运动控制系统
运动控制系统
少于1000 人选课
更新日期:2025/04/25
开课平台智慧树
开课高校青岛恒星科技学院
开课教师刘军金耀花朱霄霄陈娜郭金升曲艺
学科专业工学电气类
开课时间2025/01/21 - 2025/07/20
课程周期26 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介
运动控制系统是电气工程及其自动化专业、电气工程与自动化专业、自动化专业的专业主干课程,课程的要点是:从实际工程出发,运用控制理论分析解决运动控制系统中的实际问题,引导学生分析和解决实际工程问题的能力。本课程内容主要包括直流调速、交流调速系统二部分。直流调速部分讲述相控整流器电动机和全控型功率变换器为主的单闭环、双闭环、可逆直流调速系统;交流调速部分主要讲述基于异步电动机动态模型的矢量控制高性能调速系统。 本课程系统、深入浅出地讲述了交直流调速系统的基础知识、系统结构、控制方式、系统性能及系统设计方法。提供了大量的随堂习题,对广大读者有很好的启发和指导作用。 课程具有较强的实用性,适于高等院校自动化、电气工程及其自动化等相关专业本科“运动控制系统”或“电力拖动自动控制系统”或“交直流调速系统”课程教学使用,还可供从事运动控制的工程技术人员参考
课程大纲

在线教程

章节简介教学计划
可控制流电源-电动机系统
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相控整流器
陈娜
相控整流直流调速系统的机械特性及数学模型
陈娜
直流PWM变换器-电动机系统
郭金升
桥式可逆PWM变换器
郭金升
调速系统性能指标
郭金升
闭环控制的直流调速系统
转速单闭环直流调速系统
转速单闭环直流调速系统的控制规律
金耀花
转速单闭环直流调速系统的限流保护
金耀花
转速单闭环直流调速系统的动态数学模型
金耀花
PI控制规律及调节器的设计
金耀花
转速、电流双闭环直流调速系统
双闭环系统的控制规律
金耀花
双闭环直流调速系统的数学模型与性能分析
金耀花
转速、电流双闭环直流调速系统的数字实现
直流调速系统的数字控制
朱霄霄
数字测速与滤波
朱霄霄
调节器的设计方法
典型I型系统分析
曲艺
典型II型系统分析
曲艺
非典型系统的典型化
刘军
按工程设计方法设计双闭环系统
刘军
可逆控制的的直流调速系统
可逆系统的组成与结构
刘军
可逆系统的四种状态
刘军
环流问题
刘军
可逆系统动态分析
刘军
基于动态模型的异步电动机调速系统
异步电动机动态数学模型
金耀花
坐标变换和坐标变换矩阵
刘军
三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型
刘军
转子磁链定向矢量控制第一讲
刘军
转子磁链定向矢量控制第二讲
刘军
转子磁链定向矢量控制第三讲
刘军
  • 第一章可控制流电源-电动机系统

    随着电力电子技术的发展,可控直流电源主要有两大类,第一类是相控整流器,另一类是直流脉宽变换器。本章1.1-1.2节相控整流器-电动机系统和1.3-1.4节直流PWM变换器-电动机系统将分别说明此两类可控直流电源的特性和数学模型。当用可控直流电源和直流电动机组成一个直流调速系统时,它们所表现出来的性能指标和人们的期望值必然存在一个不小的差距,1.5节调速系统性能指标将对此做出分析。

  • 1.1相控整流器

    本节分析相控整流器-直流电动机调速系统的原理,指出相控整流器-电动机系统的特殊问题。

  • 1.2相控整流直流调速系统的机械特性及数学模型

    本节主要分析相控整流器-电动机系统的机械特性,提出晶闸管触发电路和整流装置的数学模型。

  • 1.3直流PWM变换器-电动机系统

    本节主要学习PWM变换器的工作状态和波形和不可逆PWM变换器。

  • 1.4桥式可逆PWM变换器

    本节讲解双极式控制的可逆PWM变换器及直流PWM调速系统的数学模型及机械特性。

  • 1.5调速系统性能指标

    本节讲解转速控制的要求和调速指标,并分析开环调速系统及其存在的问题。

  • 第二章闭环控制的直流调速系统

    本章就闭环控制的直流调速系统展开分析和讨论。首先论述了转速单闭环直流调速系统的控制规律,介绍了PI和P调节器的控制作用,分析了转速、电流双闭环系统的组成和静特性,转速、电流双闭环系统的数学模型,并对双闭环直流调速系统的动态性能进行了分析;其次,对直流调速系统的数字实现进行了讨论,论述了与调速系统紧密关联的数字测速方法和数字PI调节器的实现方法;最后应用工程设计方法解决双闭环调速系统的调节器的设计问题。

  • 2.1转速单闭环直流调速系统

    本节课论述了转速单闭环直流调速系统的控制规律,讲述了限流保护问题,分析了如何采用电流截止负反馈来限制起动电流。单闭环直流调速系统的数学模型,并对单闭环直流系统的稳定性进行了分析。积分调节器和积分控制规律、比例积分控制规律,并讲述了PI调节器的设计。

  • 2.2转速、电流双闭环直流调速系统

    本节课介绍了双闭环系统的组成与控制规律,并讲解了该系统稳态结构与稳态参数计算。以及双闭环直流调速系统的动态数学模型,并分析了双闭环直流调速系统的动态性能。

  • 2.3转速、电流双闭环直流调速系统的数字实现

    本节课介绍了微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件组成,包括数模混合控制系统、数字电路控制系统和计算机控制系统。讨论了直流调速系统的数字实现,描述了数字测速方法和数字测速指标。数字PI调节器,包括模拟PI调节器的数字化和智能型PI调节器。

  • 2.4调节器的设计方法

    本节课介绍了运用调节器原因、方法和步骤,分析了I型和典型II型系统动态跟随性能指标和动态抗扰性能指标。调节器结构的选择和传递函数的近似处理,即非典型系统的典型化。如何应用前述工程设计方法设计转速、电流双闭环调速系统的两个调节器。

  • 第三章可逆控制的的直流调速系统

    本章在前两章的基础上进一步探讨可逆直流调速系统的直流调速系统。着重讨论了可逆直流调速系统,而V-M系统的可逆问题还包括主电路的可逆线路、晶闸管装置的逆变与回馈、可逆线路的环流及其控制系统,PWM调速系统的可逆控制存在着能量回馈问题等。

  • 3.1可逆系统的组成与结构

    本节课介绍了可逆直流调速系统的组成与结构,最主要的是V-M系统的可逆线路所包含的电枢反接可逆线路和励磁反接可逆线路的分析。

  • 3.2可逆系统的四种状态

    本节课介绍了可逆直流调速系统的四种状态,包括正向制动、正向运行、反向制动和反向运行状态,并总结了可逆线路正反转时晶闸管装置和电机的工作状态表。

  • 3.3环流问题

    本节课介绍了可逆V-M系统中的环流问题,分析了可逆系统的种类、形成、危害、利用与分类,以及直流平均环流与配合控制。

  • 3.4可逆系统动态分析

    本节课介绍了可逆系统的动态分析,介绍了系统组成、控制方式、控制电路以及系统的控制过程。

  • 第四章基于动态模型的异步电动机调速系统

    矢量控制和直接转矩控制是两种基于动态模型的高性能的交流电动机调速系统。矢量控制系统通过矢量变换和按转子磁链定向,得到等效直流电动机模型,然后按照直流电动机模型设计控制系统;直接转矩控制系统利用转矩偏差和定子磁链幅值偏差的符号,根据当前定子磁链矢量所在的位置,直接选取合适的定子电压矢量,实施电磁转矩和定子磁链的控制。异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机,就可以模仿直流电动机进行控制。即先用控制器产生按转子磁链定向坐标系中的定子电流励磁分量和转矩分量给定值,经过逆矢量变换得到三相电流给定值,然后通过电流闭环控制,输出异步电动机调速所需的三相定子电流。

  • 4.1异步电动机动态数学模型

    本节课介绍了坐标变换的基本思路,交流电机的物理模型,两相—两相旋转变换直角坐标/极坐标变换(K/P变换)等。

  • 4.2坐标变换和坐标变换矩阵

    本节课介绍了在两相任意旋转坐标系(dq坐标系)上的数学模型,异步电机在αβ坐标系上的数学模型

  • 4.3三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型

    两相坐标系可以是静止的,也可以是旋转的其中以任意转速旋转的坐标系为最一般的情况,有了这种情况下的数学模型,要求出某一具体两相坐标系上的模型就比较容易了。

  • 4.4转子磁链定向矢量控制第一讲

    矢量控制系统的基本思路,按转子磁链定向的矢量控制方程及其解耦作用,转子磁链模型。

  • 4.5转子磁链定向矢量控制第二讲

    通过坐标变换和按转子磁链定向,可以得到等效的直流电动机模型,在按转子磁链定向坐标系中,用直流机的方法控制电磁转矩与磁链,然后将转子磁链定向坐标系中的控制量经逆变换得到三相坐标系的对应量,以实施控制。

  • 4.6转子磁链定向矢量控制第三讲

    转子磁链的直接检测相对困难,现在实用的系统中,多采用间接计算的方法,即利用容易测得的电压、电流或转速等信号,借助于转子磁链模型,实时计算磁链的幅值与空间位置。在计算模型中,由于主要实测信号的不同,又分电流模型和电压模型两种。

  • 开始学习
  • 第一章  作业测试
    第一章 可控制流电源-电动机系统

    1.1 相控整流器

    1.2 相控整流直流调速系统的机械特性及数学模型

    1.3 直流PWM变换器-电动机系统

    1.4 桥式可逆PWM变换器

    1.5 调速系统性能指标

    视频数5
  • 第二章  作业测试
    第二章 闭环控制的直流调速系统

    2.1 转速单闭环直流调速系统

    2.2 转速、电流双闭环直流调速系统

    2.3 转速、电流双闭环直流调速系统的数字实现

    2.4 调节器的设计方法

    视频数12
  • 第三章  作业测试
    第三章 可逆控制的的直流调速系统

    3.1 可逆系统的组成与结构

    3.2 可逆系统的四种状态

    3.3 环流问题

    3.4 可逆系统动态分析

    视频数4
  • 第四章  作业测试
    第四章 基于动态模型的异步电动机调速系统

    4.1 异步电动机动态数学模型

    4.2 坐标变换和坐标变换矩阵

    4.3 三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型

    4.4 转子磁链定向矢量控制第一讲

    4.5 转子磁链定向矢量控制第二讲

    4.6 转子磁链定向矢量控制第三讲

    视频数6
  • 期末考试