运动控制系统实习报告.

第一篇：运动控制系统实习报告.

课程实验报告 课 程 名 称

所 在 学 院 控制工程学院 专 业

指 导 教 师 刘 鹏 实 验 小 组 第 六 组 小 组 成 员

总 评 成 绩 二零一三年四月

(空载 Z=0） n %  2*(Cmax n T 308  0.18 0.02666(  z *N  n  2  81.2% 1.1  Cb n Tm 0.196 1000 0.12  11.23%  10% 转速超调量的校验结果表明，上述设计不符合要求。因此需重新设计。查表，应取小一些的 h，选 h=3 进行设计。按 h=3，速度调节器参数确定如下：  n  hT n  0.07998s 2 2 2 K N (h  1 / 2h 2T n  4 /(2  9  0.02666  312.656 s K n (h  1  CeTm / 2h RT n  4  0.0236  0.196  0.12 /(2  3  0.01 0.18  0.02666  7.6 校验等效条件： 可见，cn  KN / 1 KN  n  312.656  0.07998  25s1 a1/ 3(K I / T满足近似等效条件。转速超调量的校 i 验： 1/2  1/ 3(85.76 / 0.005831/2  40.43s 1  cn b1/ 3(K I / Ton 1/2  1/ 3(85.76 / 0.0151/2  25.2 s 1  cn 转速超调量的校验结  n  2  72.2% 1.1(308  0.18 / 0.196 1000 (0.02666 / 0.12  9.97%  10%，果表明，上述设计符合要求。速度调节器的实现：选 R0  40K ,则 Rn  Kn  R0  7.6  40  304K , 取 310K。Cn   n / Rn  0.07998 / 310 103  0.258  F Con  4Ton / R0  4  0.015 / 40  103  1.5 （F 2）、仿真模型及图形如下：（3）、仿真结果如下（分别对应电流环中 KT 所取值）：

（4）、分析与结果： 由转速环的仿真曲线，如上诉第一个图所示，它是一个线性渐增的扰动量，所以系统做不到无 静差，而是 Id 略低于 Idm，其原因是电流调节系统受到电动机反电动势的扰动。在转速环的系统 仿真中，可以观察到系统在启动过程中主要分为三个阶段，电流上升阶段、恒流升速阶段和转速 调节阶段，通俗点讲就是不饱和，饱和，退饱和三个阶段。通过观察仿真曲线，我们不难得到，双闭环直流调速系统的启动过程的主要有三个特点，他们分别是饱和非线性控制，转速超调，准 时间最优控制。

第二篇：数控机床控制系统实习报告

实习专题报告题目：数控机床的控制系统 学校：南京航空航天大学姓名：林竑程学号：

在对南京第一机床厂为期一天的参观过程中，我们了解到了现代数控机床的高精度,高效率，柔性化，复合化，智能化，绿色环保的发展方向，以及对零件加工方案的策划方案。最后对机床的加工工艺路线进行了初步的认识，在此过程中我感受到了中国国内的数控机床制造以及加工精度与国际的标准还是有巨大的差距。

对于我国数控机床加工能力方面，我认为可能是由以下的几个影响因素造成的： 1，机床床身，导轨，执行元件的加工精度有待提高。

2，机床装配精度以及对机床运行过程中振动的问题。

3，加工功能复杂化问题。

4，数控机床控制系统的精度以及监控能力的问题。

提出问题 数控机床的控制系统是以什么方式，如何执行的？

必要性：

只有对控制系统进行较为深入的了解我们才能知道在数控机床的加工过程中，是如何通过数字化和自动化的设备对加工方法，加工精度进行一定的把握和掌控，并且了解我们所欠缺的部分在哪里。

研究的目的：

了解数控机床的控制系统的组成，控制原理，特别是控制程序的工作过程。

研究与分析：

数控机床的控制系统就是以位置量，角度，速度这些机械量，以及温度，压力，流量这些物理量为控制对象的，起控制的方式可分为逻辑与数据的运算处理控制和时序逻辑控制两大类。数控系统实现了机床自动加工的核心。

控制系统的组成分为输人装置、监视器、主控制系统、可编程控制器、各类输人／输出接口等（输入/输出装置、数控装置、伺服驱动装置、机床电气逻辑控制装置、位置检测装置）。

数控机床的控制系统有三大控制系统组成：数控机床的强电控制系统，伺服系统，以及被称为数控机床内置式plc的pmc。

！数控机床的强电控制系统

强电控制系统的功能有：将数控系统发出的弱电信号进行放大，从而去控制强电设备的运转；处理数控系统所受到的外界干扰信号（由于强电系统将弱电信号放大后就可以对外界微弱干扰进行区别，数控机床的控制柜一定要良好接地使其能够良好屏蔽外部的电磁干扰信号）和数控机床本身的强电元件运行时所产生的干扰（对于强电系统内部接触器吸合等产生的干扰信号，使用浪涌抑制元件可以消除其影响；对于数控系统通信使用的控制信号电缆使用单端或两端接地的方式可以有效消除电磁波的干扰）。

！数控机床的伺服系统

数控伺服系统是指以机床运动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。对象例如工作台，导轨，刀具等执行元件。

闭环伺服系统主要由以下CNC装置，伺服驱动，执行元件，传动装置，位置反馈电路，速度反馈电路。

CNC装置的作用是接收输入的加工程序指令信息，进行插补运算和位置控制。

伺服驱动的作用是接收CNC指令信息，进行信号转换和功率放大，驱动伺服电动机运转。执行元件可以是步进电动机、直流或交流伺服电动机等。

传动装置包括减速箱和滚珠丝杠等传动链。

位置反馈电路的作用是检测实际位移量，信号由反馈电路送入位置控制单元，由CNC装置进行位置环控制。

速度反馈电路的作用是检测速度的实际值，信号由反馈电路送入速度调节单元，进行速度环控制。

伺服系统按照原理分类可分为开环伺服系统和闭环伺服系统。

开环伺服顾名思义就是没有反馈信息的系统，也是最为简单的进给伺服系统，其系统流量可简单的理解为指令脉冲输入驱动控制路线，进而控制步进电动机，断过齿轮箱的变速之后对工作台或者一些执行元件的位置进行控制。

闭环伺服系统则是在为电动机和工作台与执行元件处分别安装了速度检测盒位置检测，通过对速度和位置的检测进而反馈给驱动控制路线，形成闭环控制。

闭环伺服系统有较好的稳定性和可靠性，能及时修正一些位置偏差，而闭环控制系统的反馈分为以下四类

1)脉冲、数字比较伺服伺服系统将数控装置发出的数字(或脉冲)指令信号与检测装置测得的以数字(或脉冲)形式表示的反馈信号进行比较，获得位置偏差。

2)相位比较伺服系统伺服系统将指令信号与反馈信号都变成某个载波的相位，然后比较两者相位，获得位置的偏差，实现闭环控制。

3)幅值比较伺服系统伺服系统以位置检测信号幅值的大小来反映机械位移的数值，并以此信号作为位置反馈信号，一般还要将幅值信号转换成数字信号后才能与指令数字信号比较，从而获得位置偏差信号，构成闭环控制系统。

4)全数字伺服系统伺服系统控制技术已从模拟方式、混合方式走向全数字方式。！！PMC

所谓的PMC也就是PLC。

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的进行数学运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体和易于扩展其功能的原则而设计。

PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，是以微处理器为基础，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程、面向用户的“自然语言”编程的一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。

PLC的特点

1）编程方法简单易学；

2）功能强，性价比高；

3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；

4）可靠性高，抗干扰能力强；

5）系统的设计、安装、调试工作量少；

6）维修方便；

7）体积小、能耗低。

PLC的控制领域广泛包括

开关逻辑和顺序控制

这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种简单或十分复杂的控制要求

模拟量的闭环控制

在工业生产过程中，许多连续变化的需要进行控制的物理量，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。为了实现工业领域对模拟量控制的广泛要求，目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能（A/D、D/A转换）。另外，某些PLC产品还提供了典型控制策略模块，如PID模块，从而可实现对系统的PID等反馈或其他模拟量的控制运算。数字量的智能控制

利用PLC能接受和输出高速脉冲的功能，配备相应的传感器（如旋转变压器等）或脉冲伺服装置（如环形分配器、功率放大器、步进电机等）实现数字量的智能控制。

智能控制模块：位控单元模块、运动单元模块、可实现曲线插补等功能。

数据采集与监控

PLC实现现场控制，采集、记录、显示现场数控，以供进一步分析研究；

利用PLC自检信号多的特点，实现自诊断式监控，减少系统的故障，提高累计平均无故障运行时间，同时可减低故障修复时间，提高系统的可靠性。

通信、联网、集散控制

PLC与PLC间的通信联网；

PLC与计算机的通信联网，由计算机实现其编程与管理；

PLC与智能仪表、智能执行装置的通信联网，实现数控交互与控制；

利用PLC的强大的联网功能，把PLC分布到控制现场，并实现各部分间的通信，达

到分散控制、集中管理，构成PCS系统。

PLC的基本组成（PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。）主要包括：中央处理单元、存储器、输入/输出单元、电源、通信接口以

及扩展单元等。

各部分的功能为

1中央处理单元

接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；

诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误；

用扫描的方式接收输入信号，送入PLC的数据寄存器保存起来； PLC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。

2存储器（系统程序存储器，用户程序存储器，工作数据存储器）

I/O 单元

输入单元接受操作指令和现场的状态信息，如控制按钮、操作开关和限位开关、光电管、继电器触点、行程开关、接近开关等信号，并通过输入电路的滤波、光电隔离和电平转换等将这些信号转换成CPU能够接受和处理的信号。

输出单元将CPU送出的弱电信号通过输出电路的光电隔离和功率放大等转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀、电磁铁等执行元件。

3电源单元

PLC由开关式稳压电源为内部电路供电，有的PLC能向外部提供24V的直流电源

4特殊I/O单元—智能单元

智能单元本身是一个独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器，及与外界过程相连的接口。

5编程器

编程器的作用是供用户进行程序的输入、编辑、调试和监视。有的编程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在磁带上。磁带上的信息可以重新装入PLC。

PLC工作流程

（1）公共处理：复位监视定时器、进行硬件检查、用户内存检查等。

（2）程序执行：CPU按照先左后右、先上后下的顺序对每条指令进行解释、执行。

（3）扫描周期计算处理：扫描周期可设定为固定值，否则，则根据用户程序长短计算。

（4）I/O刷新：读入输入点状态，写入输入状态寄存器中；将输出状态寄存器的状态传送至输出锁存器，经输出电路隔离和功率放大，驱动外部负载。

（5）通讯：外设端口服务。PLC循环扫描工作流程

PLC的工作方式

PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式，这个过程可分为输入采样，程序执行、输出刷新三个阶段，整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。

！！数控机床的检测系统

数控机床的检测系统也就是应用于前文所提到的闭环伺服系统中的速度检测与位置检测。

数控机床在线检测系统分为两种，一种为直接调用基本宏程序，而不用计算机辅助；另一种则要自己开发宏程序库，借助于计算机辅助编程系统，随时生成检测程序，然后传输到数控系统中。

数控机床在线检测的工作原理

实现数控机床的在线检测时，首先要在计算机辅助编程系统上自动生成检测主程序，将检测主程序由通信接口传输给数控机床，通过G31跳步指令，使测头按程序规定路径运动，当测球接触工件时发出触发信号，通过测头与数控系统的专用接口将触发信号传到转换器，并将触发信号转换后传给机床的控制系统，该点的坐标被记录下来。信号被接收后，机床停止运动，测量点的坐标通过通信接口传回计算机，然后进行下一个测量动作。上位机通过监测CNC系统返回的测量值，可对系统测量结果进行计算补偿及可视化等各项数据处理工作。

测量典型几何形状时检测路径的步骤为：

1确定零件的待测形状特征几何要素；

2确定零件的待测精度特征；

3根据测量的形状特征几何要素和精度特征，确定检测点数及分布；

4根据测点数及分布形式建立数学计算公式；

5确定检测零件的工件坐标系；

6根据检测条件确定检测路径。

结论：

在上述的研究中我们可以对数控系统对数控机床加工能力，方式，以及精度上面的作用以及影响。

在精度方面，除了我们所说的机床本身以及一些执行元件，导轨的精度的影响外，数控系统的控制能力，检测系统的准确性以及伺服系统就起到了决定性作用。

而在数控机床加工复杂性的方面，对PLC的开发应用就是最好的解决办法，而据了解我国的PLC自主研发的能力和完备性，以及在其调试过程中所产生的问题仍然是未被完全解决，主要还是应用国外的西门子，三菱，松下的可编程控制器。

要解决这些问题，我们还是要在引进与使用国外先进设备的过程中对这些设备的设计思想，以及一些先进的理念进行学习，通过仿照开发的方式，从各个方面来进行研发，这个过程实属不易，需要一代代人不断的积累。记得我们的院长在一次讲座中说过，一项技术的开发，并不是今天有一个概念明天就可以进行实施的，往往是经过了一代代研究的积累，十年二十年后才有成果的。所以我们就得从细节开始，作者要好好学习PLC。

王侃夫，数控机床控制技术与系统，王侃夫,机械工业出版社2007

徐世许，可编程序控制器原理、应用、网络，中国科技大学出版社，2006

张晓坤，可编程控制器原理与应用，西北工业大学出版社 2008

第三篇：伺服运动控制系统课程总结

问题6

6.1、对课程的教学方法、教学效果有何客观评价？

伺服运动控制系统采用的是每节课一个专题的方式进行教学，在总体上是我们对电机以及伺服运动控制系统有一个整体的了解，由于本科学习过程中没有接触过电机以及相关的课程，这门课使我对电机有了相关的了解，课堂上的入门学习以及课后查阅相关资料的补充学习，让我觉得上了这门课之后受益匪浅。我的建议是每一章学习后，都要给学生们进行知识点总结，一则让其掌握本章学习的知识框架，二是帮助我们回顾一些细节性的东西。

6.2、结合自身研究的课题，谈谈对《伺服运动控制系统》课程教学内容、授课方式的建议。

本人研究的课题是全自动麻将机的设计，其中涉及到图像处理的各种算法以及多电机的协调控制，目前正处于电机的选型阶段，这门课的对于各种电机的介绍让我了解了不同类型电机的优缺点以及应用场合，为课题中电机的选型提供了理论上的帮助。

6.3、请针对某一章节具体内容谈一下学习感受

通过对步进电机伺服系统这一章的学习，我将伺服电机与步进电机的优缺点进行总结。

步进电机作为一种开环控制的系统，和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。

一、控制精度不同

两相混合式步进电机步距角一般为 1.8°、0.9°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。如三洋公司（SANYO DENKI）生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以三洋全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2000线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/8000=0.045°。对于带17位编码器的电

机而言，驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=0.0027466°，是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

二、低频特性不同

步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。

三、矩频特性不同

步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。

四、过载能力不同

步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以三洋交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的二到三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。

四、运行性能不同

步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。

六、速度响应性能不同

步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以山洋400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场

合。

综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。

第四篇：沈阳理工大学 运动控制系统综合设计教学大纲

《运动控制系统综合设计》教学大纲

课程代码：030151010

课程总学时：2周/4学分

一、大纲使用说明

本大纲根据自动化专业2010版教学计划制订

（一）适用专业

自动化

（二）课程性质

必修课

（三））主要先修课程和后续课程

1.先修课程

要求掌握“运动控制基础”方面的基础知识和基本理论，并在此基础上运用相关知识完成运动控制系统的设计。

2.后续课程

现场总线控制系统、过程监控技术

二、课程设计目的及基本要求

运动控制系统综合设计是自动化专业的专业基础课课程设计，是一次综合性理论与实践相结合的训练，也是一次基本技能训练。另外为后续课程《现场总线控制系统》和《过程监控技术》的学习奠定必要的实践基础。

通过本门课程学习,要求学生学会运动控制系统的基本设计方法和调试方法，通过设计达到如下目的：

1.理论联系实际,掌握根据实际工艺要求，设计自动控制系统的基本方法。

2.通过实验,掌握各部件和整个系统的调试步骤与方法,以及操作实际系统的方法,加强基本技能的训练。

3.掌握参数变化对系统性能影响的规律，培养灵活运用所学的理论解决控制系统中的各种实际问题的能力。

4.培养分析问题、解决问题的能力，学会实验数据的分析与处理。

基本要求：

1.根据设计任务，查阅有关资料，进行独立设计； 2.设计线路图，并绘制原理图； 3.写出设计总结报告。

三、课程设计内容及安排

运动控制系统综合设计不仅是对《电力拖动直流自动控制系统》和《变频器控制技术》课程教学内容的进一步的扩展,更是对学生开展控制系统设计的综合训练。课程设计分组进行,每个小组3—4人，这样也能培养学生的团队合作精神。整个课程设计分为以下几个阶段进行:选题,查阅资料，系统设计,系统调试,撰写设计报告。1．选题：题目可来自教师指定的参考题目,也可自由选题,特别是鼓励有创新性的题目或是在已知题目的基础上进行创新。2．查阅资料：根据设计题目查阅相关资料。

3.系统设计:系统设计的任务包括各部分电路的设计、元器件的选择、电路图的绘制和软件程序的编写。

3．系统调试:小组成员根据系统设计电路,在实验设备上开展研究。

4．撰写设计报告:完成文档整理,按照课程设计报告要求完成设计报告的撰写。

具体安排如下：

1． 教师布置题目 2． 学生查找资料 3． 完成设计工作 4． 绘制图纸 5． 系统调试 6． 撰写设计报告 7． 答辩

四、指导方式

由指导教师召开课程设计动员会，进行分组，指定课程设计的题目和内容，讲解部分题目要求。学生在规定的时间内，经过小组的协同工作和指导教师的辅导，完成设计题目并开展实验研究。最后由指导教师进行验收及评定。

五、课程设计考核方法及成绩评定

1．考核方式：考查

2．评分办法：成绩评定实行优秀、良好、中等、及格和不及格五个等级的成绩。

根据下面4项进行成绩考核，各项所占总成绩的比例为：

1）根据设计过程中的表现20% 2）设计完成的质量、提交的设计报告30% 3）实验调试成绩30% 4）答辩成绩20%

六、课程设计教材及主要参考资料

《电力拖动自动控制系统》，陈伯时编，机械工业出版社，出版时间：2005年

《图解变频器应用》，李燕编，中国电力出版社，出版时间：2009年

《变频器应用技术及实例解析》，魏连荣编，化学工业出版社，出版时间：2008年

编写人： 付丽君

野莹莹

吴东升 审核人： 纪振平批准人： 张焕君

第五篇：DSP原理与运动控制系统课程教学研究(精)

DSP原理与运动控制系统课程教学研究

茅靖峰，吴爱华，吴

晓

(南通大学 电气工程学院，江苏 南通 226007)摘要：“DSP原理与运动控制系统”课程具有知识面宽、综合性和实践性强的特点，是一门较为难教难学的课程。为了切实培养学生的DSP技术应用能力，取得良好的教学效果，本文从课程的教学目的，教学内容、教学方法和课程考核方式等方面进行了一些有益的教学研究和探讨，对电气控制类DSP技术的教学有一定的参考意义。

关键词：DSP原理；运动控制；教学研究；任务驱动法

中图分类号: G642.3；TM301.2

文献标识码：A

文章编号：1008－0686（2007）01－0008－03 Teaching Research of “DSP Principle and Motion Control Systems”

MAO Jing-feng , WU Ai-hua , WU Xiao(Institute of Electrical Engineering, Nantong University, Nantong 226007, China)

Abstract：“DSP Principles and Motion Control Systems” is a course with characteristics of wide knowledge, extremely strong integration and practicality.The course is generally difficult for teaching and learning.In order to train student to good DSP technology practical application ability, and to achieve satisfying teaching effect, this paper introduces some helpful course teaching research experiences in teaching goals, teaching contents, teaching methods and examination method.These experiences may have some reference value for DSP technology education of electrical engineering major.Keywords：DSP principles;motion control;teaching research;task-driving method

DSP课程的专业知识背景深、综合性和实践性强，如何在有限的学时内，高质量地完成教学任务是一个值得研究的问题。笔者根据本校电气控制类专业的实际培养需要，开设了“DSP原理与运动控制系统”课程，经过几轮的教学，总结了一些经验。以下介绍对这门新课程的实践和探索情况。

一、课程特点分析

已经出版发行的多数DSP教材较适用在通信与信号处理领域的应用，而适合于电气控制类专业的DSP运动控制类教材和教学资源相对较少，我院开设的“DSP原理与运动控制系统”课程具有如下特点：

（1）知识面宽：DSP在体系结构、硬件接口设计和软件编程思想等方面较之前续微处理器（MPU）课程，有着一定的继承性和相似性；运动控制是电气控制类专业的主干必修课程。由这两部分组成的“DSP原理与运动控制系统”课程，涉及知识面较为广泛，学习起点较高。在课程的教学上，不仅需要学生必备一定的基础知识，例如：微机原理、单片机技术、运动控制、特种电机、自动控制原理、计算机控制技术，电子技术、C语言编程等。而且在课堂上也需要教师经常对这些内容进行简要的穿插回顾。因此，需要在整定课程教学内容和应用先进教学手段上下功夫。（2）综合性强：基于DSP的应用控制系统是集器件原理、专业知识、算法软件与硬件设计为一身的紧密结合体。“DSP原理与运动控制系统”课程的两大组成部分应该是有机地联系在一起的。这些DSP在运动控制中的典型应用不仅培养了学生对DSP控制器的整体理解能力，还进一步帮助学生加深了对电子技术、计算机控制技术、自动控制、调速系统、检测技术等诸多专业领域知识的再认识，增强学生的“系统”感念，有效培养了学生的系统综合能力和创新能力。

（3）实践性强：本课程的目标是培养电气控制类学生的DSP器件应用能力，使学生具有独立分析、设计和调试DSP系统的工程应用能力。但是，在目前专业课普遍缺少课时的情况下，本门课程的实验环节课时规划和实验内容选材也是课程教学研究的关键。

二、课程教学的研究与探讨

针对电气控制类DSP课程的以上几方面特点，我们在进行“DSP原理与运动控制系统”课程的教学中明确：以培养DSP技术的实际应用能力为中心，把学习器件的理论知识与控制背景的实际应用紧密结合起来的教学思路。

1、合理选择教学内容和授课方式

我们考虑到市场占有率和器件生命周期，选择了TI公司C2000系列的TMS320LF240x DSP作为教学的目标芯片。

开设的这门课程由TMS320LF240x控制器原理与基于DSP的交、直流电机和开关磁阻电机控制系统设计两大部分组成，前者是基础，后者是实例。

在具体的DSP原理教学内容上，我们突出总体结构、事件管理器、中断管理系统和指令系统的讲解。这一部分宜采用“比较法”进行教学，即将LF240x的相关内容与学生们熟悉的MCS-51内容相穿插，进行比较对照，以帮助学生更好地理解和接受新知识。例如，在讲授LF240x存储器结构时，我们可首先回顾MCS-51的存储器结构，即程序与数据总线合一的冯诺曼结构，它在寻址过程中，总线使用ALE信号实现分时复用，显然工作效率不高；然后我们引出DSP处理速度快的一个原因就是，芯片广泛采用了程序与数据空间分立的哈佛结构，指出这种结构不仅较MCS-51增大了存储器空间，使DSP芯片具有了独立的16位程序、数据与I/O空间，而且配合多总线技术和并行工作机制，大大提高了数据的处理速度。此处还可以为DSP汇编指令所具有的多步操作能力埋下伏笔。接下来我们再进一步说明，由于LF240x存储器结构的改进（多空间的分立），导致了DSP存储器接口的复杂度增高，使芯片具有与MCS-51不同的数据线、地址线及片选信号线（DS、PS、IS、BR、STRB等），因此要在DSP存储器扩展时多加注意。显然，采用“比较法”教学方式可将复杂的内容逐步分解，陌生的概念被已知的内容类比（替代），如此循序渐进、逐步深入，提高了学生的学习兴趣，易于新知识点的理解和掌握。

在具体的运动控制系统实例教学内容上，我们突出两个方面：一是硬件接口，二是软件框架。前者需要结合DSP原理部分讲解在具体的电机控制应用案例中各引脚资源的合理使用方法；后者应就具体案例讲解DSP应用控制程序的整体结构、各功能寄存器的配置顺序、算法编写技巧等。这一部分宜采用“任务驱动法”进行教学，即将一个典型DSP应用案例，按所学的DSP知识要点细化分解为多个控制任务，通过教师逐步引导，激励学生主动思考并找出解决方案，以提高学生学习和应用DSP知识的能力。以开关磁阻电机调速系统为例，当电机原理讲述完毕后，我们可以依次向同学提出如下问题：对于电机的位置闭环问题，我们需要使用那些DSP片内外设？若使用捕获引脚进行转速测量，应采用什么捕获触发方式？与捕获相匹配的定时器采用什么计数模式？分频系数如何设定？转子定位的计算式如何推导？对于转矩闭环，DSP需采集什么反馈量？电流反馈信号如何调理？ADC模块如何合理配置？

在实验内容的安排上，重点突出基本应用技能的掌握。我们采用内容由简单到复杂的实验方式，如从必选的仿真器使用、数据运算及传送、定时器及I/O使用等，到选做的频率计、可控正弦波发生器、数字PID算法等。让学生真正学会一些基本的DSP开发调试方法，为将来的毕业设计和工作打下基础。

此外，在课堂理论教学上，非常有必要花一定的精力对课程第一章的概述部分进行较生动充实的讲解。向同学们讲明诸如：DSP的定义、特征、历程、分类及主流芯片等问题。并应用实例法，给出DSP三种典型应用：图像处理、语音处理和电机控制的整体系统功能图、实物照片以及样品PCB板，力争勾勒出一幅DSP器件应用、发展和前景的全貌，以使在本课程的起始阶段就能激发学生的学习热情、快速地进入角色。

2、应用多媒体教学手段

制作的多媒体课件不仅能够简单明了地概括出各章节的知识要点，还大量运用网络资源，将DSP的新技术、新应用以及具有代表性的表格、图形、图像和动画搬进课堂，创造出一个图文井茂、有声有色、生动逼真的教学环境。

例如，在DSP器件原理介绍时，我们把总线结构、中央处理单元、程序/数据存储器配置、各模块内部结构以及控制寄存器功能等重要的图和表，用多媒体课件的形式来很好的展示；把复杂的汇编指令执行时序和影响状态位的变化过程等，不易单纯用语言文字讲清楚的内容，用动画演绎的形式表示出来，以使教授内容有的放矢、重点突出、易于学生掌握；在DSP运动控制应用中，我们将直流电机的H桥逆变电路开关工作状态和电流响应时序、交流异步电机SVPWM控制的空间电压矢量合成原理、开关磁阻电机的转子位置与相电感变化趋势等抽象内容，用图形和彩色动画的形式表现出来，力争在有限的课堂时间内对这些已学知识有个快速回顾。

对于DSP汇编程序设计和开发环境使用这一章节，仅采用多媒体课件进行讲解是不够的，描述程序编写和调试流程不如在课堂进行现场演示。因此，针对这一章节，我们采用将实际DSP开发环境搬入课堂的办法进行讲授。首先，让同学们对DSP开发套件的三大部分（调试软件CCS、仿真器TDS和评估板EVM）进行实物接触，然后，教师以一个流水灯实验为例，通过直接操作CCS软件，讲授DSP工程的建立方法、三类文件：头文件（F2407REG.H）、配置文件（LED.CMD）和主文件（LED.ASM）的功能、结构和编写方法，以及具体调试方法等基本概念和操作。进一步通过更改诸如：头文件的宏指令定义、配置文件的“段”定位配置、主文件的延时常数等参数，使学生亲身感受到实验结果的变化。

3、加强师生互动交流

在授课过程中，加强了师生互动的交流环节。其具体措施不仅是在课堂上老师多提启发性问题引导学生主动思考（任务驱动），课间多请学生提问题，还将教学小组成员主持和完成了多项DSP控制系统课题的科研成果融入到教学环节中，通过参观和现场讲解DSP应用案例的成果实物[3,4]，如开关磁阻电机控制系统和磁悬浮数控系统等，以调动学生的学习积极性。

4、采用科学的考核方式

我们将“DSP原理与运动控制系统”课程的考核方式定为平时成绩＋期末笔试的综合方式。平时成绩来自于学生的课堂表现、师生问答、作业成绩和实验技能等方面的综合。期末笔试采用开卷考试的方式进行，要求学生在120分钟时间内独立完成诸如：功能寄存器的模式配置、中断服务程序框架的编制、算法软件的编写、硬件接口的设计和运动控制系统的分析等应用型考核试题。这一部分注重学生实际能力的体现。

三、结束语

“DSP原理与运动控制系统”课程是电气控制类一门涉及多类课程、知识背景深、实用性强、技术更新速度快的专业课程。在课程教学中我们需要明确树立学生的主体观，合理安排理论和实践教学内容，运用合理的教学方法和手段，以及科学的评价体系，努力提高教学效果，切实培养控制类学生的DSP工程实践能力、自主学习能力和创新能力。

参考文献：

[1] 邹彦.DSP原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2005 [2] 周云松.《DSP原理与应用》课程教学研究与实践[J].福建电脑,2005,12:159-160 [3] 茅靖峰,赵德安,刘羡飞.基于DSP的车用开关磁阻发电机控制系统研究[J].中小型电机, 2005,32(1):46-48 [4] 吴国庆,张钢,张建生,等.基于DSP的磁悬浮电主轴数字控制系统研究[J].电气自动化, 2005, 10(3):12-13

作者简介：茅靖峰（1976－），男，浙江宁波人，博士生，讲师，主要从事电气工程及其自动化专业的教学与科研工作。Email：mao.jf@126.com；TEL：*** 基金项目：江苏省教育教改课题，南通大学课程群建设课题，南通大学教育教学研究基金课题（05010）

此文刊登在《电气电子教学学报》2007年29卷第1期