《現(xiàn)代電機控制技術(shù)》教學(xué)大綱

《現(xiàn)代電機控制技術(shù)》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：05153051課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：2學(xué)分學(xué)時：32學(xué)時（理論32學(xué)時）先修課程：電機學(xué)、自動控制原理、電力拖動自動控制系統(tǒng)、Matlab與電力拖動控制仿真等后續(xù)課程：生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等適用專業(yè)：電氣工程及其自動化開課單位：電氣工程與自動化學(xué)院一、課程說明《電機現(xiàn)代控制技術(shù)》是電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)選修課，是電機控制類課程的延伸和深入，是一門基礎(chǔ)知識綜合應(yīng)用能力要求較高且專業(yè)性強的專業(yè)方向課程。本課程目的在于開拓學(xué)生的視野，培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合應(yīng)用基礎(chǔ)知識以及學(xué)習(xí)、掌握新理論和新技術(shù)的能力。交流感應(yīng)電機和永磁同步電機的矢量控制是目前電氣傳動領(lǐng)域電機控制技術(shù)的核心關(guān)鍵技術(shù)，也是從事與電機控制相關(guān)課題研究必不可少的現(xiàn)代控制技術(shù)。通過這門課程的學(xué)習(xí)，要使學(xué)生較為全面、系統(tǒng)、深入的掌握交流感應(yīng)電機和永磁同步電機矢量控制技術(shù)的基本理論和實現(xiàn)方法；要培養(yǎng)學(xué)生對知識的系統(tǒng)理解和綜合應(yīng)用能力；同時還要讓學(xué)生知道矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制等技術(shù)仍在不斷完善和發(fā)展；要注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：使學(xué)生能夠正確了解電機矢量控制的基本理論和實現(xiàn)方法，掌握矢量控制系統(tǒng)設(shè)置、調(diào)試和使用，學(xué)生能夠更加系統(tǒng)、深入的了解矢量控制技術(shù)的本質(zhì)、核心關(guān)鍵技術(shù)和實現(xiàn)方案分析，為將來從事電機矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)打下堅實的理論基礎(chǔ)。課程目標(biāo)2：掌握電磁轉(zhuǎn)矩的生成和控制方法，理解直流、交流電機的電磁轉(zhuǎn)矩生成機理及電磁轉(zhuǎn)矩數(shù)學(xué)模型。掌握電磁轉(zhuǎn)矩的矢量表達式以及電磁轉(zhuǎn)矩的矢量控制基本原理，建立空間矢量和矢量控制的基本概念。構(gòu)建基于轉(zhuǎn)子磁場定向的三相永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)，了解基于定子磁場定向的三相永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)及簡單仿真分析方法。課程目標(biāo)3：使學(xué)生初步具有綜合運用電機現(xiàn)代控制技術(shù)的理論知識和分析手段對三相交流感應(yīng)電機和永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的共性技術(shù)、特殊問題等進行建模、分析和求解的能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程倫理素養(yǎng)。同時，講解中國電機控制的發(fā)展歷程，使學(xué)生增強民族自豪，提高愛國熱情。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《現(xiàn)代電機控制技術(shù)》課程教學(xué)目標(biāo)對電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)支撐強度1.工程知識1.4能夠?qū)㈦姎夤こ碳捌渥詣踊瘜I(yè)知識用于復(fù)雜電氣工程問題解決方案的比較與優(yōu)化。課程目標(biāo)1：使學(xué)生能夠正確了解電機矢量控制的基本理論和實現(xiàn)方法，掌握矢量控制系統(tǒng)設(shè)置、調(diào)試和使用，學(xué)生能夠更加系統(tǒng)、深入的了解矢量控制技術(shù)的本質(zhì)、核心關(guān)鍵技術(shù)和實現(xiàn)方案分析。H2.問題分析2.2能夠運用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，分析并表達復(fù)雜電氣工程問題的特性，獲得多種解決方案。課程目標(biāo)2：掌握電磁轉(zhuǎn)矩的生成和控制方法，理解直流、交流電機的電磁轉(zhuǎn)矩生成機理及電磁轉(zhuǎn)矩數(shù)學(xué)模型。掌握電磁轉(zhuǎn)矩的矢量表達式以及電磁轉(zhuǎn)矩的矢量控制基本原理，建立空間矢量和矢量控制的基本概念。構(gòu)建基于轉(zhuǎn)子磁場定向的三相永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)，了解基于定子磁場定向的三相永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)及簡單仿真分析方法。M3.設(shè)計/開發(fā)解決方案3.1能夠掌握工程設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)全周期、全流程的基本方法和技術(shù)，了解影響設(shè)計目標(biāo)和技術(shù)方案的各種因素。課程目標(biāo)3：使學(xué)生初步具有綜合運用電機現(xiàn)代控制技術(shù)的理論知識和分析手段對三相交流感應(yīng)電機和永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的共性技術(shù)、特殊問題等進行建模、分析和求解的能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程倫理素養(yǎng)。同時，講解中國電機控制的發(fā)展歷程，使學(xué)生增強民族自豪，提高愛國熱情。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點難點理論學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.電磁轉(zhuǎn)矩與空間矢量1.1電磁轉(zhuǎn)矩1.2直流、交流電機的電磁轉(zhuǎn)矩1.3空間矢量1.4矢量控制教學(xué)要求：使學(xué)生掌握磁場與能量、機電能量轉(zhuǎn)換、電磁轉(zhuǎn)矩的生成、電磁轉(zhuǎn)矩的控制；直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩、三相同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩、三相感應(yīng)電機的電磁轉(zhuǎn)矩；定轉(zhuǎn)子的磁動勢矢量、電流矢量、電壓矢量及磁鏈?zhǔn)噶?；電磁轉(zhuǎn)矩的矢量表達式、電磁轉(zhuǎn)矩的矢量控制。重點：磁場與能量、機電能量轉(zhuǎn)換、電磁轉(zhuǎn)矩的生成、電磁轉(zhuǎn)矩的控制；直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩、三相同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩、三相感應(yīng)電機的電磁轉(zhuǎn)矩。難點：電磁轉(zhuǎn)矩的矢量表達式、電磁轉(zhuǎn)矩的矢量控制。81、2、32.三相永磁同步電動機矢量控制2.1基于轉(zhuǎn)子磁場定向矢量方程2.2基于轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制及控制系統(tǒng)2.3弱磁控制與定子電流最優(yōu)控制2.4定子磁場定向矢量控制2.5諧波轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速波動2.6矢量控制系統(tǒng)仿真實例教學(xué)要求：使學(xué)生了解轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及物理模型、面裝式三相永磁同步電動機矢量方程、插入式三相永磁同步電動機矢量方程；面裝式三相永磁同步電動機矢量控制及控制系統(tǒng)、插入式三相永磁同步電動機矢量控制及控制系統(tǒng)；了解弱磁控制、定子電流最優(yōu)控制；矢量控制方程、矢量控制系統(tǒng)；諧波轉(zhuǎn)矩、諧波轉(zhuǎn)矩削弱方法。重點：面裝式三相永磁同步電動機矢量方程、插入式三相永磁同步電動機矢量方程。難點：弱磁控制、定子電流最優(yōu)控制；矢量控制方程、矢量控制系統(tǒng)；諧波轉(zhuǎn)矩、諧波轉(zhuǎn)矩削弱方法。121、2、33.三相感應(yīng)電動機的矢量控制3.1基于轉(zhuǎn)子磁場的轉(zhuǎn)矩控制3.2空間矢量方程3.3基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制系統(tǒng)3.4基于轉(zhuǎn)子磁場的矢量控制系統(tǒng)中的幾個技術(shù)問題3.5基于轉(zhuǎn)子磁場的矢量控制系統(tǒng)仿真實例3.6基于氣隙磁場定向的矢量控制系統(tǒng)3.7基于定子磁場定向的矢量控制系統(tǒng)教學(xué)要求：使學(xué)生掌握轉(zhuǎn)矩控制穩(wěn)態(tài)分析、轉(zhuǎn)矩控制動態(tài)分析；ABC軸系矢量方程、坐標(biāo)變換和矢量變換、任意同步旋轉(zhuǎn)MT軸系矢量方程、轉(zhuǎn)子磁場定向MT軸系矢量方程；直接磁場定向、間接磁場定向、由電壓源逆變器饋電的控制系統(tǒng)、由電流可控電壓源逆變器饋電的控制系統(tǒng)；了解電動機參數(shù)變化對磁場定向和系統(tǒng)性能的影響、磁路飽和對磁場定向和系統(tǒng)性能的影響；基于氣隙磁場的轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制方程、矢量控制系統(tǒng)；基于定子磁場的轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制方程。重點：轉(zhuǎn)矩控制穩(wěn)態(tài)分析、轉(zhuǎn)矩控制動態(tài)分析；ABC軸系矢量方程、坐標(biāo)變換和矢量變換、任意同步旋轉(zhuǎn)MT軸系矢量方程、轉(zhuǎn)子磁場定向MT軸系矢量方程；直接磁場定向、間接磁場定向、由電壓源逆變器饋電的控制系統(tǒng)、由電流可控電壓源逆變器饋電的控制系統(tǒng)。難點：電動機參數(shù)變化對磁場定向和系統(tǒng)性能的影響、磁路飽和對磁場定向和系統(tǒng)性能的影響；基于氣隙磁場的轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制方程、矢量控制系統(tǒng)。121、2、3合計32五、教學(xué)方法及手段本課程重點講授支撐交流電機現(xiàn)代控制的矢量控制技術(shù)。課程講授堅持以矢量控制為主線，從感應(yīng)電動機和永磁類電動機兩大方面，分別講授三相感應(yīng)電動機、三相永磁同步電動機矢量控制原理、方程和系統(tǒng)。使學(xué)生掌握矢量控制基本原理，系統(tǒng)構(gòu)成和矢量控制及直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，注重簡要介紹矢量控制技術(shù)目前重點研究方向。本課程以課堂教學(xué)為主，結(jié)合作業(yè)、自學(xué)、討論和文獻檢索閱等教學(xué)手段和形式完成課程教學(xué)任務(wù)。注重對學(xué)生學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)。在傳授知識的同時，擔(dān)負改變學(xué)生傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方法的責(zé)任，力求教會學(xué)生如何以工程的觀點學(xué)習(xí)專業(yè)課程。教師不但教給學(xué)生知識，更重要的是教給學(xué)生如何將所學(xué)到的知識進行系統(tǒng)分析和靈活應(yīng)用。應(yīng)盡量教會學(xué)生怎樣理解問題，避免死記硬背，提高分析和解決問題的能力。六、課程資源1.推薦教材：（1）王成元.現(xiàn)代電機控制技術(shù)(第二版)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2014.2.參考書：（1）陳伯時,陳敏遜.交流調(diào)速系統(tǒng)(第三版)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2013.（2）王志新.電機控制技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011.（3）高晗瓔.電機控制[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2018.（4）袁雷,胡冰新,魏克銀,陳姝.現(xiàn)代永磁同步電機控制原理及MATLAB仿真[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2016.3.期刊：（1）中國電機工程學(xué)報,中國電機工程學(xué)會主辦（2）電機與控制學(xué)報,哈爾濱理工大學(xué)主辦（3）電機與控制應(yīng)用,上海電器科學(xué)研究所(集團)有限公司主辦4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）電機控制算法./p/511983187（2）永磁同步電機矢量控制./sy243772901/article/details/106208334/（3）一文看懂PMSM電機控制原理./download/ysfreecity/12571074七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表3。表3課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)20（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進行考核，滿分100分；（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?510作業(yè)20（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績；（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?510期末考核60（1）大作業(yè)滿分100分，以最終成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績；（2）通過擬訂大作業(yè)題目，涵蓋課程教學(xué)內(nèi)容，主要考核學(xué)生利用所學(xué)的現(xiàn)代電機控制知識分析解決實際問題的能力。√√√202020合計：100分303040八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、作業(yè)、期末考核（大作業(yè)）等方式對學(xué)生進行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┛己耍ù笞鳂I(yè)）成績和過程性考核成績組成。其中：期末考核（大作業(yè)）成績?yōu)?00分（權(quán)重60%）；課堂表現(xiàn)、作業(yè)等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過程性考核和期末考核（大作業(yè)）分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表4。表4過程性考核方式評價標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8