《运动控制》课程教学大纲
一、课程基本信息
课程编号：AS33116
课程名称：运动控制
英文名称：Motion Control
课程学时： 32 讲课学时：24 实验学时：8上机学时： 0 习题学时：0
课程学分：2学分
开课单位：航天学院空间控制与惯性技术研究中心
授课对象：控制理论与控制工程，导航制导与控制
开课学期：4秋
先修课程：自动控制原理；自动控制元件；数字控制
二、课程目标
《运动控制》课程是一门综合性强，理论与实践相结合，强调控制系统设计工程化的一门专业课。自动化专业的本科生，在学习完《自动控制原理》和《自动控制元件》等课程后，非常有必要通过《运动控制》这样一门理论和工程相衔接的课程来进一步加深对所学基础理论知识的理解。
本课程分为基于直流电机的运动控制系统、基于交流电机的运动控制系统和转台运动控制等三大部分，分别对采用直流电机或交流电机构建的运动控制系统的特点和常用工程化设计方法进行了讲解，以转台在此基础上以我校具有突出优势的转台研制为背景为学生具体讲解一类实际伺服运动控制系统。
通过学习，学生能够理解到实际的运动控制系统是需要控制理论、电机学、电力电子技术、微电子技术、信号检测与处理技术、计算机控制技术等作为支撑在自动控制理论指导下来构建的。
课程目标对学生的能力要求如下：
课程目标1. 了解和掌握运动控制系统的概念，能将自控原理与实际系统综合理解；
课程目标2. 熟悉和掌握基于直流电机、交流电机的调速系统的运行特性和主要分析方法，具备分析和解决工程实践中机电运动控制系统问题的能力；
课程目标3. 了解和掌握熟悉转台控制系统的基本设计方法和常见问题分析方法，得到实验方案设计和实验技能获得的基本训练，逐步培养分析和解决机电运动控制系统工程实际问题的能力；
三、课程目标与毕业要求对应关系（毕业要求具体描述按指标点分解条目列写，见附件）
毕业要求 | 毕业要求具体描述 | 课程目标 |
1. 工程知识 5. 使用现代工具 | 动控制原理、交直流电机驱动系统等方面的基础知识，将其用于运动控制工程问题的设计和分析。 运用科技文献检索工具，了解运动控制领域理论与技术的最新进展。 | 课程目标1 |
2. 问题分析 3. 设计/开发解决方案 | 入理解工程简化和近似的思想和原则，能运用适当的数学等价或简化实现对复杂工程问题进行的建模、求解，并获得有效结论。 统的需求分析方法，能针对特定需求分析完成运动控制系统的指标分解，并在设计中体现创新意识。 | 课程目标2 |
5. 使用现代工具 12.学习技能 | 用现存的计算机软、硬件技术及仿真软件，完成运动控制工程问题的仿真分析和实际调试。 养学生从海量信息中提取合适信息来充实自己的学习能力。 | 课程目标3 |
注：毕业要求参照附件（工程教育认证通用标准之毕业要求），从中选取课程目标支撑的毕业要求条目。
四、课程目标与课程内容对应关系
序号 | 教学内容 | 教学要求 | 学时 | 教学方式 | 对应课程 目标 |
1 | 前言与绪论，直流调速系统的基本原理和主要性能指标 |
| 2 | 授课 | 课程目标1 |
2 | 转速反馈的直流调速系统 |
| 2 | 授课 | 课程目标1 |
3 | 转速、电流双闭环的直流调速系统 |
| 2 | 授课 | 课程目标1 |
4 | 转速、电流双闭环直流调速系统的工程化设计与实现 |
| 2 | 授课 | 课程目标1 课程目标2 |
5 | 交流调速系统绪论和简单调速方法 |
| 2 | 授课 | 课程目标1 |
6 | 基于转差频率控制的交流调速系统及变频器 |
| 2 | 授课 | 课程目标1 |
7 | 异步电动机的动态建模 |
| 2 | 授课 | 课程目标1 |
8 | 矢量控制系统 |
| 2 | 授课 | 课程目标1 |
9 | 异步电机直接转矩控制 |
| 2 | 授课 | 课程目标1 |
10 | 绕线转子异步电机调速系统简介 |
| 2 | 授课 | 课程目标1 课程目标3 |
11 | 基于同步电机的调速系统 |
| 2 | 实验 | 课程目标1课程目标2 |
12 | 转台伺服控制系统设计 | 1. 了解转台运动控制系统的构成及常用设计方法； 2. 学习转台控制系统仿真和调试方法。 | 2 | 实验 | 课程目标1课程目标2 |
13 | 直流电动机的起动、调速和制动 |
| 3 | 授课 | 课程目标1 |
14 | 交流电动机运行特性和变频调速实验 |
| 3 | 授课 | 课程目标1 课程目标2 |
15 | 运动控制系统的仿真 | 采用SIMULINK建模，完成具体仿真过程，获得屏幕图形，最后形成报告。 | 仿真 | 课程目标3 |
五、课程教学方法
1. 课堂授课
1.1 采用启发式教学，通过提问和互动激发学生主动学习的兴趣，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力。比如电机和驱动环节的工程简化方法怎么能既使得系统不失真还能简化系统实现。
1.2 采用实际工程的图片和视频等多种辅助方式增强教学的直观性，提高课堂教学信息量，同时加深同学们的理解。
1.3 采用案例教学方式，通过一些实际问题的分析是同学们达到理论与工程实践相结合，学会应用自然科学和工程科学的基本原理，进行机理研究、仿真分析、实验验证等，进而培养同学们分析和解决本领域相关工程问题的思维方法和实践能力。比如可以将实际的各类转台系统介绍给同学们。
2、实验教学
实验教学是运动控制系统课程的重要组成部分之一，目的是通过实践环节培养学生们运用实验方法研究解决复杂工程问题的能力。要求学生必做，并按照实验指导书的要求独立分组完成。
最后，按照实验指导书要求完成各实验报告并提交。
3、仿真分析
让学生习惯MATLAB工具软件的使用。为此，在习题环节中将要求学生完成至少2个仿真题目，给出SIMULINK源代码和屏幕图形或者曲线并提交。
六、课程考核方法
考核环节 | 所占分值 | 考核与评价细则 | 对应课程目标 |
平时和作业 | 10 | （1）考核学生们平时上课的表现，对提问的回答等； （2）作业交4次，单独评分； （3）以上两项最后合计，给出成绩。 | 课程目标2 |
实验 | 20 | （1）按要求完成2个实验； （2）上交实验报告，由实验指导教师给出成绩。 | 课程目标3 |
大作业 （课程论文） | 10 | （1）按要求完成与运动控制系统相关的一个课程论文（题目自拟）； （2）上交论文，由教师给出成绩。 | 课程目标3 |
期末考试 | 60 | （1）卷面成绩60分； （2）考试命题以大纲中的应知应会内容为主，题型有填空、简答、简算、图解、分析和计算等，并保证逐年有所变化。 | 课程目标1 |
七、主要教材与参考书
阮毅，杨影，陈伯时. 电力拖动自动控制系统：运动控制系统（第5版）.机械工业出版社 2016
陈伯时. 电力拖动自动控制系统：运动控制系统（第3版）.机械工业出版社 2003
尔桂花. 运动控制系统. 清华大学出版社 2002
孔昌平. 电机学. 哈尔滨工业大学出版社. 1990
Jimmie J.Cathey. 电机原理与设计的MATLAB分析. 电子工业出版社. 2006
大纲撰写人： 游文虎 大纲审核人：曾鸣
附件：
毕业要求
（摘自工程教育认证通用标准）
专业必须有明确、公开的毕业要求，毕业要求应能支撑培养目标的达成。专业应通过评价证明毕业要求的达成。专业制定的毕业要求应完全覆盖以下内容：
1.工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。
2.问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。
3.设计/开发解决方案：能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。
4.研究：能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。
5.使用现代工具：能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。
6.工程与社会：能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。
7.环境和可持续发展：能够理解和评价针对复杂工程问题的专业工程实践对环境、社会可持续发展的影响。
8.职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。
9.个人和团队：能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。
10.沟通：能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。
11.项目管理：理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。
12.终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。
