《电力拖动控制系统》课程教学大纲

《电力拖动控制系统》教学大纲课程名称：电力拖动控制系统（ElectricalTowageControlSystems）课程编码：1501ZY023 课程类别：专业基础课程-必修学 分：3分总学时：48学时，其中，理论学时：40学时；实验学时：8学时适用专业：电气工程及其自动化专业先修课程：自动控制理论、电力电子技术、电机学、电机与拖动一、课程性质《电力拖动控制系统》是电气工程及其自动化专业的专业课，必修。本课程应用自动控制理论解决电力拖动控制系统的分析和设计问题，通过本课程的学习，使学生掌握电力拖动控制的基本概念、基本理论，掌握常见电气自动控制系统方案组成、工作原理、工程应用等方面知识，在教学与实践过程中注重学生知识的综合应用能力、新技术应用能力的培养。《电力拖动控制系统》》是电气工程及其自动化专业一门重要的专业基础课程。二、课程目标（一）育人目标从培养学生的辩证思维方式，爱国教育、社会责任、人生领悟、民族自信等方面入手，将育人要素和电力拖动控制系统专业知识嵌入到课堂中教学，凝聚学生对社会主义核心价值观的共识。通过科学家故事学习科学精神，通过课程概念原理学习系统论、工程论、科学思维，利用电力拖动控制系统实际应用研究学习科技自信及爱国主义情怀，师生互动进行“三观”教育和学习方法指导，培养学生的专业素质和职业道德，全面提高学生缘事析理、明辨是非的能力，培养学生成为德才兼备、全面发展的人才。（二）知识和能力目标1、熟悉电力拖动控制系统的特性、主要参数，熟悉单闭环调速系统、双闭环调速系统、脉宽调速系统和位置随动系统的组成结构、其工作原理。（支撑毕业要求1.4）2、能够根据实际生产要求设计相应的电力拖动控制系统，计算系统稳态和动态性能指标，对系统进行稳态分析和动态分析。学会搜集资料，阅读资料和利用资料。（支撑毕业要求2.3）3、能够设计针对电力拖动领域复杂控制工程问题的解决方案，设计满足用户特定需求的电力拖动控制系统，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑成本、安全、环保等诸方面的因素。（支撑毕业要求3.3）能够针对电力拖动领域复杂控制工程问题设计合理的算法，搭建实验平台，分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。（支撑毕业要求4.2）课程目标与毕业要求指标点对应关系课程目标毕业要求指标点课程目标11.4能将电气工程领域中的专业知识和建立数学模型的方法，用于解决电气设备与电力系统的设计、开发、制造和维护。课程目标22.3能运用数学、自然科学和工程科学的基本原理，借助文献研究，评价电气工程领域中复杂工程问题分析过程中的影响因素，给出正确的电气工程领域中复杂工程问题解决方案，并评价解决方案的合理性。课程目标33.3能够在解决方案的框架下，对所设计的方案进行优化，体现创新意识。课程目标44.2能够根据研究路线设计可行的实验方案，选用或搭建实验平台，设计合理的算法，开展实验，正确地采集实验数据三、基本要求本课程的内容涉及到单闭环调速系统、双闭环调速系统、脉宽调速系统和位置随动系统的稳态分析与设计、动态分析与设计。教学过程中要注意与先修课程基础知识的联系，通过本课程的学习，培养学生1、了解电力拖动控制技术的发展概况、技术动向和新的应用领域。2、了解与熟悉电力拖动控制系统的工作机理、主要参数和设计方法。3、理解和掌握电力拖动控制系统稳态分析与设计、动态分析与设计原理和方法，并能进行初步的系统设计。4、具有一定的电力拖动控制系统实验和调试的能力。四、教学内容分章节说明教学内容，课时安排，融入思政元素，并说明教学重点、主要教学模式（包括授课、自学、实验、课堂讨论、作业等）。章节教学内容学时思政元素教学模式对应课程目标1闭环控制的直流调速系统10讲述闭环控制的直流调速系统过程中，对电力拖动控制技术发展历程中的重要事件和典型人物进行分析解读,激发学生的爱国情课堂授课，课后练习2题，课堂讨论课程目标1、2怀和专业认同感，定位自己的社会责任，从而明确本课程学习的目标。2多环控制的直流调速系统12讲述多环控制直流调速系统过程中，对电力拖动控制技术发展历程中的重要事件和典型人物进行分析解读,激发学生的爱国情怀和专业认同感，定位自己的社会责任，从而明确本课程学习的目标。课堂授课，课后练习2题，课堂讨论课程目标2、33可逆调速系统8讲述可逆调速系统过程中，对电力拖动控制技术发展历程中的重要事件和典型人物进行分析解读,激发学生的爱国情怀和专业认同感，定位自己的社会责任，从而明确本课程学习的目标。课堂授课，课堂讨论课程目标3、44直流脉宽调速系统6讲述直流脉宽调速系统过程中，对电力拖动控制技术发展历程中的重要事件和典型人物进行分析解读,激发学生的爱国情怀和专业认同感，定位自己的社会责任，从而明确本课程学习的目标。课堂授课，课堂讨论课程目标2、35位置随动系统4讲述位置随动系统过程中，对电力拖动控制技术发展历程中的重要事件和典型人物进行分析解读,激发学生的爱国情怀和专业认同感，定位自己的社会责任，从而明确本课程学习的目标。课堂授课，课后练习1题，课堂讨论课程目标3、4第一章闭环控制的直流调速系统主要内容：1、晶闸管－电动机系统2、反馈控制闭环调速系统的稳态分析和设计3、反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计4、电压反馈电流补偿控制调速系统本章重点：了解和熟悉晶闸管－电动机系统的特性及问题掌握反馈控制闭环调速系统的稳态分析、参数计算和设计方法掌握反馈控制闭环调速系统的动态分析、稳定判定、动态校正和参数计算掌握电压反馈电流补偿控制调速系统的工作原理和反馈控制规律能力：能够将单闭环控制系统的基本概念、模型、主要性能指标用于分析电力拖动控制系统的复杂工程问题。第二章多环控制的直流调速系统主要内容：1、转速、电流双闭环调速系统及其静特性2、双闭环调速系统的动态性能3、调节器的工程设计方法4、双闭环调速系统的工程设计方法5、带转速微分负反馈的双闭环调速系统本章重点：掌握双闭环调速系统的结构、静特性和稳态参数计算掌握双闭环调速系统的动态数学模型、起动过程分析、动态性能掌握调节器的工程设计方法掌握双闭环调速系统的工程设计方法掌握用转速微分负反馈抑制转速超调的基本工作原理能力：能够将双闭环控制系统的基本概念、模型、主要性能指标用于分析电力拖动控制系统的复杂工程问题。第三章可逆调速系统主要内容：1、晶闸管－电动机可逆系统线路2、晶闸管－电动机系统的回馈制动3、有环流可逆调速系统4、无环流可逆调速系统本章重点：了解晶闸管－电动机可逆系统线路的组成及环流问题理解晶闸管－电动机系统回馈制动的工作状态掌握有环流可逆调速系统的工作原理、制动过程分析、环流控制方法掌握逻辑无环流可逆调速系统和错位控制无环流可逆调速系统的工作原理能力：能够用可逆系统的基本概念、模型、主要性能指标用于分析电力拖动控制系统的复杂工程问题。第四章直流脉宽调速系统主要内容：1、脉宽调制变换器2、PWM系统控制电路本章重点：掌握脉宽调制变换器的基本工作原理、机械特性掌握脉宽调速系统控制电路的组成、工作原理和基极驱动电路能力：能够用直流脉宽调速系统的基本概念、模型、主要性能指标用于分析电力拖动控制系统的复杂工程问题。第五章位置随动系统主要内容：1、位置随动系统与位置检测2、自整角机随动系统本章重点：掌握位置随动系统的结构、工作原理、位置信号检测方法掌握基于自整角机的随动系统的结构、误差分析及参数计算能力：能够用位置随动系统的基本概念、模型、主要性能指标用于分析电力拖动控制系统的复杂工程问题。五、实验与学时分配实验项目与类型序号实验项目学时实验性质支撑课程目标支撑毕业要求指标点演示验证综合设计1晶闸管直流调速系统主要单元调试实验（选做）2√1、11.4、2.32单闭环直流调速系统实验（选做）2√2、42.3、4.23双闭环晶闸管直流调速系统实验（必做）3√2、3、42.3、3.3、4.24双闭环直流脉宽调速系统实验（选做）3√2、3、42.3、3.3、4.25逻辑无环流可逆直流调速系统实验（选做）3√2、32.3、3.3实验一晶闸管直流调速系统主要单元调试实验（选做）目的要求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；掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。主要实验仪器及材料MCL系列教学实验台主控制屏；MCL—18组件；MCL—34组件；MEL-11挂箱；双踪示波器；万用表掌握要点晶闸管直流调速系统主要单元工作原理；晶闸管直流调速系统主要单元的调试方法。实验内容调节器的调试；电平检测器的调试；反号器的调试；逻辑控制器的调试。实验二单闭环直流调速系统实验（选做）目的要求研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作；研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响；学习反馈控制系统的调试技术。主要实验仪器及材料MCL系列教学实验台主控制屏；MCL—18组件；MCL—34组件；MEL-11挂箱；双踪示波器；万用表掌握要点单闭环直流调速系统的接线及工作原理；单闭环直流调速系统结构、参数和系统调试方法。实验内容各控制单元调试；测定开环机械特性及闭环静特性；闭环控制特性的测定；观察，记录系统动态波形。实验三双闭环晶闸管直流调速系统实验（必做）目的要求了解双闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及各主要单元部件的原理；熟悉电力电子及教学实验台主控制屏的结构及调试方法；熟悉MCL-18,MCL-33的结构及调试方法；掌握双闭环直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。主要实验仪器及材料MCL系列教学实验台主控制屏；MCL—18组件；MCL—34组件；MEL-11挂箱；双踪示波器；万用表掌握要点双闭环直流调速系统的接线及工作原理；双闭环直流调速系统结构、参数和系统调试方法。实验内容各控制单元调试；测定电流反馈系数；测定开环机械特性及闭环静特性；闭环控制特性的测定；观察，记录系统动态波形。实验四双闭环直流脉宽调速系统实验（选做）目的要求掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理；熟悉直流PWM专用集成电路SG3525的组成、功能与工作原理；熟悉H型PWM变换器的各种控制方式的原理与特点；掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。主要实验仪器及材料教学实验台主控制屏；现代电力电子及直流脉宽调速组件；负载组件；直流调速控制单元组件；电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机；直流电动机；双踪示波器；万用表。掌握要点双闭环直流脉宽调速系统的接线及工作原理；双闭环直流脉宽调速系统结构、参数和系统调试方法。实验内容PWM控制器SG3525性能测试；控制单元调试；系统开环调试；系统闭环调试；系统稳态、动态特性测试；H型PWM变换器不同控制方式时的性能测试。实验五逻辑无环流可逆直流调速系统实验（选做）目的要求了解并熟悉逻辑无环流可逆直流调速系统的原理和组成；掌握各控制单元的原理，作用及调试方法；掌握逻辑无环流可逆调速系统的调试步骤和方法；了解逻辑无环流可逆调速系统的静特性和动态特性主要实验仪器及材料MCL系列教学实验台主控制屏；MCL—18组件；MCL—34组件；MEL-11挂箱；双踪示波器；万用表掌握要点逻辑无环流可逆直流调速系统的接线及工作原理；逻辑无环流可逆直流调速系统结构、参数和系统调试方法。实验内容控制单元调试；系统调试；正反转机械特性n=f(Id)的测定；正反转闭环控制特性n=f("1"脚)的测定；系统的动态特性的观察。学时分配：8学时，其中3学时为必做，另外5学时从选做实验项目中根据需要选择六、教学方法本课程是一门理论性、实践性很强的学科基础性课程。为了提高教学质量，增强学生分析问题和解决问题的能力，本课程的教学采用课堂教学、课后作业、实验等相结合的教学方式方法，达到使学生掌握电力拖动控制系统基础知识的教学目标。主要教学环节包括课堂教学、习题练习以及课后自学。课堂教学与互动讨论课堂教学以“互动式”方法为主导，在这一教学环节，学生以听课为主，并参与讨论，采用多媒体和板书相结合的教学手段，并辅以程序实例演示和教学，以此提高课堂效率。课后作业和自学课堂上，教师会有针对性的提出作业要求。通过作业达到了加深理解、增强学生看电路和分析波形的目的，同时开展作业分析，精选精讲作业的重点难点。给学生推荐网络教学资源:国家级精品课程、国内/国际名校视频公开课，让学生开阔眼界，共享优质教学资源，培养学生自主学习的意识和能力。实验教学电力拖动控制系统是一门实践性很强的课程。为了加深学生对理论教学内容的理解、训练学生的动手能力和观察能力。本课程配合理论学习，安排有8学时的实验。实验课要求学生在教师的指导下，能独立完成相关实验。七、考核与评价方式及标准考核标准与成绩评定课程考核包括平时成绩、期末考试两个部分。平时成绩（百分制），包括作业及实验等。平时成绩评价标准基本要求评价标准优秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）熟悉单闭环直流调速系统的的结构、主要参数和性能指标，能够进行稳态分析和设计，能够进行动态分析和设计；熟悉双闭环直流调速系统的的结构、主要参数和性能指标，能够进行稳态分析和设计，能够进行动态分析和设计；熟悉双闭环直流可逆调速系统的的结构、主要参数和性能指标，能够进行系统调试、分析和设计；熟悉直流脉宽调速系统的结构、主要参数和性能指标，能够进行系统调试、分析和设计；熟悉直流位置随动系统的结构、主要参数和性能指标，能够对系统进行稳态误差分析和设计，能够进行系统调试、分析和设计。对单闭环直流调速系统、双闭环直流调速系统、可逆调速系统、直流脉宽调速系统、位置随动系统的结构、主要参数和性能指标掌握得十分清晰，能够根据生产实际情况进行控制系统的稳态分析、设计和系统调试，能够根据生产实际情况对控制系统的进行动态分析、设计和系统调试；具有非常好的动手能力。能够在设计环节中体现创新意识，考虑成本、安全、环保等诸方面的因素。对单闭环直流调速系统、双闭环直流调速系统、可逆调速系统、直流脉宽调速系统、位置随动系统的结构、主要参数和性能指标掌握得比较清晰，基本能够根据生产实际情况进行控制系统的稳态分析、设计和系统调试，基本能够根据生产实际情况进行控制系统的动态分析、设计和系统调试，具有较好的动手能力，基本能够在设计环节中体现创新意识，考虑成本、安全、环保等诸方面的因素。对单闭环直流调速系统、双闭环直流调速系统、可逆调速系统、直流脉宽调速系统、位置随动系统的结构、主要参数和性能指标基本掌握，能够根据生产实际情况对控制系统进行基本的稳态分析和设计，基本的动态分析与设计。对单闭环直流调速系统、双闭环直流调速系统、可逆调速系统、直流脉宽调速系统、位置随动系统的结构、主要参数和性能指标掌握程度不够，动手能力较差，没有设计一个完整的电力拖动控制系统的基本能力。基本要基本要评价标比（091（07089合格（060.69（0059目熟悉单闭环直对单闭对单闭环直对单闭环直对单闭环直流标系统、双闭环调速系调速系统调速系统、速系统、双闭1速系统、可逆闭环直环直流调速闭环直流调直流调速系统统、直流脉宽系统、统、可逆调速系统、可逆可逆调速系统统、位置随动速系统统、直流脉宽速系统、直直流脉宽调速结构、工作原速系统、位置统、位置随动要参数和性能指标统、位系统的动系统的结构工作原理统、位置随系统的结构统的结构、工原理、主要参工作原参数和性能工作原理、和性能指标要参数标掌握的比要参数和性握的不够清晰指标掌握清晰，理解的理解不够分清较透彻本清晰的十分透彻的基本透彻目单闭环直流调速系具有非常好的具有较好的动动手能力一动手能力一般，标统、双闭环直流调速动手能力，能手能力，对控制般，对控制系对控制系统行2系统、可逆调速系统、够对控制系统系统稳态分析统稳态分析设稳态分析设计和直流脉宽调速系统、正确地进行稳设计和动态分计和动态分析动态分析设计错位置随动系统进行稳态分析设计，析设计基本正设计有少许的误很多。37态分析设计，进行动动态分析设计确错误。态分析设计，学会搜集资料，阅读资料和利用资料目能够根据生产实际能够根据生产基本能够根据基本能够根据不能根据生产标要求设计系统解决实际要求设计生产实际要求生产实际要求实际要求设计3方案，设计满足用户系统解决方设计系统解决设计系统解决系统解决方案。特定需求的电力拖案，设计满足方案，设计基本方案，不能在动控制系统，并能够用户特定需求满足用户特定设计环节中体在设计环节中体现的电力拖动控需求的电力拖现创新意识，创新意识，考虑成制系统，并能动控制系统，并考虑成本、安30本、安全、环保等诸够在设计环节能够在设计环全、环保等诸方面的因素。中体现创新意节中基本体现方面的因素。识，考虑成本、创新意识，考虑安全、环保等成本、安全、环诸方面的因保等诸方面的素。因素。注：该表格中的比例为期末考试试卷成绩比例。成绩评定为：考试成绩*70%+平均平时成绩*30%。课程目标达成评价《电力拖动控制系统》课程目标达成评价分析报告一、课程基本信息课程名称电力拖动控制系统课程性质专业基础，必修学时学分48/3开课学期第六个学期专业班级电气工程及其自动化考核方式考试，开卷任课教师：评价人员：课程组长，命题教师，阅卷教师二、课程目标达成评估课程目标支撑指标点课程目标评价数据源评价依据分值平均分达成值评价方式1.4能将电气工程领域中的专业知识和建立数学模型的方法，用于解决电气设备与电力系统的设计、开发、制造和维护。目标1：熟悉电力拖动控制系统的特性、主要参数，熟悉单闭环调速系统、双闭环调速系统、脉宽调速系统和位置随动系统的组成结构、其工作原理。期末考试：电力拖动控制系统的基本知识、工作原理（33分）T10=18试题构成说明T1=14�1*0.7+�1*0.3�10 �10=0.80�2*0.7+�1*0.3�20 �10=0.80T20=15试题构成说明T2=12平时作业A10=100A1=85�1+�2*0.7+�1