课程名称：运动控制系统
英文名称：Motion Control Systems
课程编号：2403336
学时/学分：48学时/ 3学分
适用专业：自动化、电气工程及其自动化
一、课程的目的和任务
本课程的授课对象为自动化、电气工程及其自动化专业本科生，属自动化专业核心专业课之一。通过本课程的学习，使学生能综合运用自动控制原理、电力电子技术、模拟电子技术、数字电子技术、电路等知识分析交直流调速控制系统，掌握进行运动控制系统设计（综合）和分析的基本方法。通过课程实验掌握对实际调速系统进行测试和分析、操作和调试的基本方法、步骤和基本操作技能。
二、课程的基本要求和特点
通过本课程的学习，使学生了解直流调速系统和交流调速系统的基本结构、工作原理；理解调速系统调节器的工程设计方法，并能将其推广应用到其它自动控制系统中；掌握直流调速、交流调速的控制方式，能够对该领域的关键技术和发展趋势有总体把握，并达到独立分析、设计和调试电力拖动自动控制系统的能力，为毕业后从事自动化和电气工程相关专业的学习和研究奠定坚实的理论基础。
本课程的课堂教学采用电子课件讲授，辅以板书例题讲解。将电子课件的形象教学与适度的理论推导相结合。同时，针对典型知识点布置相应的作业，每周安排一次答疑。
三、本课程与其它课程的联系
本课程具有较强的系统性、工程性和综合性，要求学生具有坚实的电路原理、模拟电路、数字电路、自动控制原理、电力电子技术、以及单片机原理及应用等知识基础。
四、实验环节主要内容
实验一 晶闸管直流调速系统参数和基本环节特性测定
实验要求
（1）了解晶闸管直流调速系统实验装置的组成。
（2）熟悉直流调速系统的组成和基本结构。
（3）掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。
实验内容
（1）检查实验装置的有关单元。核对电源相位并检查和调整移相触发器，使其正常工作，测定其放大系数Ks。
（2）测定晶闸管直流调速系统主电路的总电阻R。
（3）测定晶闸管直流调速系统主电路的总电感L。
（4）测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Tl。
（5）测定直流电动机-直流发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD2。
（6）测定直流电动机电动势系数Ce和转矩系数Cm。
（7）测定晶闸管直流调速系统机电时间常数Tm。
（8）测定晶闸管触发和整流装置输入-输出特性Ud=f(U)。
（9）测定测速发电机特性UTG=f(n)。
实验二 带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统
实验要求
（1）了解转速单闭环直流调速系统的组成。
（2）掌握单闭环直流调速系统的调试方法和电流截止负反馈的整定。
（3）加深理解转速负反馈在系统中的作用。
（4）测定晶闸管-电动机调速系统的机械特性和转速单闭环调速系统的静特性。
实验内容
（1）检查实验装置的有关单元
1）检查和调整锯齿波触发器。
2）检查和调整运算放大器，整定其输出限幅值。
（2）测定和比较晶闸管-电动机系统的开环机械特性和转速单闭环调速系统的静特性。
1）测定两条开环机械特性，两条空载起始转速与开环机械特性相同的闭环静特性。
2）计算并比较机械特性和静特性的静差率s。
3）改变ASR的放大系数Kp，测定几条静特性，并比较它们静差率s的变化情况。
（3）整定电流截止负反馈的转折点，并检验电流负反馈效应。用慢扫描示波器观察和记录系统加入电流截止负反馈后，突加给定起动时电流Id和转速n的波形。
实验三 转速、电流双闭环直流调速系统
实验要求
（1）了解转速、电流双闭环直流调速系统的组成。
（2）掌握双闭环直流调速系统的调试步骤、方法和参数的整定。
（3）测定双闭环直流调速系统的静态和动态性能及其指标。
（4）了解调节器参数对系统动态性能的影响。
实验内容
（1）调整触发单元并确定其起始移相控制角，检查和调整ASR、ACR，整定其输出正负限幅值。
（2）测定电流反馈系数
（3）研究电流环和转速环的动态特性，将系统调整到可能的最佳状态，画出Id=f(t)和n=f(t)的波形，
并估算系统的动态性能指标（包括跟随性能和抗扰性能）。
（4）测定高低速时系统完整的静特性n=f(Id)（包括下垂段特性），并计算在一定调速范围内系统能
满足的静态精度。
实验四 双闭环三相异步电动机调压调速系统
实验要求
（1）了解并熟悉双闭环三相异步电动机调压调速系统的原理和组成。
（2）了解绕线型异步电动机在转子串电阻的情况下调节定子电压调速时的机械特性。
（3）通过测定系统的静特性和动态特性进一步理解交流调压系统中电流环和转速环的作用。
实验内容
（1）测定绕线型异步电动机转子串电阻时的机械特性。
（2）测定双闭环交流调压调速系统的静特性。
（3）测定双闭环交流调压调速系统的动态特性。
实验五 双闭环三相绕线型异步电动机串级调速系统
实验要求
（1）熟悉双闭环三相绕线型异步电动机串级调速系统的组成及工作原理。
（2）掌握串级调速系统的调试步骤和方法。
（3）了解串级调速系统的静态和动态特性。
实验内容
（1）控制单元及系统调试。
（2）测定开环串级调速系统的机械特性。
（3）测定双闭环串级调速系统的静特性。
（4）测定双闭环串级调速系统的动态特性。
五、实验学时分配
序号 | 课 程 内 容 | 实验学时 |
1 | 闭环控制的直流调速系统 | 12 |
2 | 转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法 | 8 |
实验课时合计 | 20 | |
六、考核方式
本课程的考核采用闭卷考试方式，成绩评定中平时成绩与考试成绩在总分中的比例为3：7。平时成绩综合考察学生平时表现，包括课堂考勤、课后作业和实验的完成情况。期末考试题型包括问答题、分析题和计算题等，考试范围以前二章为重点，兼顾第三章。
七、教材及参考书
教 材：
陈伯时．电力拖动自动控制系统-运动控制系统（第3版）．北京：机械工业出版社，2003.
参考书：
1.阮毅，陈维钧．运动控制系统．北京：清华大学出版社，2006.
2. 童福尧．电力拖动自动控制系统习题例题集．北京：机械工业出版社，2003.
执笔人：邓亮
审核人：王志萍
院（部）负责人：王志萍