PAGEPAGE5《自動控制系統》課程教學大綱（2009級）課程編號：06110700適用專業：自動化專業學時數：48學分數：3執筆者：鄭征、喬美英、陶慧編寫日期：2009.7.10課程的性質和目的自動控制系統是電氣工程及自動化專業的專業課。該課程是一門與生產緊密相關的專業課程，本課程所介紹的理論和方法廣泛適用于各種控制系統，尤其在計算機得到普及的今日，本課程的作用和地位更顯重要。通過本課程的學習使學生掌握自動控制系統的基本理論和方法，能為機械設備選擇配套電氣傳動系統及其自動化控制裝置，并能提供符合負載特性要求的合理調速方案。教學內容本課程主要講解控制系統的基本規律，包括直流閉環系統，直流多環系統，直流可逆系統，調速系統的工程設計，交流異步電機變壓變頻調速系統，交流異步電機其它調速方法。直流多環系統，直流可逆系統，以及異步電動機的矢量控制是本課程的重點和難點所在。直流單閉環調速系統（5學時）了解學科的性質與課程的任務，課程的特點；自動控制系統的發展概況；直流調速系統和交流調速系統的比較；交流調速系統的復雜性，主要的應用領域與研究方向；交直流調速系統的分類及系統構成等等。了解晶閘管供電電動機調速系統的特點，掌握單閉環調速系統的基本性質以及積分調節器的特性。掌握晶閘管-電動機系統（V-M系統）的特點；重點掌握反饋控制閉環直流調速系統的穩態、動態和穩定性分析；理解利用比例積分控制規律實現系統的無靜差調速。多環控制的直流調速系統（3.5學時）了解單環直流調速系統存在的問題；掌握轉速、電流雙閉環直流調速系統的基本原理及動態特性與靜特性，重點理解雙閉環調速系統中轉速與電流環兩個調節器的作用。熟悉直流電機雙域控制系統。能熟練計算系統中靜態參數、會分析系統的自動調節過程。直流可逆調速系統（6.5學時）了解幾種V-M系統的可逆線路和工作狀態；掌握有環流可逆系統中的環流及其控制方法；理解電樞可逆有環流調速系統及其控制方法；磁場可逆系統的基本工作原理。理解邏輯無環流可逆調速系統的基本控制原理、控制環節及其實現方法。直流調速系統的工程設計（3學時）了解直流調速系統工程設計的原則。理解幾種典型系統的頻率特性及時域與頻域性能指標的區別與聯系。明確典型I型與典型Ⅱ型系統抗擾性能指標和參數的關系。熟悉掌握按工程設計方法設計雙閉環系統的調節器的方法。數字化直流調速系統（2學時）了解數字控制調速的基本特點，理解數字觸發器的基本工作原理、了解微機數字控制雙閉環直流調速系統的硬件和軟件設計，數字直流可逆調速系統的基本工作原理,掌握數字調節器軟件實現的方法。第六章異步電動機變壓變頻調速系統（3學時）了解交流調速的基本類型，了解轉速開環、恒壓頻比系統組成及基本要求，掌握變壓變頻調速系統的組成及工作原理。掌握異步電動機電壓、頻率協調控制的穩態機械特性，理解轉速開環、恒壓頻比控制的變頻調速系統，了解轉速閉環轉差頻率控制的變頻調速系統。第七章交流異步電動機的其他調速方法（7.5學時）理解交流調壓調速及繞線型斬波調速方式，了解繞線型異步電動機轉差功率回饋型調速系統次同步電動狀態下串級調速系統，了解異步電動機雙饋調速的幾種工作方式。第八章交流異步電動機矢量控制（3學時）理解空間矢量基本概念異步電動機按磁通定向的矢量控制原理，了解坐標變換原理異步電動機按磁通定向的矢量控制系統。實驗與課程設計（13.5學時）安排實驗8學時，掌握雙閉環調速系統轉速調節器、速度調節器調試方法，掌握閉環調速系統性能測試方法、雙閉環系統靜特性測試及系統仿真等。課程設計5學時，圍繞直流不可逆調速系統選題設計，掌握工程設計方法、參數計算與器件選型、線路搭建與試驗測試、得到工程設計的基本訓練。課程學習論文報告0.5學時，通過本部分的學習，要求學生掌握學術論文的類型、選題、論文材料的搜集與處理，達到撰寫學術論文的目的。實驗部分(8學時)基礎性實驗：直流電機機械特性測試單結晶體管觸發電路與單相半控橋式整流電路的研究三相集成觸發電路及三相全控橋式整流電路的研究SPWM工作原理仿真演示綜合性實驗：小功率直流穩壓調速系統的研究雙閉環直流調速系統調試及機械特性研究單相交流調壓電路和恒溫控制系統的研究直流雙閉環啟動過程仿真實驗研究單閉環直流調速系統仿真演示雙閉環直流調速系統仿真演示恒壓頻比變頻調速系統仿真演示矢量控制系統仿真實驗SPWM變頻調速系統實驗設計性實驗：直流數字雙閉環調速系統的設計交流變頻調速控制系統的設計說明：基礎性實驗中選做4學時，綜合性實驗中選做4學時，設計性實驗與部分仿真實驗學生課外根據興趣選做，不占實驗學時。課程設計部分（5學時）通過課程設計使學生鞏固本課程所學的控制系統基本原理，培養學生綜合運用所知識和技能去分析和解決工程技術問題的能力，建立正確的設計思想。課程設計的具體任務為根據具體設計數據，完成以下幾大部分內容的設計任務。（一）系統各環節選型1、主回路方案確定。2、控制回路選擇：給定器、調節放大器、觸發器、穩壓電源、電流截止環節，調節器鎖零電路、電流、電壓檢測環節、同步變壓器接線方式（須對以上環節畫出線路圖，說明其原理）。（二）主要電氣設備的計算和選擇1、整流變壓器計算：變壓器原副方電壓、電流、容量以及聯接組別選擇。2、晶閘管整流元件：電壓定額、電流定額計算及定額選擇。3、系統各主要保護環節的設計：快速熔斷器計算選擇、阻容保護計算選擇計算。4、平波電抗器選擇計算。（三）系統參數計算1、電流調節器ACR中計算。2、轉速調節器ASR中計算。3、動態性能指標計算。（四）畫出雙閉環調速系統電氣原理圖。使用A1或A2圖紙，并畫出動態框圖和波德圖（在設計說明書中）。課程學習論文報告（0.5學時）學術論文的類型、學術論文的選題、學術論文的查找及材料的整理、學術論文的撰寫。課程的基本要求由于該課程具有系統性強，圖表多等特點，本課程制作有網絡多媒體課件，提高課堂利用率，同時對難點之處，用多媒體講解時不能完全表達教師之意時，采用黑板上講解。另外在講解直流雙閉環系統時，為提高學生的思維、分析能力，課前給學生提出預習討論題目，讓學生上臺講解，同時給論出文題目，教學生學習如何撰寫專業論文。每章后給出適當的作業，加深其對基本概念的理解，提高其分析計算的能力。作業：第一章習題共4題第二章習題共4題第三章習題共3題第四章習題共3題第五章習題共2題第六章習題共5題第七章習題共3題考核方式：課程結束后，閉卷或開卷考試。注重對學生運用理論知識分析實際問題能力的考核，尤其考核學生綜合分析問題的能力。論文寫作、科技活動和實驗均計入考試成績。其比例為筆試70％，實驗10％，平時表現10％，論文10％，另外還有10分的科技活動獎勵分。本課程于其它課程的聯系與分工本課程的先修課程是“自動控制理論”、“電子技術基礎”、“電力電子技術”、“電機與電力拖動”等課程。所以它是一門系統性、綜合性很強的課程。建議教材與教學參考書陳伯時，《電力拖動自動控制系統》，機械工業出版社，2008（美）Kuo，B.C.，（美）Golnaraghi，F.著，高等教育出版社，2004劉松，電力拖動自動控制系統，清華大學出版社，2006杜慶楠，自動控制原理，中國電力出版社，2009HYPERLINK"/book/search_pub.php?category=01&key2=%D5%C5%CC%C