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，调速系统的静态动态性能指标。掌握直流转速单闭自动控制系统和转速、电流双闭环自动控制系统的静、动态设计方法，深刻领会和掌握控制系统的工程设计方法，能够熟练应用典型Ⅰ型、典型Ⅱ系统的设计和校正方法，了解可逆直流调速系统和位置随动系统的特点和设计方法。了解交流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，特别是重点了解和掌握笼型异步电动机变压变频调速系统的原理、特点和设计方法，了解矢量控制技术在异步电动机变压变频调速系统的应用，了解同步电动机变压变频调速系统的特点和设计方法。

三、课程的基本要求

本课程是所有专业基础课程的综合应用，特别是对《电力电子技术》、《电机学》、《控制电机》、《自动控制原理》、《电力拖动基础》以及《模拟电子技术》、《数字电子技术》的基础知识应用较多，学生必须在这些专业基础课程学习过后，才能开设本课程。教师在授课中必须引导学生对专业基础课程的综合应用，按照系统的控制规律为主线，由简入繁、由低及高的循序深入，思路必须清楚，引导学生学习和掌握系统设计与分析的方法，培养学生对工程问题的处理方法，同时要认真进行和完成课程实验，并且通过课程设计，要求学生能够对简单的电力拖动自动控制系统进行性能分析和设计。

四、教学内容、要求及学时分配

(一)理论教学：56学时

第一章闭环控制的直流调速系统 10学时

主要内容：本章内容是直流调速自动控制系统的基础，必须认真掌握以下内容。

1、直流调速系统用的可控直流电源，旋转变流机组，静止可控整流器，直流载波器或脉宽调制变换器；

2、晶闸管-电动机系统（V-M系统）的主要问题，触发脉冲相位控制，电流脉动及其波形的连续与断续，抑制电流脉动的措施，晶闸管-电动机系统的机械特性，晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数；

3、直流脉宽调速系统的主要问题，PWM变换器的工作状态和电压、电流波形，直流脉宽调速系统的机械特性，PWM控制与变换器的数学模型，电能回馈与泵升电压的限制；

4、反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计，转速控制的要求和调速指标，开环调速系统及其存在的问题，闭环调速系统的组成及其静特性，开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系，反馈控制规律，闭环直流调速系统稳态参数的计算，限流保护-电流截止负反馈；

5、反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计，反馈控制闭环直流调速系统的动态数学模型，反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件，动态校正-PI调节器的设计；

6、比例积分控制规律和无静差调速系统，积分调节器和积分控制规律，比例积分控制规律，无静差直流调速系统及其稳态参数计算；

7、电压反馈电流补偿控制的直流调速系统，电压负反馈直流调速系统，电流正反馈和补偿控制规律，电流补偿控制直流调速系统的数学模型和稳定条件。

重点：直流调速系统用的可控直流电源，晶闸管-电动机系统的机械特性，晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数，直流脉宽调速系统的机械特性，PWM控制与变换器的数学模型，反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计，反馈控制闭环直流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。

难点：直流载波器或脉宽调制变换器，抑制电流脉动的措施，电能回馈与泵升电压的限制，反馈控制规律，限流保护-电流截止负反馈，反馈控制闭环直流调速系统的动态数学模型，电流正反馈和补偿控制规律，电流补偿控制直流调速系统的数学模型和稳定条件。

第二章转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法 10学时主要内容：本章是直流调速自动控制系统的重点内容，必须深刻领会和掌握。

1、转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性，转速、电流双闭环直流调速系统的组成，稳态结构框图和静特性，各变量的稳态工作点和稳态参数计算；

2、双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析，双闭环直流调速系统的动态数学模型，起动过程分析，动态抗扰性能分析，转速和电流两个调节器的作用；

3、调节器的工程设计方法，工程设计方法的基本思路，典型系统，控制系统的动态性能指标，典型Ⅰ型系统性能指标和参数的关系，典型Ⅱ型系统性能指标和参数的关系，调节器结构的选择和传递函数的近似处理—非典型系统的典型化；

4、按工程设计方法设计双闭环系统的调节器，电流调节器的设计，转速调节器的

设计，转速调节器退饱和时转速超调量的计算；

5、转速超调的抑制－转速微分负反馈，带转速微分负反馈双闭环调速系统的基本原理，退饱和时间和退饱和转速，转速微分负反馈参数的工程设计方法，带转速微分负反馈双闭环调速系统的抗扰性能；

6、弱磁控制的直流调速系统，变压与弱磁的配合控制，非独立控制励磁的调速系统，弱磁过程的直流电动机数学模型和弱磁控制系统转速调节器的设计。

重点：转速、电流双闭环直流调速系统的稳态工作点和稳态参数计算，双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析，调节器的工程设计方法，按工程设计方法设计双闭环系统的调节器，转速超调的抑制－转速微分负反馈。

难点：双闭环直流调速系统的动态数学模型，动态抗扰性能分析，调节器结构的选择和传递函数的近似处理—非典型系统的典型化，转速调节器退饱和时转速超调量的计算，转速微分负反馈参数的工程设计方法，弱磁过程的直流电动机数学模型和弱磁控制系统转速调节器的设计。

第三章直流调速系统的数字控制 6学时

主要内容：本章内容随着数字技术的广泛应用，特别是DSP技术的迅速发展和大量应用，显示出越来越重要，所以根据目前的技术情况，实际在对本章内容进行讲授时，不能只局限于教材中的内容，教师还应该根据当前数字技术实际的发展应用情况，进行必要的补充。教材中应该讲授的内容如下。

1、微型计算机数字控制的主要特点，数字量化，采样频率的选择，微机数字控制系统的输入与输出变量；

2、微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件，微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件结构，微机数字控制双闭环直流调速系统的软件框图；

3、数字测速与滤波，旋转编码器，M法测速，T法测速，M/T法测速，各种数字测速方法的精度指标，M/T法数字测速软件框图，数字滤波；

4、数字PI调节器，模拟PI调节器的数字化，改进的数字PI算法，智能型PI调节器；

5、按离散控制系统设计数字控制器，具有零阶保持器的数字控制直流调速系统，控制对象传递函数的离散化，数字转速调节器的设计；

6、数字控制系统的故障检测、保护与自诊断，故障检测，故障保护，故障自诊断。

重点：微型计算机数字控制的主要特点，采样频率的选择，微机数字控制系统的输入与输出变量，微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件结构和软件框图，数字测速与滤波，数字PI调节器及数字转速调节器的设计，数字控制系统的故障检测、保护与自诊断。

难点：微机数字控制系统的输入与输出变量，各种数字测速方法的精度指标，数字滤波，智能型PI调节器，控制对象传递函数的离散化，故障自诊断。