《现代电机控制技术》教学大纲

《现代电机控制技术》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：05153051课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时（理论32学时）先修课程：电机学、自动控制原理、电力拖动自动控制系统、Matlab与电力拖动控制仿真等后续课程：生产实习、毕业实习、毕业设计等适用专业：电气工程及其自动化开课单位：电气工程与自动化学院一、课程说明《电机现代控制技术》是电气工程及其自动化专业的专业选修课，是电机控制类课程的延伸和深入，是一门基础知识综合应用能力要求较高且专业性强的专业方向课程。本课程目的在于开拓学生的视野，培养和提高学生综合应用基础知识以及学习、掌握新理论和新技术的能力。交流感应电机和永磁同步电机的矢量控制是目前电气传动领域电机控制技术的核心关键技术，也是从事与电机控制相关课题研究必不可少的现代控制技术。通过这门课程的学习，要使学生较为全面、系统、深入的掌握交流感应电机和永磁同步电机矢量控制技术的基本理论和实现方法；要培养学生对知识的系统理解和综合应用能力；同时还要让学生知道矢量控制和直接转矩控制等技术仍在不断完善和发展；要注重培养学生分析问题、解决问题的能力。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：使学生能够正确了解电机矢量控制的基本理论和实现方法，掌握矢量控制系统设置、调试和使用，学生能够更加系统、深入的了解矢量控制技术的本质、核心关键技术和实现方案分析，为将来从事电机矢量控制系统的设计和产品开发打下坚实的理论基础。课程目标2：掌握电磁转矩的生成和控制方法，理解直流、交流电机的电磁转矩生成机理及电磁转矩数学模型。掌握电磁转矩的矢量表达式以及电磁转矩的矢量控制基本原理，建立空间矢量和矢量控制的基本概念。构建基于转子磁场定向的三相永磁同步电机矢量控制系统，了解基于定子磁场定向的三相永磁同步电机矢量控制系统及简单仿真分析方法。课程目标3：使学生初步具有综合运用电机现代控制技术的理论知识和分析手段对三相交流感应电机和永磁同步电机矢量控制系统的共性技术、特殊问题等进行建模、分析和求解的能力，培养学生的工程伦理素养。同时，讲解中国电机控制的发展历程，使学生增强民族自豪，提高爱国热情。三、课程目标与毕业要求《现代电机控制技术》课程教学目标对电气工程及其自动化专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.4能够将电气工程及其自动化专业知识用于复杂电气工程问题解决方案的比较与优化。课程目标1：使学生能够正确了解电机矢量控制的基本理论和实现方法，掌握矢量控制系统设置、调试和使用，学生能够更加系统、深入的了解矢量控制技术的本质、核心关键技术和实现方案分析。H2.问题分析2.2能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理，分析并表达复杂电气工程问题的特性，获得多种解决方案。课程目标2：掌握电磁转矩的生成和控制方法，理解直流、交流电机的电磁转矩生成机理及电磁转矩数学模型。掌握电磁转矩的矢量表达式以及电磁转矩的矢量控制基本原理，建立空间矢量和矢量控制的基本概念。构建基于转子磁场定向的三相永磁同步电机矢量控制系统，了解基于定子磁场定向的三相永磁同步电机矢量控制系统及简单仿真分析方法。M3.设计/开发解决方案3.1能够掌握工程设计和产品开发全周期、全流程的基本方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素。课程目标3：使学生初步具有综合运用电机现代控制技术的理论知识和分析手段对三相交流感应电机和永磁同步电机矢量控制系统的共性技术、特殊问题等进行建模、分析和求解的能力，培养学生的工程伦理素养。同时，讲解中国电机控制的发展历程，使学生增强民族自豪，提高爱国热情。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时对应的课程目标1.电磁转矩与空间矢量1.1电磁转矩1.2直流、交流电机的电磁转矩1.3空间矢量1.4矢量控制教学要求：使学生掌握磁场与能量、机电能量转换、电磁转矩的生成、电磁转矩的控制；直流电机的电磁转矩、三相同步电机的电磁转矩、三相感应电机的电磁转矩；定转子的磁动势矢量、电流矢量、电压矢量及磁链矢量；电磁转矩的矢量表达式、电磁转矩的矢量控制。重点：磁场与能量、机电能量转换、电磁转矩的生成、电磁转矩的控制；直流电机的电磁转矩、三相同步电机的电磁转矩、三相感应电机的电磁转矩。难点：电磁转矩的矢量表达式、电磁转矩的矢量控制。81、2、32.三相永磁同步电动机矢量控制2.1基于转子磁场定向矢量方程2.2基于转子磁场定向矢量控制及控制系统2.3弱磁控制与定子电流最优控制2.4定子磁场定向矢量控制2.5谐波转矩及转速波动2.6矢量控制系统仿真实例教学要求：使学生了解转子结构及物理模型、面装式三相永磁同步电动机矢量方程、插入式三相永磁同步电动机矢量方程；面装式三相永磁同步电动机矢量控制及控制系统、插入式三相永磁同步电动机矢量控制及控制系统；了解弱磁控制、定子电流最优控制；矢量控制方程、矢量控制系统；谐波转矩、谐波转矩削弱方法。重点：面装式三相永磁同步电动机矢量方程、插入式三相永磁同步电动机矢量方程。难点：弱磁控制、定子电流最优控制；矢量控制方程、矢量控制系统；谐波转矩、谐波转矩削弱方法。121、2、33.三相感应电动机的矢量控制3.1基于转子磁场的转矩控制3.2空间矢量方程3.3基于转子磁场定向的矢量控制系统3.4基于转子磁场的矢量控制系统中的几个技术问题3.5基于转子磁场的矢量控制系统仿真实例3.6基于气隙磁场定向的矢量控制系统3.7基于定子磁场定向的矢量控制系统教学要求：使学生掌握转矩控制稳态分析、转矩控制动态分析；ABC轴系矢量方程、坐标变换和矢量变换、任意同步旋转MT轴系矢量方程、转子磁场定向MT轴系矢量方程；直接磁场定向、间接磁场定向、由电压源逆变器馈电的控制系统、由电流可控电压源逆变器馈电的控制系统；了解电动机参数变化对磁场定向和系统性能的影响、磁路饱和对磁场定向和系统性能的影响；基于气隙磁场的转矩控制、矢量控制方程、矢量控制系统；基于定子磁场的转矩控制、矢量控制方程。重点：转矩控制稳态分析、转矩控制动态分析；ABC轴系矢量方程、坐标变换和矢量变换、任意同步旋转MT轴系矢量方程、转子磁场定向MT轴系矢量方程；直接磁场定向、间接磁场定向、由电压源逆变器馈电的控制系统、由电流可控电压源逆变器馈电的控制系统。难点：电动机参数变化对磁场定向和系统性能的影响、磁路饱和对磁场定向和系统性能的影响；基于气隙磁场的转矩控制、矢量控制方程、矢量控制系统。121、2、3合计32五、教学方法及手段本课程重点讲授支撑交流电机现代控制的矢量控制技术。课程讲授坚持以矢量控制为主线，从感应电动机和永磁类电动机两大方面，分别讲授三相感应电动机、三相永磁同步电动机矢量控制原理、方程和系统。使学生掌握矢量控制基本原理，系统构成和矢量控制及直接转矩控制技术的发展现状，注重简要介绍矢量控制技术目前重点研究方向。本课程以课堂教学为主，结合作业、自学、讨论和文献检索阅等教学手段和形式完成课程教学任务。注重对学生学习方法的指导。在传授知识的同时，担负改变学生传统学习方法的责任，力求教会学生如何以工程的观点学习专业课程。教师不但教给学生知识，更重要的是教给学生如何将所学到的知识进行系统分析和灵活应用。应尽量教会学生怎样理解问题，避免死记硬背，提高分析和解决问题的能力。六、课程资源1.推荐教材：（1）王成元.现代电机控制技术(第二版)[M].北京:机械工业出版社,2014.2.参考书：（1）陈伯时,陈敏逊.交流调速系统(第三版)[M].北京:机械工业出版社,2013.（2）王志新.电机控制技术[M].北京:机械工业出版社,2011.（3）高晗璎.电机控制[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2018.（4）袁雷,胡冰新,魏克银,陈姝.现代永磁同步电机控制原理及MATLAB仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2016.3.期刊：（1）中国电机工程学报,中国电机工程学会主办（2）电机与控制学报,哈尔滨理工大学主办（3）电机与控制应用,上海电器科学研究所(集团)有限公司主办4.网络资源：（1）电机控制算法./p/511983187（2）永磁同步电机矢量控制./sy243772901/article/details/106208334/（3）一文看懂PMSM电机控制原理./download/ysfreecity/12571074七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现20（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分；（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√5510作业20（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√5510期末考核60（1）大作业满分100分，以最终成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩；（2）通过拟订大作业题目，涵盖课程教学内容，主要考核学生利用所学的现代电机控制知识分析解决实际问题的能力。√√√202020合计：100分303040八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、作业、期末考核（大作业）等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末考核（大作业）成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末考核（大作业）成绩为100分（权重60%）；课堂表现、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和期末考核（大作业）分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表4。表4过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8