《电动汽车驱动与控制技术》课程教学大纲、实验教学大纲

《电动汽车驱动与控制技术》课程教学大纲一、课程信息英文名称：DriveandControlTechnologyofElectricVehicle课程编码：32ZY1103授课语言：汉语授课方式：线下课程类别：专业方向课程课程性质：限修学分：3学时：48学时（授课42学时，实验6学时）适用对象：自动化专业先修课程：电机及拖动基础、电力电子技术、自动控制原理、传感器与检测技术开课院系：电子与控制工程学院自动化系二、课程简介《电动汽车驱动与控制技术》是面向当前我国汽车产业的最新发展趋势，围绕长安大学的学科优势与特色，基于自动化专业的人才培养目标开设的一门专业方向课程。通过本课程的学习，使学生系统的了解电动汽车驱动系统的基本结构和工作原理，理解电动汽车常用驱动电机的工作原理及基本控制技术，了解电动汽车常用的功率变换技术，掌握电动汽车驱动系统的控制方法以及仿真方法。同时，培养学生系统的思维和解决复杂工程问题的方法，着力培养具有研究型、创新型以及自主创新学习能力的电动汽车高端人才。课程在讲授过程中有机融入课程思政和工程伦理内容，使学生感受到近年来我国在电动汽车领域从跟跑、到并跑、再到领跑的创新发展和取得的成就，以此强化学生的自豪感和自信心，激励学生正确的人生观和价值观。课程使用板书/PPT/动画/视频等形式教学，生动、形象地展示课程内容，辅以课后答疑，使学生容易掌握对课程知识。通过课堂上重点讲授、难点分析、案例讨论分析，并有作业辅导和实验指导，加强学生的系统思维、综合能力和创新意识。三、课程任务、目标与要求1.课程任务通过本课程的学习，使学生了解电动汽车的发展历史，系统的掌握电动汽车的基本结构与工作原理、电动汽车驱动电机的工作原理和控制方法、电动汽车常用功率变换技术的基本原理、电动汽车驱动控制的方法以及仿真方法，从而为学生今后深入从事电动汽车驱动控制系统的研究和开发提供理论支撑。课程基本要求2.1课程目标通过本课程的学习，使学生获得以下几方面的能力：（1）掌握电动汽车的基本结构和工作原理，理解几种典型的电动汽车驱动形式及工作原理，能够理解电动汽车驱动系统的演变发展规律，能根据实际需求对电动汽车驱动系统进行设计；（2）掌握直流电机、交流异步电机、永磁同步电机的基本结构、工作原理、数学模型及控制方法，能够根据电动汽车驱动系统的需求，进行驱动电机的选型、工作原理分析及控制系统设计。（3）掌握电动汽车功率变换的基本原理和常用的功率变换电路，能够根据电动汽车的行驶需求，对电动汽车制动能量回收系统进行设计。（4）掌握电动汽车驱动系统的组成及性能指标要求，理解车速/电流双闭环控制系统的原理及控制方法，能够根据实际工程需求，进行电动汽车驱动控制系统的设计。（5）掌握电动汽车仿真的基本原理，掌握电动汽车仿真常用的软件及其使用方法，能够采用仿真软件进行电动汽车相关系统的设计与分析。2.2课程目标与毕业要求之间的对应关系毕业要求标准指标点课程目标1.工程知识观测点1.1掌握数学和自然科学的知识，能将其用于工程问题的分析和求解。课程目标（1）2.设计/开发解决方案观测点3.1掌握自动化专业的核心知识，具备针对相关领域复杂问题的方案设计能力。课程目标（2）（3）（4）3.使用现代工具观测点5.3能够使用现代工程工具对复杂工程问题进行分析，对控制系统特性进行预测和模拟，并理解其局限性。课程目标（5）3.课程的重点、难点3.1课程重点（1）电动汽车的基本结构、驱动形式、工作原理。（2）直流电动机、交流感应电动机、永磁同步电动机的工作原理、数学模型与控制方法。（3）AC/AC、AC/DC、DC/DC、DC/AC电路的工作原理与制动回收电路的原理及工作过程。（4）电动汽车驱动系统的组成、要求及性能指标；车速/电流双闭环系统的工作原理及控制方法。（5）电动汽车的仿真原理及方法；Advisor电动汽车仿真软件的工作原理及使用方法。3.2课程难点（1）电动汽车的基本原理：车辆动力学模型的建立。（2）直流电动机、交流感应电动机、永磁同步电动机的起动、调速与制动控制方法。（3）PWM控制的基本原理，AC/AC、AC/DC、DC/DC、DC/AC电路的原理及工作过程。（4）车速/电流双闭环系统的数学建模、理论分析、工作原理及控制方法。（5）Advisor电动汽车仿真软件的工作原理及仿真参数配置与仿真结果分析。4.课程思政设计（1）在介绍电动汽车发展历史时，通过深入阐述和分析电动汽车的三个发展阶段，让学生了解电动汽车“三起三落”背后的原因，从而深入理解任何事物都是动态发展变化的哲学理念，使学生在今后学习和工作中遇到挫折困难时始终能保持乐观的心态和昂扬的斗志。（2）在讲述电动汽车的最新发展现状时，结合我国汽车工业从无到有、从小到大、从弱到强的艰辛发展历程，再到目前我国电动汽车处于世界领先地位这一过程，在树立民族自豪感和品牌自信心的同时，使学生清晰认识到“科技学术是第一生产力”、“核心技术是买不来的”，只有掌握核心技术，才能拥有核心竞争力。（3）在讲授电动汽车驱动电机技术、电动汽车驱动控制技术等章节内容时，结合比亚迪、吉利、“蔚小理”、华为等汽车新秀在电动汽车关键技术领域取得的突破性进展，让学生理解“科技发展的方向就是创新、创新、再创新”的深刻含义，根植打破固有思维、践行科技创新的理念，树立唯有通过技术创新，才可以实现“换道超车”的信念。（3）注重根植理想信念，强化价值导向。通过在授课过程中引入电动汽车等国产装备制造领域大国工匠的先进事迹，结合授课内容，紧扣工匠精神中的“报国情怀、时代风尚、工程伦理、自我成长”四个维度，将追求卓越、精益求精、严谨认真的职业精神贯穿落实在教学过程的始终，实现工匠精神的思政要素与技术要素在目标制定、模块建设、典型项目、课程讲授等方面交汇融合，完成学生家国情怀、科学精神和职业道德的培养。四、教学内容安排序号章节参考学时教学内容基本要求1第1章绪论2电动汽车发展的背景及意义、电动汽车的分类、电动汽车的发展概况、电动汽车的驱动与控制系统。理解电动汽车发展的背景及意义，掌握电动汽车的分类，了解目前市面上典型的电动汽车。2第2章电动汽车基本结构与工作原理4电动汽车的构成、电动汽车的驱动形式、电动汽车的基本原理、电动汽车的性能指标、电动汽车的典型行驶工况。掌握电动汽车的基本构成，了解电动汽车的几种典型驱动形式，掌握电动汽车的运动原理，理解并掌握电动汽车的性能评价指标，了解电动汽车常用行驶工况。3第3章电动汽车驱动电机技术12直流电动机的基本结构、工作原理、数学模型和控制方法。交流感应电动机的基本结构、工作原理、数学模型和控制方法。永磁同步电动机的基本结构、工作原理、数学模型和控制方法。掌握直流电动机的控制技术。掌握直流电动机起动和反转控制方法，掌握直流电动机制动和调速控制方法。能够分析和解决直流电机起动、制动和调速控制在实际应用中的简单问题。掌握交流感应电动机控制方法、特点及其应用。其中重点掌握交流感应电机变频调速方法和常用制动方法。能够分析和解决交流感应电动机实际应用中的问题。掌握永磁同步电机的基本结构、工作原理、数学模型、控制方法和特点及其应用。4第4章电动汽车功率变换技术8PWM控制技术、典型功率变换电路、电动汽车制动能量回收方法。理解PWM技术的基本原理及控制方法，掌握常见的电动汽车功率变换电路，了解电动汽车制动能量回收的原理、电路和方法。5第5章电动汽车驱动控制技术10电动汽车驱动系统的组成、要求和性能指标，电动汽车驱动系统的车速/电流双闭环控制方法。了解电动汽车驱动系统的组成、要求和性能指标，理解并掌握电动汽车驱动系统的车速/电流双闭环控制方法。6第6章电动汽车仿真技术6系统仿真的含义和分类；电动汽车的常用仿真方法；电动汽车常用的仿真软件及其使用方法；电动汽车整车仿真方法。了解电动汽车常用的仿真方法，了解并掌握ADVISOR、CRUISE、CarSim等仿真软件的工作原理及仿真方法；掌握利用Matlab/Simulink和ADVISOR对电动汽车进行整车仿真的基本操作步骤、参数配置和结果分析方法。五、课程考核方式与成绩评定1.课程考核对于本课程的考核，依据课程大纲要求的指标点情况，采用考试和考查相结合的办法进行，具体包括：期中闭卷考试、期末闭卷考试、课程实验、和平时表现（包括考勤、平时作业、单元测试、问题讨论）等三个方面。在学生能力目标形成评价与考核的总成绩中，期中闭卷考试占20%，期末闭卷考试占60%，课程实验成绩占10%，平时表现成绩占10%。成绩评定成绩评定方式：百分制课程总成绩=期中成绩20%+期末成绩60%+实验成绩10%+平时成绩10%六、课程建议教材及主要参考资料1.建议教材杨盼盼,龚贤武,林海,于雅鑫.电动汽车驱动与控制技术[M].北京:机械工业出版社,2021.2.主要参考资料[1]王庆年、曾小华.新能源汽车关键技术[M].北京:化学工业出版社,2017.[2]王志福,张承宁.电动汽车电驱动理论与设计[M].北京:机械工业出版社,2012.[3]徐国凯,赵秀春,苏航.电动汽车的驱动与控制[M].北京:电子工业出版社,2010.七、其他无大纲撰写人：杨盼盼课程负责人：杨盼盼审核人：2023年11月10日

《电动汽车驱动与控制技术》课程实验教学大纲一、实验教学信息课程编码：32ZY1103授课语言：汉语实验课性质：非独立设课适用专业：自动化专业学时学分：课程总学时：48；总学分：3；实验课总学时：6开课院系：电子与控制工程学院自动化系实验项目名称和学时分配：序号实验项目名称学时分配实验属性实验类型每组人数实验性质虚拟仿真实验开放实验指导教师人数1电动汽车车速-电流双闭环控制实验2专业验证型4选修是否32基于MATLAB/Simulink的电动汽车整车仿真实验2专业设计型4选修是否33基于ADVISOR的电动汽车整车仿真实验2专业综合型4选修是否3二、实验教学简介根据本课程的培养目标，结合课程内容，设计了电动汽车车速-电流双闭环控制实验（验证型）、基于MATLAB/Simulink的电动汽车整车仿真实验（设计型）和基于ADVISOR的电动汽车整车仿真实验（综合型）三个实验，基本涵盖本课程的教学内容。通过实验，使学生将所学理论知识和实际工程实践有机结合，从而提升学生的系统分析、设计和验证的能力，锻炼其分析问题和解决问题的能力，培养团队协作意识。三、实验教学目标与要求1.实验教学目标通过本课程的学习与训练，学生应具备以下几方面的能力:（1）能够运用Matlab/Simulink对电动汽车的相关关键部件进行系统建模，并搭建控制模型；（2）能够设计电动汽车驱动控制算法，进行相关参数整定，并能对所设计的控制算法在仿真软件上进行验证；（3）能够采用Matlab/Simulink或ADVISOR等现代仿真工具，对电动汽车进行整车建模与仿真，并能够对仿真结果进行分析。2.实验课程要求每次实验课能按时到达指定的实验室完成，完全能够独立运用MATLAB/Simulink以及ADVISOR等仿真工具，对电动汽车电机驱动控制系统容以及整车进行建模与仿真，能够条理清晰的汇报实验实现过程，分析结果以及原因，最后形成完整规范的实验报告。通过完成实验，加深对相关基础理论知识的掌握。3.实验课程思政设计（1）电动汽车结构复杂，部件众多，属于典型的复杂大系统。在电动汽车驱动控制系统建模过程中，唯有认真细致，才能为后续的仿真工作的顺利开展奠定坚实的基础，在此过程中使学生深刻理解和践行追求卓越、精益求精、严谨认真的工匠精神。（2）在实验过程中，结合当今国内电动汽车飞速发展的可喜形势，使学生牢固树立自力更生、技术创新和科技报国的信念。四、单项实验的内容和要求1）实验项目名称：电动汽车车速-电流双闭环控制实验（2学时）（1）实验内容利用Matlab/Simulink搭建直流电机驱动电动汽车的车速-电流双闭环控制模型，通过仿真实验，对比分析开环、车速单闭环以及车速-电流双闭环控制方法的特点和优劣。（2）实验要求①系统回顾课堂教学中关于直流电机驱动电动汽车的车速-电流双闭环控制系统的基本原理和建模方法；②分别在Simulink中建立驱动电机、电力电子变换器、电动汽车、控制器的模型，并对相关参数进行合理配置；在此基础上，将各模块进行连接，形成直流电机驱动电动汽车的车速-电流双闭环控制模型；③在给定的参考信号下，分别就开环、车速单闭环以及车速-电流双闭环这三种控制方法进行仿真验证，分析各控制方法的优缺点。（3）应配备的主要设备名称和台套数序号设备名称每组应配台套数现有台套数备注1计算机1/安装Matlab/Simulink仿真软件2）实验项目名称：基于MATLAB/Simulink的电动汽车整车仿真实验（1）实验内容利用Matlab/Simulink搭建电动汽车整车模型，在给定循环工况下，对电动汽车的整车动力性和电池性能进行仿真。（2）实验要求①利用MATLAB/Simulink搭建循环工况、驾驶员、电机、制动系统传动系统以及整车等模型，并对相关参数进行设置；②根据前向仿真的方法，按照电动汽车实际能量流的传递方向，建立电动汽车整车模型；③给定循环工况，对电动汽车进行仿真，并从动力性能、电池SOC等方面对电动汽车的性能进行分析。（3）应配备的主要设备名称和台套数序号设备名称每组应配台套数现有台套数备注1计算机1/安装Matlab/Simulink仿真软件3）实验项目名称：基于ADVISOR的电动汽车整车仿真实验（1）实验内容利用ADVISOR2002中的电动汽车模型，通过部件、参数的选择和配置，对电动汽车的整车性能进行仿真。（2）实验要求①在计算机上安装ADVISOR2002仿真软件，并通过配置参数使其能够正常运行；②在车型库中选择拟仿真车型，并对其相关参数进行配置；③设定循环工况，对所选电动汽车在该循环工况下的性能进行仿真，并对仿真结果数据进行分析。（3）应配备的主要设备名称和台套数序号设备名称每组应配台套数现有台套数备注1计算机1/安装ADVISOR2002仿真软件五、实验考核方式（1）实验报告实验报告需包含实验项目名称、实验目的、实验原理简述、实验操作或观察结果记录、实验结果讨论（或实验结论）等内容。根据每个实验的实验报告进行百分制评定，评定标准包含报告的内容完整性、正确性、公式及图表的规范性、现场实验数据及分析水平、书面整洁度等方面。单次实验未到且未补做，或单次实验未提交实验报告，该次实验报告成绩计0分。所有实验报告成绩的代数平均值为实验报告成绩。（2）考核方式考核环节所占比例考核方式评价材料实验成绩实验考勤与实验情况5%每次实验课需要按时到指定实验室完成，迟到15分