《伺服控制应用技术》教学大纲

《伺服控制应用技术》教学大纲课程编号：13220422英文名称：ServoControlTechnology学分：2学时：总学时40学时，其中理论24学时，实践16学时先修课程：自动控制原理，运动控制技术，电力电子技术课程类别：专业拓展课程授课对象：电气工程及其自动化专业学生教学单位：机械与电气工程学院修读学期：第6学期一、课程描述和目标本课程是电气工程及其自动化专业的一门专业拓展课程，结合离散控制系统原理、运动控制技术、电力电子技术、PLC应用技术，以实际工程应用为导向，介绍伺服控制系统分析、设计的方法，以及运用相关理论和方法来解决工业实践和科学研究中遇到的实际问题。目的是强化电力拖动自动控制系统既得知识，深化教学内容，使学生能解决各种实际伺服控制系统设计问题，特别是随动控制、机器人运动控制等方向的实际工程问题的能力。本课程拟达到的课程目标:课程目标1：掌握常用的伺服控制系统的分析方法，掌握伺服电机的原理、组成，以及基于可编程控制器的控制方法，熟悉伺服驱动器的工作原理和设置方法，以及伺服控制系统的主电路和控制电路的接线方式。课程目标2：，熟悉伺服控制系统的应用与开发流程，熟悉伺服电机控制系统的设计方法，使学生能对一般伺服控制系统进行设计开发的能力，能够解决伺服控制系统方案设计、改进和算法设计等复杂工程问题，并能够借助文献选择替代的优化方案。课程目标3：能运用伺服控制系统相关基本原理，借助文献研究，分析伺服控制系统实施过程中的影响因素，通过归纳总结，分析、选择恰当的控制模式、算法、设计方式和参数。二、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标权重1.3能够将复变函数与积分变换、最优决策等相关知识和数学模型方法用于分析电气工程相关领域的专业工程问题；课程目标1M4.4能够运用统计分析、电力系统分析或其他相关方法，对实验结果进行分析，合理解释实验现象，并通过信息综合得到合理有效的结论。课程目标2H12.1紧跟电气工程相关领域的新技术、新产业、新业态，认识到自主学习和终身学习的必要性。课程目标3L（注：要求课程目标与毕业要求指标点应是一一对应支撑）三、教学内容、基本要求与学时分配（一）理论教学（24学时）序号教学内容基本要求及重、难点（含德育要求）学时教学方式对应课程目标1绪论伺服系统概念、作用和组成；基本要求和特点；分类基本要求：理解伺服系统的结构与工作原理，掌握伺服系统的基本要求和工作特点，掌握伺服系统的分类。重点难点：掌握伺服系统的基本要求和特点。难点是区分伺服控制和一般电力拖动控制系统的异同。德育要求：历史责任2集中讲授文献阅读1、22伺服控制基础电力电子器件的应用；检测元件的应用基本要求：掌握半控型器件和全控型器件，理解GTO、GTR、SITH、MOSFET、PIC、IGBT、IGCT等器件的动作特点；掌握速度检测（测速发电机、光电测速和数字测速）、角度检测（旋转变压器）和位置检测（光栅）。重点难点：基本电子器件和检测元件的工作原理。德育要求：工匠精神4集中讲授课后作业1、23步进电机控制步进电机工作原理和驱动方法；控制模式；最佳点-位控制；控制程序设计基本要求：理解数控机床中常见的步进电机的工作原理和驱动方式；掌握直步进电机开环和闭环控制模式；掌握步进电机最佳点-位控制方法；掌握步进电机控制程序的设计方法。重点难点：步进电机驱动方法、控制模式和程序设计方法。德育要求：实践创新2集中讲授课堂演示1、2、34直流伺服电机控制系统直流伺服电机工作原理、单闭环调速系统、转速电流双闭环控制系统、伺服控制系统CAD基本要求：掌握直流电机工作原理；转速单闭环调速系统分析；转速（ASR）电流（ACR）双闭环系统分析和设计；掌握直流PWM控制方式；了解伺服控制系统的计算机辅助设计方法。重点难点：双闭环控制系统的分析和设计，直流电机PWM控制方式。德育要求：探索创新6集中讲授课后作业1、2、35三相永磁同步伺服电机的控制三相永磁同步伺服电机及其数学模型，控制策略，速度反馈信号的检测和处理，转子初始位置的检测，电子齿轮比基本要求：掌握三相永磁同步伺服电机工作机理和数学模型；掌握其控制策略；掌握速度反馈信号的检测和处理方式；了解转子初始位置的检测方法；掌握电子齿轮比的设置方法。重点难点：三相永磁同步伺服电机的控制策略，速度反馈信号处理和电子齿轮比设置。德育要求：团结协作6集中讲授课后作业1、2、36进给伺服系统进给伺服系统的特性分析，脉冲比较、相位比较、幅值比较和数据采样式进给伺服系统基本要求：掌握进给伺服系统的静态特性和动态特性分析方法；理解脉冲比较型、相位比较型、幅值比较型和数据采样式进给伺服系统的工作原理和特点；了解交直流伺服电机的微机位置闭环控制。重点难点：脉冲比较、幅值比较、相位比较和数据采样式伺服系统的区别和动作特点。德育要求：服务社会4集中讲授课后作业1、2、3合计24（二）课程实验（16学时）序号实验项目实验内容与要求学时类型对应课程目标1步进电机控制实验内容：以两相混合式步进电机为控制对象，结合H桥步进电机驱动器（带细分和供电电流选择）和专用的定位模块（FX-20GM），设计控制程序（T形图），完成定位模块与PLC对步进电机的联合控制，实现步进电机的正转、反转和定位控制功能。实验要求：熟练掌握PLC与步进电机驱动器、定位模块接线及操作，熟练掌握程序设计。4设计1,2,32直流伺服电机的单闭环控制实验内容：以直流伺服电机为控制对象，结合H桥驱动器和PWM控制模式，设计单闭环控制程序（T形图），完成PLC对直流电机的闭环控制，实现直流电机的正转、反转和调速功能。实验要求：熟练掌握PLC与H桥的接线及操作，熟练掌握闭环程序设计。4设计1,2,33三相永磁同步伺服电机的控制实验内容：以三相永磁同步伺服电机为控制对象，结合专用的定位模块，设计控制程序（T形图），完成定位模块与PLC对步进电机的联合控制，实现三相永磁同步伺服电机的正转、反转、原点返回、定位、速度控制等功能。实验要求：熟练掌握PLC与定位模块及三相永磁同步伺服电机的接线及操作，熟练掌握程序设计。8设计1,2,3合计16四、课程教学方法（1）理论学习以集中授课的形式为主，线上与线下的课外讨论为辅；（2）课程实验以集中讲解、上机操作的形式开展，通过实验效果和实验报告进行评价；（3）综合项目以小组形式开展，课外分组完成，采用集中展示、答辩的方式评价。五、学业评价和课程考核（一）考核方式及具体要求序号教学环节课程目标1（分值）课程目标2（分值）课程目标3（分值）合计1平时作业1050152课程实验5105203综合项目555154期末考试25151050课程目标对应分值453520100（二）考核与评价标准1.平时成绩考核与评价标准分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分作业按时完成，90%以上的作业内容齐全，针对伺服控制系统的建模、分析、计算和解答正确，掌握基本知识点，理解充分。按时完成，70%以上的作业内容齐全，针对伺服控制系统的建模、分析、计算和解答基本正确，掌握基本知识点，理解到位。延时完成，60%以上的作业内容齐全，针对伺服控制系统的建模、分析、计算和解答有误，了解基本知识点，认识到位。不交或补交，60%以下的作业内容齐全，针对伺服控制系统的建模、分析、计算和解答错误较多，不了解基本知识点，认识有偏差。2.课程实验与评价标准分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分实验效果无迟到早退，实验设备使用及数据记录规范，能采用多种合适的模型和程序完成实验，能评价、鉴赏实验结果的正确性及合理性。无迟到早退，实验设备使用及数据记录比较规范，能采用合适的模型和程序完成实验，能分析、判断实验结果的正确性及合理性。无迟到早退，实验设备使用及数据记录基本规范，能采用可用的模型和程序完成实验，能认识、界定实验结果的正确性及合理性。迟到、不到或早退，实验设备使用及数据记录不规范，所采用的模型和程序不能完成预定目标或存在抄袭，不能判断实验结果的正确性及合理性。实验报告格式规范，符合课程实验报告写作要求；内容主题明确，有明确的针对实验结果的分析和讨论。格式符合课程实验报告写作要求；内容主题明确，具有较好的针对实验结果的分析和讨论。格式符合课程实验报告写作要求；内容主题基本明确，具有针对实验结果的分析和讨论。论文格式不符合课程实验报告写作要求，报告结构不完整，分析和论证不清晰。3.综合项目考核与评价标准分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分现场演示能够拓展理论知识评价、解决课程领域相关专业问题。汇报时能清楚表述系统原理，回答问题正确。能够应用理论知识分析、评价课程领域相关专业问题。汇报时能较清楚表述系统原理，回答问题正确。能够利用理论知识描述、解释课程领域相关专业问题。汇报时能表述系统原理，大部分问题回答正确。能够根据理论知识认识、复述课程领域相关专业问题。汇报时能表述部分系统原理，能回答部分问题。项目报告比较、选取合适的系统建模和分析方法并根据实际问题加以改进、优化。格式规范，符合写作要求，主题明确，有明确的综合分析论点。参考文献充分、正文引用恰当，文献引文格式符合文献标准。无摘录摘抄痕迹，能恰当运用自己的语言组织素材，论点正确。比较、选取合适的系统建模和分析方法应用于实际问题。格式符合写作要求，主题明确，具较好的综合分析论点。参考文献充分、正文能够较好对文献进行引用。正文主题大部分运用自己的语言组织素材，论点正确。采用可行的系统建模和分析方法应用于实际问题。格式符合课程论文写作要求，主题基本明确，具较好的综合分析论点。文献引文格式基本规范。正文有部分摘抄，论点分析比较清晰。采用的系统建模和分析方法不适用或抄袭他人成果。论文格式不符合要求，论文结构不完整，论点分析不清晰。参考文献少，正文没有引用。格式不完全符合科技论文文献标准。4.期末试卷考核与评价标准根据课程目标及教学内容，设计期末考核试题，综合检验学生对课程相关知识的掌握、综合应用及解决复杂问题的能力，根据考试题目设计相应评分标准。注：(1)考勤不加分，但旷课1次扣平时分1分，扣满5分为止；(2)期末总成绩低于50分者，其总评成绩为不及格。六、教材