六、考核类型、考核方式与成绩评定
㈠ 考核类型：考试。
㈡ 考核方式与成绩评定：
1 考核方式：期末考试（闭卷）成绩与平时成绩。
2 课程考核的成绩评定：以百分制计分，最终成绩的构成为考试成绩占（30%）、平时成绩占（70%）。
3 期末考试命题要求：命题要有一定的题量以及知识点覆盖面，并要体现重点；试题的难度要求及其比例为:识记占10%、理解占40%、掌握与应用占30%，分析与综合占20%。根据本课程的特点，建议命题采用填空题、选择题、简答题、计算及分析题等题型。
伺服驱动与电器控制》课程教学大纲

英文名称: Servo drive and electric control
课程编码：112304
课内教学时数：24学时
学分：1.5学分
适用专业：机械设计制造及其自动化
开课单位：机电信息系
撰写人：张翠红
审核人：李东文
修订时间：2016年9月

一、课程的性质和任务
本课程是机械制造及其自动化专业的专业必修课之一，主要讲授机床电器控制电路的分析和设计，使学生掌握机床电气控制线路设计和分析的基本知识，同时又具有扩大学生专业知识面、使学生了解机床电器自动化技术发展现状和发展趋势的作用。
二、课程教学内容的基本要求、重点和难点
学完本课程后要求学生应达到以下要求：
1 掌握机床电器线路的分析方法。
2 具备根据要求设计基本机床电器线路的能力。
3 掌握运动方程，能够计算等效转动惯量。
4 熟悉交直流电动机的机械特性。
5 具备根据要求用可编程控制器设计机床电器控制电路的能力。
6 了解本学科发展现状和趋势。

绪言

㈠ 基本要求 了解伺服控制的概念；理解伺服系统的组成；了解控制方法的种类和优点、缺点。
㈡ 教学重点 常用控制系统的特点。
㈢ 教学难点 控制系统的发展及控制理论。
㈣ 教学内容
1 控制系统的重要性
2 控制系统的组成
3 控制系统的控制原理及特点

第一单元 直流电机

㈠ 基本要求 掌握电磁感应定律和电磁力定律的内容；掌握直流电机的基本结构；掌握直流发电机、直流电动机的工作原理；熟悉直流电机中换向器、电刷的作用了解直流电机的名牌参数、额定值及主要产品系列；掌握直流电动机中电磁转矩、电枢电动势的含义；掌握他励直流电动机三个基本方程式的内容 ；掌握他励直流电动机机械平衡方程式的内容及作用；掌握他励直流电动机人为机械特性曲线的获得方法和特点；掌握他励直流电动机的起动要求、起动方法及其性能；掌握他励直流电动机反转的两种方法；掌握能耗制动、电枢反接制动的方法及制动原理 ；了解倒拉反接制动、发电回馈制动的方法 ；掌握降低电压速的物理过程及其特点 ；熟悉改变电枢电路串联电阻调速的过程及其特点；熟悉减弱磁通调速的过程及其特点；
㈡ 教学重点 直流发电机和电动机的工作原理；他励直流电动机的运行原理及机械特性分析 ；他励直流电动机的起动与反转分析；他励直流电动机的制动分析 ；他励直流电动机的调速分析。
㈢ 教学难点 他励直流电动机的机械特性分析；他励直流电动机的起动、制动和调速分析。
㈣ 教学内容
1 直流电机的基本原理与结构
2 直流电动机的电磁转矩和电枢电动势
3 他励直流电动机的运行原理与机械特性
4 他励直流电动机的起动和反转
5 他励直流电动机的制动
6 他励直流电动机的调速

第二单元 变压器

㈠ 基本要求 掌握变压器的基本工作原理、结构、用途分类；掌握电力变压器的基本结构、额定值及主要系列；理解变压器空载运行时的电动势平衡议程式和电压比；理解变压器负载运行时的基本方程式；掌握变压器的变电压、变电流、变阻抗作用；掌握变压器的运行特性和效率特性；熟悉变压器的磁路和电路系统；掌握变三相压器的绕组的联结法及联结组别的定义和表示方法；掌握三相变压器并联运行的概念及条件；掌握自耦变压器的工作原理及其特点；掌握电压互感器和电流互感器的作用、工作原理及使用时的注意事项。
㈡ 教学重点 变压器负载运行时的基本方程式；变压器的变电压、变电流、变阻抗作用；三相变压器的联结法和联结组分析；自耦变压器的工作原理及其特点。
㈢ 教学难点 单向变压器的负载运行分析；三相变压器的联结法和联结组分析。
㈣ 教学内容
变压器的基本工作原理和结构
单相变压器的空载、负载运行
三相变压器
其它用途的变压器

第三单元 三相异步电机

㈠ 基本要求 掌握三相异步电动机的基本工作原理、结构分类；掌握三相异步电动机的转差率S；掌握改变转子旋转方向的方法；了解三相异步电动机的铭牌、额定值和主要系列；掌握空载运行时的电压平衡方程式；理解转子各物理量与S的关系；掌握负载运行时的基本方程式；熟悉异步电动机的各种工作特性的物理意义；掌握电磁转矩的物理表达式、参数表达式及实用表达式；掌握三相异步电动机的机械特性曲线、特点和特殊点；掌握人为机械特性曲线、特点；熟悉单轴电力拖动系统运动方程式及方程式中各转矩正方向的确定；熟悉电力拖动系统的负载与负载转矩特；掌握三相笼型电动机的各种起动方法及其优缺点；掌握三相绕线转子型异步电动机的起动方法；掌握反接制动、能耗制动的方法及制动原理；了解倒拉反接制动、回馈制动的方法及制动过程；掌握三相异步电动机的三种调速方法及其优缺点；了解单相异步电动机的结构特点及工作原理；掌握单相异步电动机的起动方法及调速方法。
㈡ 教学重点 三相异步电动机的结构和工作原理；三相异步电动机的负载运行分析；三相异步电动机的电磁转矩特性与机械特性分析；电力拖动系统的负载与负载负载矩特性分析；三相异步电动机的起动；三相异步电动机的制动；三相异步电动机的调速。
㈢ 教学难点 三相异步电动机的旋转磁场及转子转动的原理分析；三相异步电动机的电磁转矩特性与机械特性的分析；三相绕线转子异步电动机转子串电阻与串接频敏变阻器起动的分析；三相异步电动机反接制动和能耗制动的分析；三相异步电动机的调速分析。
㈣ 教学内容
三相异步电动机的结构和工作原理
三相异步电动机的空载运行
三相异步电动机的负载运行
三相异步电动机的工作特性
三相异步电动机的电磁转矩特性
三相异步电动机的机械特性
电力拖动基本知识
三相异步电动机的起动
三相异步电动机的制动
三相异步电动机的调速
单相异步电动机
第四单元 特种电机

㈠ 基本要求 了解控制电机的定义、功用及与普通电机的区别；熟悉直流伺服电动机的结构、控制原理及用途；熟悉交流伺服电动机的结构、工作原理及消除“自转”的方法；熟悉交流伺服电动机的控制方式；熟悉交流伺服电动机测温仪表中的应用；熟悉直流测速发电机的测速原理及输出特性；熟悉交流测速发电机的测速原理及实际输出特性；了解直流测速发电机在恒速控制系统中的应用；了解三相反应式步进电动机的结构；了解单三拍控制电动机的工作原理；了解六拍和双三拍控制方式的内容；了解步距角的定义；了解步进电机在线切割机床中的应用。
㈡ 教学重点 伺服电动机的工作原理；测速发电机的工作原理。
㈢ 教学难点 交流伺服电动机自转现象的消除。
㈣ 教学内容
1 控制电机概述
2 伺服电动机
3 测速发电机
4 步进电动机

第五单元 常用低压电器

㈠ 基本要求 熟悉常用低压电器的分类方法；了解常用低压电器的应用；了解常用低压电器额定工作制与正常工作条件；熟悉电磁机构的结构形式、工作特性及输入输出特性；熟悉触头系统的的接触形式、工作特性及输入输出特性；熟悉电弧的产生和常用的灭弧方法；掌握交流、直流接触器、切换电容接触器的结构、工作原理、用途和使用方法、型号及主要产品系列；熟悉过电压、欠电压、过电流、欠电流继电器及中间继电器的基本结构、工作原理、特性、主要技术参数用途、型号含义、使用方法和主要产品系列；了解电磁式、空气阻尼式、电动机式与电子式时间继电器的结构、工作原理、使用方法及典型产品；掌握热继电器的结构、工作原理、功能、使用方法及典型产品；了解温度继电器和速度继电器的结构、工作原理和功用；掌握刀开关、组合开关、负荷开关的用途、型号含义及选用方法；掌握低压断路器的结构、工作原理、保护特性、型号含义、典型产品及选用方法；熟悉模数化小型断路器的结构、用途、功能、及典型产品。
㈡ 教学重点 电磁机构的结构形式、工作特性及输入输出特性；交流、直流接触器的结构工作原理用途和使用方法；电磁式电压、电流继电器和时间继电器的工作原理和保护特性；热继电器的结构、工作原理和功用；低压断路器的结构、工作原理和保护特性。
㈢ 教学难点 电磁机构的结构形式、工作特性及输入输出特性。
㈣ 教学内容
概述
常用低压电器的基本问题
电磁式接触器
电磁式电压、电流继电器
时间继电器
热继电器
温度继电器与速度继电器
熔断器掌握熔断器的掌握
刀开关与低压断路器
主令电器

第六单元 继电器-接触器控制电路基本环节

㈠ 基本要求 熟悉了解用最新国家标准来表示的常用电气图形符号、文字符号和接线端标记；能看懂一般的电气原理图、电器元件布置图和电气安装接线图；掌握绘制电气原理图、元器件布置图及电气安装接线图的基本原则；掌握自锁与互锁控制方法；掌握点动与连续运转的控制和多地联锁控制；掌握顺序联锁控制和自动循环控制；掌握星形—三角形减压起动控制电路和自耦变压器起动控制电路；掌握三相绕线转子电动机转子回路串电阻、串接频敏变阻器起动控制电路；掌握电流反接制动控制电路；掌握能耗制动控制电路；了解机械制动控制电路；熟悉三相笼型异步电动机变极调速控制；掌握直流电动机单向旋转起动电路；掌握直流电动机可逆运转起动电路；掌握直流电动机单向旋转串电阻起动、能耗制动电路；掌握直流电动机可逆旋转反接制动电路；掌握直流电动机调速控制电路；掌握电动机的各种保护方法。
㈡ 教学重点 绘制电气原理图的基本原则及接触器、继电器等触头位置的检索；自锁与互锁、顺序联锁控制及自动循环控制电路；星形—三角形、自耦变压器起动控制电路；三相绕线转子电动机转子回路串电阻、串接频敏变阻器起动控制电路；电动机单向运行反接制动控制电路；电动机能耗控制电路；双速异步电动机的控制电路；直流电动机调速控制。
㈢ 教学难点 自锁、机械互锁与电气互锁、双重互锁电路；由时间继电器、速度继电器控制的顺序起动联锁控制电路；自动循环控制电路；三相异步电动机可逆运行反接制动控制电路；直流电动机可逆旋转反接制动电路。
㈣ 教学内容
1 电气控制系统图
2 电气控制电路基本控制规律
3 三相异步电动机的起动控制
4 三相异步电动机的制动控制
5 三相异步电动机的调速控制
6 直流电动机的电气控制
7 电动机的保护


第七单元 典型设备的电气控制

㈠ 基本要求 了解电气控制设计的基本内容及设计原则；熟悉电力拖动方案及电动机的选择方法；掌握电气控制电路设计的一般要求；熟悉分析设计法的基本方法；掌握接触器、继电器、热继电器、时间继电器、熔断器、刀开关、低压断路器、控 制变压器、主令电器等常用电器的选择方法；了解电气施工设计的内容及方法；了解电气控制柜内外的配线施工方法及导线截面积的选用方法。
㈡ 教学重点 控制电路设计的一般要求；分析设计法的基本方法；常用低压电器的选用方法；导线截面积的选用。
㈢ 教学难点 常用低压电器的选用方法。
㈣ 教学内容
电气控制设计的原则和内容
电力拖动方案的确定和电动机的选择
电气控制电路设计的一般要求
电气控制电路设计的方法与步骤
常用控制电器的选择
电气控制的施工设计施工

三、课程学时分配
教学单元
内容
总
学
时
学时安排




讲授
实验
上机
课程
设计
其它


绪言
2
2





1
直流电动机
2
2





2
变压器
4
4





3
三相异步电动机
2
2





4
特种电机
4
4





5
常用低压电器
2
2





6
继电器-接触器控制电路基本环节
6
6





7
典型设备的电气控制
2
2






总计
24
24





四、本课程与其它课程的联系
《数字电子技术》、《模拟电子技术》为本课程提供基本理论知识，《电工学》为本课程提供控制用元器件基本知识，《金属切削机床的分析设计》是本课程的工程实践基础。在学习本课程之前，学生应该完成上述课程的学习和相关知识的准备，与上述课程相关的内容不在本课程讲授之列。同时，本课程为《机电一体化系统设计》和毕业设计做好了理论和实践的准备。
五、本课程的特点及教法、学法建议
课堂教学中结合专业知识、生产和生活实际引入控制系统的基本概念，通过实例讲述控制原理使学生对于控制有基本的认识，进一步从控制系统的结构及组成出发，从专业的角度引导学生理解和掌握如何建立控制系统，如何选用控制元件等。。
六、考核类型、考核方式与成绩评定
㈠ 考核类型：考试。
㈡ 考核方式与成绩评定：
1 考核方式：期末考试（闭卷）成绩与平时成绩。
2 课程考核的成绩评定：以百分制计分，最终成绩的构成为考试成绩占（30%）、平时成绩占（70%）。
3 期末考试命题要求：命题要有一定的题量以及知识点覆盖面，并要体现重点；试题的难度要求及其比例为:识记占10%、理解占40%、掌握与应用占30%，分析与综合占20%。根据本课程的特点，建议命题采用填空题、选择题、简答题、计算及分析题等题型。
七、建议使用教材及主要教学参考资料
㈠ 教材：《机电传动控制》，赵永成，中国计量出版社，2012.9
㈡ 主要教学参考资料：
1 《Electric Motor Drives and Control----Past Present and Future》，Sen Paresh C. IEE Trans on Indus
2 《机床电力拖动与控制》，王光铨，机械工业出版社，1997
3 《电力拖动自动控制系统》，陈伯时，机械工业出版社1992
4 《微机控制机械系统设计》，邵世煌，纺织工业出版社,1991
5 《机床电器自动控制》，齐占庆，机械工业出版社,1987
6 《机床电器自动控制》，龚浦泉，重庆大学出版社,1988
7 《Design and Analysis of Pulse Width Modulated Amplifiers for DC Servo system》，TAL JACBO, IEEE Trans, on Indus. Electronics 1976