《伺服控制應(yīng)用技術(shù)》教學(xué)大綱

《伺服控制應(yīng)用技術(shù)》教學(xué)大綱課程編號(hào)：13220422英文名稱：ServoControlTechnology學(xué)分：2學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)40學(xué)時(shí)，其中理論24學(xué)時(shí)，實(shí)踐16學(xué)時(shí)先修課程：自動(dòng)控制原理，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，電力電子技術(shù)課程類別：專業(yè)拓展課程授課對(duì)象：電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：機(jī)械與電氣工程學(xué)院修讀學(xué)期：第6學(xué)期一、課程描述和目標(biāo)本課程是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)拓展課程，結(jié)合離散控制系統(tǒng)原理、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、PLC應(yīng)用技術(shù)，以實(shí)際工程應(yīng)用為導(dǎo)向，介紹伺服控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的方法，以及運(yùn)用相關(guān)理論和方法來(lái)解決工業(yè)實(shí)踐和科學(xué)研究中遇到的實(shí)際問(wèn)題。目的是強(qiáng)化電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)既得知識(shí)，深化教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生能解決各種實(shí)際伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題，特別是隨動(dòng)控制、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制等方向的實(shí)際工程問(wèn)題的能力。本課程擬達(dá)到的課程目標(biāo):課程目標(biāo)1：掌握常用的伺服控制系統(tǒng)的分析方法，掌握伺服電機(jī)的原理、組成，以及基于可編程控制器的控制方法，熟悉伺服驅(qū)動(dòng)器的工作原理和設(shè)置方法，以及伺服控制系統(tǒng)的主電路和控制電路的接線方式。課程目標(biāo)2：，熟悉伺服控制系統(tǒng)的應(yīng)用與開發(fā)流程，熟悉伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，使學(xué)生能對(duì)一般伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)的能力，能夠解決伺服控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、改進(jìn)和算法設(shè)計(jì)等復(fù)雜工程問(wèn)題，并能夠借助文獻(xiàn)選擇替代的優(yōu)化方案。課程目標(biāo)3：能運(yùn)用伺服控制系統(tǒng)相關(guān)基本原理，借助文獻(xiàn)研究，分析伺服控制系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程中的影響因素，通過(guò)歸納總結(jié)，分析、選擇恰當(dāng)?shù)目刂颇Ｊ?、算法、設(shè)計(jì)方式和參數(shù)。二、課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)權(quán)重1.3能夠?qū)?fù)變函數(shù)與積分變換、最優(yōu)決策等相關(guān)知識(shí)和數(shù)學(xué)模型方法用于分析電氣工程相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)工程問(wèn)題；課程目標(biāo)1M4.4能夠運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析、電力系統(tǒng)分析或其他相關(guān)方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，合理解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論。課程目標(biāo)2H12.1緊跟電氣工程相關(guān)領(lǐng)域的新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)，認(rèn)識(shí)到自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的必要性。課程目標(biāo)3L（注：要求課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)應(yīng)是一一對(duì)應(yīng)支撐）三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配（一）理論教學(xué)（24學(xué)時(shí)）序號(hào)教學(xué)內(nèi)容基本要求及重、難點(diǎn)（含德育要求）學(xué)時(shí)教學(xué)方式對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1緒論伺服系統(tǒng)概念、作用和組成；基本要求和特點(diǎn)；分類基本要求：理解伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握伺服系統(tǒng)的基本要求和工作特點(diǎn)，掌握伺服系統(tǒng)的分類。重點(diǎn)難點(diǎn)：掌握伺服系統(tǒng)的基本要求和特點(diǎn)。難點(diǎn)是區(qū)分伺服控制和一般電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的異同。德育要求：歷史責(zé)任2集中講授文獻(xiàn)閱讀1、22伺服控制基礎(chǔ)電力電子器件的應(yīng)用；檢測(cè)元件的應(yīng)用基本要求：掌握半控型器件和全控型器件，理解GTO、GTR、SITH、MOSFET、PIC、IGBT、IGCT等器件的動(dòng)作特點(diǎn)；掌握速度檢測(cè)（測(cè)速發(fā)電機(jī)、光電測(cè)速和數(shù)字測(cè)速）、角度檢測(cè)（旋轉(zhuǎn)變壓器）和位置檢測(cè)（光柵）。重點(diǎn)難點(diǎn)：基本電子器件和檢測(cè)元件的工作原理。德育要求：工匠精神4集中講授課后作業(yè)1、23步進(jìn)電機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)工作原理和驅(qū)動(dòng)方法；控制模式；最佳點(diǎn)-位控制；控制程序設(shè)計(jì)基本要求：理解數(shù)控機(jī)床中常見的步進(jìn)電機(jī)的工作原理和驅(qū)動(dòng)方式；掌握直步進(jìn)電機(jī)開環(huán)和閉環(huán)控制模式；掌握步進(jìn)電機(jī)最佳點(diǎn)-位控制方法；掌握步進(jìn)電機(jī)控制程序的設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)難點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法、控制模式和程序設(shè)計(jì)方法。德育要求：實(shí)踐創(chuàng)新2集中講授課堂演示1、2、34直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)直流伺服電機(jī)工作原理、單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)CAD基本要求：掌握直流電機(jī)工作原理；轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)分析；轉(zhuǎn)速（ASR）電流（ACR）雙閉環(huán)系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)；掌握直流PWM控制方式；了解伺服控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)難點(diǎn)：雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，直流電機(jī)PWM控制方式。德育要求：探索創(chuàng)新6集中講授課后作業(yè)1、2、35三相永磁同步伺服電機(jī)的控制三相永磁同步伺服電機(jī)及其數(shù)學(xué)模型，控制策略，速度反饋信號(hào)的檢測(cè)和處理，轉(zhuǎn)子初始位置的檢測(cè)，電子齒輪比基本要求：掌握三相永磁同步伺服電機(jī)工作機(jī)理和數(shù)學(xué)模型；掌握其控制策略；掌握速度反饋信號(hào)的檢測(cè)和處理方式；了解轉(zhuǎn)子初始位置的檢測(cè)方法；掌握電子齒輪比的設(shè)置方法。重點(diǎn)難點(diǎn)：三相永磁同步伺服電機(jī)的控制策略，速度反饋信號(hào)處理和電子齒輪比設(shè)置。德育要求：團(tuán)結(jié)協(xié)作6集中講授課后作業(yè)1、2、36進(jìn)給伺服系統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的特性分析，脈沖比較、相位比較、幅值比較和數(shù)據(jù)采樣式進(jìn)給伺服系統(tǒng)基本要求：掌握進(jìn)給伺服系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性分析方法；理解脈沖比較型、相位比較型、幅值比較型和數(shù)據(jù)采樣式進(jìn)給伺服系統(tǒng)的工作原理和特點(diǎn)；了解交直流伺服電機(jī)的微機(jī)位置閉環(huán)控制。重點(diǎn)難點(diǎn)：脈沖比較、幅值比較、相位比較和數(shù)據(jù)采樣式伺服系統(tǒng)的區(qū)別和動(dòng)作特點(diǎn)。德育要求：服務(wù)社會(huì)4集中講授課后作業(yè)1、2、3合計(jì)24（二）課程實(shí)驗(yàn)（16學(xué)時(shí)）序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求學(xué)時(shí)類型對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：以兩相混合式步進(jìn)電機(jī)為控制對(duì)象，結(jié)合H橋步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（帶細(xì)分和供電電流選擇）和專用的定位模塊（FX-20GM），設(shè)計(jì)控制程序（T形圖），完成定位模塊與PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和定位控制功能。實(shí)驗(yàn)要求：熟練掌握PLC與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、定位模塊接線及操作，熟練掌握程序設(shè)計(jì)。4設(shè)計(jì)1,2,32直流伺服電機(jī)的單閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：以直流伺服電機(jī)為控制對(duì)象，結(jié)合H橋驅(qū)動(dòng)器和PWM控制模式，設(shè)計(jì)單閉環(huán)控制程序（T形圖），完成PLC對(duì)直流電機(jī)的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速功能。實(shí)驗(yàn)要求：熟練掌握PLC與H橋的接線及操作，熟練掌握閉環(huán)程序設(shè)計(jì)。4設(shè)計(jì)1,2,33三相永磁同步伺服電機(jī)的控制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：以三相永磁同步伺服電機(jī)為控制對(duì)象，結(jié)合專用的定位模塊，設(shè)計(jì)控制程序（T形圖），完成定位模塊與PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)三相永磁同步伺服電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、原點(diǎn)返回、定位、速度控制等功能。實(shí)驗(yàn)要求：熟練掌握PLC與定位模塊及三相永磁同步伺服電機(jī)的接線及操作，熟練掌握程序設(shè)計(jì)。8設(shè)計(jì)1,2,3合計(jì)16四、課程教學(xué)方法（1）理論學(xué)習(xí)以集中授課的形式為主，線上與線下的課外討論為輔；（2）課程實(shí)驗(yàn)以集中講解、上機(jī)操作的形式開展，通過(guò)實(shí)驗(yàn)效果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)價(jià)；（3）綜合項(xiàng)目以小組形式開展，課外分組完成，采用集中展示、答辯的方式評(píng)價(jià)。五、學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)和課程考核（一）考核方式及具體要求序號(hào)教學(xué)環(huán)節(jié)課程目標(biāo)1（分值）課程目標(biāo)2（分值）課程目標(biāo)3（分值）合計(jì)1平時(shí)作業(yè)1050152課程實(shí)驗(yàn)5105203綜合項(xiàng)目555154期末考試25151050課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)分值453520100（二）考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)1.平時(shí)成績(jī)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測(cè)點(diǎn)90-100分70-89分60-69分0-59分作業(yè)按時(shí)完成，90%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，針對(duì)伺服控制系統(tǒng)的建模、分析、計(jì)算和解答正確，掌握基本知識(shí)點(diǎn)，理解充分。按時(shí)完成，70%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，針對(duì)伺服控制系統(tǒng)的建模、分析、計(jì)算和解答基本正確，掌握基本知識(shí)點(diǎn)，理解到位。延時(shí)完成，60%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，針對(duì)伺服控制系統(tǒng)的建模、分析、計(jì)算和解答有誤，了解基本知識(shí)點(diǎn)，認(rèn)識(shí)到位。不交或補(bǔ)交，60%以下的作業(yè)內(nèi)容齊全，針對(duì)伺服控制系統(tǒng)的建模、分析、計(jì)算和解答錯(cuò)誤較多，不了解基本知識(shí)點(diǎn)，認(rèn)識(shí)有偏差。2.課程實(shí)驗(yàn)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測(cè)點(diǎn)90-100分70-89分60-69分0-59分實(shí)驗(yàn)效果無(wú)遲到早退，實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用及數(shù)據(jù)記錄規(guī)范，能采用多種合適的模型和程序完成實(shí)驗(yàn)，能評(píng)價(jià)、鑒賞實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性及合理性。無(wú)遲到早退，實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用及數(shù)據(jù)記錄比較規(guī)范，能采用合適的模型和程序完成實(shí)驗(yàn)，能分析、判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性及合理性。無(wú)遲到早退，實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用及數(shù)據(jù)記錄基本規(guī)范，能采用可用的模型和程序完成實(shí)驗(yàn)，能認(rèn)識(shí)、界定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性及合理性。遲到、不到或早退，實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用及數(shù)據(jù)記錄不規(guī)范，所采用的模型和程序不能完成預(yù)定目標(biāo)或存在抄襲，不能判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性及合理性。實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式規(guī)范，符合課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫作要求；內(nèi)容主題明確，有明確的針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和討論。格式符合課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫作要求；內(nèi)容主題明確，具有較好的針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和討論。格式符合課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫作要求；內(nèi)容主題基本明確，具有針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和討論。論文格式不符合課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫作要求，報(bào)告結(jié)構(gòu)不完整，分析和論證不清晰。3.綜合項(xiàng)目考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測(cè)點(diǎn)90-100分70-89分60-69分0-59分現(xiàn)場(chǎng)演示能夠拓展理論知識(shí)評(píng)價(jià)、解決課程領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)問(wèn)題。匯報(bào)時(shí)能清楚表述系統(tǒng)原理，回答問(wèn)題正確。能夠應(yīng)用理論知識(shí)分析、評(píng)價(jià)課程領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)問(wèn)題。匯報(bào)時(shí)能較清楚表述系統(tǒng)原理，回答問(wèn)題正確。能夠利用理論知識(shí)描述、解釋課程領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)問(wèn)題。匯報(bào)時(shí)能表述系統(tǒng)原理，大部分問(wèn)題回答正確。能夠根據(jù)理論知識(shí)認(rèn)識(shí)、復(fù)述課程領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)問(wèn)題。匯報(bào)時(shí)能表述部分系統(tǒng)原理，能回答部分問(wèn)題。項(xiàng)目報(bào)告比較、選取合適的系統(tǒng)建模和分析方法并根據(jù)實(shí)際問(wèn)題加以改進(jìn)、優(yōu)化。格式規(guī)范，符合寫作要求，主題明確，有明確的綜合分析論點(diǎn)。參考文獻(xiàn)充分、正文引用恰當(dāng)，文獻(xiàn)引文格式符合文獻(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)摘錄摘抄痕跡，能恰當(dāng)運(yùn)用自己的語(yǔ)言組織素材，論點(diǎn)正確。比較、選取合適的系統(tǒng)建模和分析方法應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題。格式符合寫作要求，主題明確，具較好的綜合分析論點(diǎn)。參考文獻(xiàn)充分、正文能夠較好對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行引用。正文主題大部分運(yùn)用自己的語(yǔ)言組織素材，論點(diǎn)正確。采用可行的系統(tǒng)建模和分析方法應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題。格式符合課程論文寫作要求，主題基本明確，具較好的綜合分析論點(diǎn)。文獻(xiàn)引文格式基本規(guī)范。正文有部分摘抄，論點(diǎn)分析比較清晰。采用的系統(tǒng)建模和分析方法不適用或抄襲他人成果。論文格式不符合要求，論文結(jié)構(gòu)不完整，論點(diǎn)分析不清晰。參考文獻(xiàn)少，正文沒(méi)有引用。格式不完全符合科技論文文獻(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。4.期末試卷考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)課程目標(biāo)及教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)期末考核試題，綜合檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課程相關(guān)知識(shí)的掌握、綜合應(yīng)用及解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，根據(jù)考試題目設(shè)計(jì)相應(yīng)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。注：(1)考勤不加分，但曠課1次扣平時(shí)分1分，扣滿5分為止；(2)期末總成績(jī)低于50分者，其總評(píng)成績(jī)?yōu)椴患案瘛Ａ?、教?/p>