全世界所使用的电力能源中,有超过60%是被各种各样的电动机消耗掉的。从工厂里轰鸣的机床、轧钢机,到城市中飞驰的电动汽车、地铁;从机器人灵活的关节,到家里安静的空调、洗衣机,其背后的核心都是电动机在将电能转换为机械能,驱动着整个世界运转。那么,如何让这些电动机按照人们的期望精准、高效、稳定地运行?这就是本课程要解决的核心问题。作为电气工程及其自动化、自动化专业的核心主干课程,它将教会你如何成为那个“驾驭”电能、驱动机器的人。对于未来立志成为电气工程师的你们来说,掌握运动控制系统的原理和设计方法,是一项必不可少的基本素养。
这门课的主题是研究如何自动控制电动机的转速、位置和转矩,来驱动各种工作机械。 从直流到交流:先学习原理相对简单、技术成熟的直流调速系统,打下坚实基础;再过渡到结构复杂但性能优越、应用更广的交流调速系统。
①从开环到闭环:简单的开环控制无法满足高性能要求,从而引出反馈控制的思想,逐步深入到单闭环、双闭环乃至更复杂的控制策略。
②从稳态到动态:课程不仅教大家如何让系统平稳运行(稳态),更会深入分析系统在启动、制动、反转等动态过程中的表现,教你如何设计控制器,让系统既快又稳。学习这门课,你们获得的不仅仅是书本上的知识,更是一整套分析和解决实际工程问题的能力。
③系统级的分析与设计能力:当面对一个调速要求很高的轧钢机时,将能够设计出转速、电流双闭环的直流调速系统,并运用“工程设计方法”计算出调节器的参数。驾驭现代高性能交流调速技术:将揭开矢量控制、直接转矩控制这些听起来很高深的技术的神秘面纱。通过坐标变换等数学工具,理解如何将复杂的交流电机等效地控制得像直流电机一样简单、灵敏。这正是当今高端制造业,如机器人、数控机床、电动汽车所依赖的核心技术。
④理论联系实际的工程视角:课程内容紧密结合工程实践,比如PWM(脉宽调制)技术、数字测速方法、数字PI调节器的实现等。这些不是空中楼阁的理论,而是可以直接用于调试、设计和维护实际控制系统的“真功夫”。简单来说,学完这门课,你就有了“搞定”电机驱动系统的底气。无论是今后做毕业设计,还是进入企业从事自动化设备开发、生产线维护、变频器应用等工作,你都将具备专业的知识基础和实践能力。
⑤课程的特色:主线清晰,逻辑严密:它以“转速、转矩和磁链控制规律”为主线,由简入繁、由低及高、循序渐进地展开,教学逻辑非常清晰,便于大家学习和掌握。理论联系实际,突出工程:避免繁琐的数学推导,突出基本概念和物理意义,始终强调应用自动控制理论去解决运动控制系统中的实际问题,在理论和工程之间架起了一座坚实的桥梁。
总而言之,《运动控制系统》是一门承前启后的专业核心课,它将点亮你们作为电气自动化工程师的核心技能树。希望在未来的一学期里,我们能一起探索这个充满动力的世界,用好电能,驾驭运动。
目标1:理解运动控制系统的概念、特征、组成、发展过程、应用领域以及在国民经济发展中作用;掌握运动控制系统的基本运动方程式、基本控制结构和原理,激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。
目标2:掌握直流调速系统的基本结构、数学模型、机械特性、调速性能指标;掌握直流调速的转速反馈控制和转速-电流双闭环控制系统组成和调节器设计;掌握直流调速系统的数字化控制方法。
目标3:理解交流异步电机的特点和机械特性;掌握基于稳态模型的交流异步电机调速方法、控制系统结构和性能特点;掌握电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术。掌握交流异步电机的建模方法;掌握基于动态模型的交流异步电机的矢量控制方法和直接转矩控制方法;
目标4:通过学习直流调速系统,具备运用直流调速系统知识解决直流调速系统的建模、分析和设计能力;通过学习交流流调速系统,具备运用相关知识解决交流调速系统的建模、分析和设计能力;能够对实验中存在的问题进行分析,并构建问题的解决方案。
电力电子技术、电机学、自动控制原理、微机原理。
Q : 没有学过电机学,而学过电机拖动基础这门课程,可以学这门课程吗?
A : 可以的,学习这门课程之前,要学习过电力电子技术、电机学(或电机拖动基础)、自动控制原理、微机原理等课程。
Q : 电气专科毕业生能够学好这门课程吗?
A : 电气专科毕业生是可以学习这门课程的,只要基础扎实,或者在学习过程中注意复习基础知识,是可以学好这门课程的。
Q : 这门课程作业多吗?
A : 课程作业题量适中,每周2-4题,有些题目需要分析计算。