《驱动电机及控制技术》教学大纲

第一篇：《驱动电机及控制技术》教学大纲

《驱动电机及控制技术》教学大纲

一、授课对象

本课程适用于 汽车服务系新能源汽车制造与装配专业（中、高级）班 三年 制 二、课程学时

总学时 108课时，6课时/周，1学期授完。

三、课程的任务和目的

本课程是中等职业学校电子技术应用与维修专业教材，是一门机电类专业课程。其任务是：使学生掌握常用电动机的结构及其控制方法，培养学生对常用电动机的维护、保养与检修的技能和解决实际问题的能力；对学生进行职业意识培养和职业道德教育，提高学生的综合素质与职业能力，增强学生适应职业变化的能力，为学生职业生涯的发展奠定基础。

本课程目的是：使学生能掌握电动类、制冷类日用电器中主要使用的三种电动机——单相异步电动机、直流电动机和单相串励电动机的结构、原理及应用，以及电动类、制冷空调类电器专用电动机的结构及其控制方法。熟悉对上述电动机进行维护、保养与检修。结合生产生活实际，培养学生对所学专业知识的兴趣和爱好，养成自主学习与探究学习的良好习惯，从而能够解决专业技术实际问题，养成良好的工作方法、工作作风和职业道德。

四、课程内容和要求

第一章：直流电动机 8课时 1．教学内容：

第一节：直流电动机的结构和分类

第二节：直流电动机的工作原理与运行特性 第三节：直流电动机的起动、反转和调速。

2．教学要求与建议：了解直流电动机的基本结构和分类，掌握直流电动机的基本工作原理，理解直流电动机的起动、反转、调速的原理和方法，初步了解直流电动机常见故障的检修方法。

第二章：单相异步电动机 10课时 1.教学内容：

第一节：异步电动机的结构和工作原理 第二节：单相异步电动机的分类 第三节：单相异步电动机的反转和调速

2．教学要求与建议：了解单相异步电动机的基本结构，掌握单相异步电动机的基本工作原理，理解异步电动机的分类和起动方式，了解单相异步电动机的反转、调速的原理和方法，初步了解单相异步电动机常见故障及其检修方法。第三章：单相串励电动机 12课时

1、教学内容

第一节：单相串励电动机的结构和运转原理 第二节：单相串励电动机的运行特性 第三节：单相串励电动机的反转和调速

2、教学要求与建议：理解单相串励电动机的基本结构和工作原理，了解单相串励电动机的主要特点和应用。

第四章：三相异步电动机 16课时 1．教学内容：

第一节：三相异步电动机的结构和工作原理 第二节：三相异步电动机的运行特性

第三节：三相异步电动机的反转、起动和调速 2．教学要求与建议：

了解三相异步电动机的基本结构，掌握三相异步电动机的基本工作原理和运行特性，理解三相异步电动机起动、反转与调速的原理和方法。

第五章：其他类型的电动机简介 10课时

1、教学内容：

第一节：单相同步电动机 第二节：步进电机

2、教学要求与建议：

了解其他类型的电动机（包括单相同步电动机、步进电机和直线电动机）的基本结构、原理和应用。

第六章：电风扇电动机及其控制 16课时

1、教学内容： 第一节：电风扇电动机 第二节：电风扇控制电路

2、教学要求与建议：

掌握电风扇的电控方式，各种常用电控器件的结构、原理和使用方法；能够阅读典型的电风扇电控线路图。

第七章：空调电动机及其控制 16课时

1、教学内容：

第一节：制冷压缩机电动机的结构与原理 第二节：空调控制电路

2、教学要求与建议 掌握空调的压缩机电动机的结构、工作原理及应用；掌握空调的基本控制方式，常用电控器件的结构、原理和使用方法，掌握其典型电控线路和读图方法。

第八章：各类电动机维修实训 20课时

1、教学内容：

实训一：电动机维修基础实训 实训二：直流电动机维修实训 实训三：单相异步电动机维修实训 实训四：电风扇电动机的检修

实训五：制冷压缩电动机及其控制电路的检修

2、教学要求与建议

掌握电动机维修常用工具和仪表的使用方法；掌握日用电器直流电动机的拆装方法和常见的检修方法；学会测定单相异步电动机的技术参数；掌握洗衣机电动机的拆装方法及常见故障的检修方法；掌握台扇、转页扇、吊扇的结构、电动机绕组展开图、电动机拆装、绕组重绕的方法及常见故障的检修方法；掌握电冰箱、空调器中制冷压缩机电动机的结构和常见故障的检修方法。

五、考核方式

平时成绩（40％）+期末考试成绩（60％）= 课程总成绩 其中：平时成绩包括：作业、笔记、考勤、课堂讨论、查找资料

第二篇：《电机控制技术》课程教学大纲概要

《电机控制技术》课程教学大纲

一、课程基本信息

1、课程代码：EE307

2、课程名称（中/英文）：电机控制技术Control Technique of Electrical Machines

3、学时/学分：45/2.5

4、先修课程：工程数学、基本电路理论、电机学、自动控制原理

5、面向对象：电气工程与自动化专业

6、开课院（系）、教研室：电子信息与电气工程学院电气工程系

7、教材、教学参考书：

教材名称、作者、译者、出版社、出版时间

教材：电机拖动与控制技术

谭弗娃主编 机械工业出版社

二、课程性质和任务

电机控制技术是介绍各类电机的控制技术及相关技术，包括直流电动机的拖动与控制，交流电动机的拖动与控制，现代交流调速系统等。电机控制技术结合了融合了电机，电力电子，微机原理技术，已成为电子及电气工程技术人员必备的专业知识。本课程的主要任务是通过各个教学环节，运用各种教学手段和方法，使学生熟悉并掌握当前电机控制的主流技术的基本原理。为深入开展相关科研项目研究奠定良好的基础，也为学生毕业后从事相关技术工作打下必要的基础。

三、教学内容和基本要求

本课程要求学生在学习电机的控制技术及相关技术原理的基础上，理论与应用相结合，熟悉直流交流电动机的拖动与控制，并初步掌握电机控制系统的分析方法，为深入研究和学习打下良好基础。主要内容有：

第一章

电机拖动与控制技术概述 1.电机拖动系统的构成 2.电机控制的基本要求 3.电动机的机械特性 4.生产机械的负载特性

5.电力拖动系统的运动平衡方程式和稳定工作奂概念 6.电动机调速的概念 7.电机调速系统的性能指标

第二章

常用控制电器和电动机的继电器—接触器控制系统 1.控制电器的分类 2.常用控制电器及囵形符号 3.电器控制线路的基本环节 4.电动机的几个基本控制线路

第三章

直流电动机的拖动与控制 1.他励直流电动机的机械特性 2.他励直流电动机的起动 3.他励直流电动机的制动 4.他励直流电动机的调速 5.直流电动机的开环调速系统 6.带速度负反馈的直流闭环调速系统 第四章 交流电动机的拖动与控制 1.三相异步电动机的机械特性 三相异步电动机的起动

四、实验（上机）内容和基本要求

通过实验使学生学习电机控制技术基本知识和原理。

五、对学生能力培养的要求

1.课堂教学注重启发式、交互式，教师应讲要点、难点和讲思路。2.实验分为三个层次：理论及基本实验技能培养；动手能力和综合灵活运用能力的培养；掌握高新技术能力的培养。

六、其它说明

考试安排：笔试（60%）+ 实验论文（40%）：笔试主要检测学生掌握基础理论的程度，实验检测学生灵活掌握、灵活运用知识的能力，实验论文主要检测学生的实际动手能力。

第三篇：机器人及控制技术教学大纲

机器人及控制技术教学大纲

第一篇 机器人控制的数学基础

第一章 引言 第二章 拓扑学基础 第三章近世代数基础

第二篇 机器人本体控制（自学）第一章 引言 第二章

刚体运动

第三章 机器人运动学

第四章 机器人动力学

第三篇 机器人手指抓取控制

第一章 引言

第二章 微分几何学基础 曲线几何（The Geometry of Curves）2 曲面(Surfaces)3 曲率(Curvatures)4 恒平均曲率曲面(Constant Mean Curvatures Surfaces)5 侧地线，度量和等长(Geodesics, Metrics and Isometries)6 完整和Gauss-Bonnet定理(Holonomy and the Gauss-Bonnet theorem)第三章 机器人手指抓取运动学

第四章 机器人手指抓取动力学

第四章 机器人技术最新进展

第四篇：电动客车电力驱动及控制技术

电动客车电力驱动及控制技术

电动机与驱动系统是电动客车的关键部件，要使电动汽车有良好的使用性能，驱动电机应具有调速范围宽、转速高、启动转矩大、体积小、质量小、效率高且有动态制动强和能量回馈等特性。目前，电动汽车用电动机主要有直流电动机(DCM)、感应电动机(IM)、永磁无刷电动机(PMBLM)和开关磁阻电动机(SRM)4类。

近几年来，由感应电动机驱动的电动汽车几乎都采用矢量控制和直接转矩控制。由于直接转矩的控制手段直接、结构简单、控制性能优良和动态响应迅速，因此非常适合电动汽车的控制。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机。永磁无刷电动机可以分为由方波驱动的无刷直流电动机系统(BLDCM)和由正弦波驱动的无刷直流电动机系统(PMSM)，它们都具有较高的功率密度，其控制方式与感应电动机基本相同，因此在电动汽车上得到了广泛的应用。PMSM类电机具有较高的能量密度和效率，其体积小、惯性低、响应快，非常适应于电动汽车的驱动系统，有极好的应用前景。目前，由日本研制的电动客车主要采用这种电动机。

开关磁阻电动机(SRM)具有简单可靠、可在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象限运行、响应速度快和成本较低等优点。实际应用发现SRM存在转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点，应用受到了限制。

随着电动机及驱动系统的发展，控制系统趋于智能化和数字化。变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、专家控制、遗传算法等非线性智能控制技术，都将各自或结合应用于电动客车的电动机控制系统。

第五篇：电机驱动系统效率优化控制技术研究现状

1.2 电机驱动系统效率优化控制技术研究现状

电动汽车的动力由电动机提供，电机驱动系统（简称驱动系统）的性能直接影响了电动汽车的性能。电动汽车系统需要能够满足频繁停车启动、加速、大负载爬坡以及紧急制动等要求，也需要考虑到汽车行驶路况复杂多变，存在雨天、酷热、下雪等恶劣天气，以及颠簸、泥泞等复杂路况。另外，在满足行驶条件的情况下还应最大限度地保证驾驶人员和乘坐人员的舒适安全。作为电动汽车的核心部分，驱动系统应满足宽调速范围、宽转矩输出范围、良好的加减速（起动、制动）性能、运行效率高（提高续航里程）以及高可靠性等要求。

针对永磁同步电机驱动系统的效率优化，总体来说可分为以下三个方向： 1）从电机本体的电磁设计、制造工艺以及电机的材料着手，开发高效电机。2）改进脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)技术，降低功率开关器件上的损耗从而提高逆变器的整体效率；降低变频器输出电压的谐波含量，如采取空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)技术和软开关技术，减小谐波含量从而提高驱动系统的整体效率。

3）研究合适的控制策略，在保证电机满足运行条件的情况下减小直流侧的功率输入，提高驱动系统的效率。

目前，针对永磁同步电机驱动系统效率优化所提出的控制策略很多，总体来说可以分为两大类：第一类是基于损耗模型的效率优化控制(Loss Model Control，LMC)策略；第二类是基于搜索法的效率优化控制(Search Control，SC)策略。下面分别进行概述。

1.2.1 基于损耗模型的效率优化控制策略

该控制策略作为一种基于前馈式的控制方法，基本原理是：在充分考虑电机各部分损耗的基础上，建立较为精确的损耗模型，根据电机运行状况（负载转矩和实际转速）计算出该运行状况下最优的控制变量（一般为磁场、电压或者电流）以减小驱动系统的损耗。若控制变量为电枢电流，对永磁电机驱动系统来讲一般选择最优的直轴电流id和交轴电流iq，对混合励磁电机驱动系统来讲包括id、iq以及励磁电流If。这种控制策略目前已被广泛应用到了闭环传动系统中，可以保障电机驱动系统在全局运行范围内都能实现效优化。基于损耗模型的同步电机效率优化控制基本框图如图1.1所示。

基于损耗模型的驱动系统效率优化策略最早由T.M.Rowan和T.A.Lipo，以及H.G.Kim[2]

[3][4]等人提出并进行研究；1987年Bose等人将该策略运用到永磁同步电机驱动系统中。美

[1]

国学者X.Wei和R.D.Lorenz已将基于损耗模型控制策略结合直接转矩控制(Direct Torque Control，DTC)中，以提高永磁同步电机在瞬态过程中的效率[5]。针对同步电机而言，基于损耗模型的效率优化策略总共可以分为五种类型：考虑铁损的损耗模型控制策略铜损的损耗模型控制策略耗模型损耗模型控制策略

[8][9]

[6][7]、考虑、考虑铁损和铜损的损耗模型控制策略和约束条件下的损耗模型控制策略

[10][11]、基于电机精确损

[12][13][14][15]。

n*矢量控制器控制变量逆变器TL损耗模型控制器同步电机

图1.1基于损耗模型的效率优化控制策略

基于损耗模型效率优化控制策略的技术特点在于，它根据电机运行状况，通过解析法计算出使电机损耗最小的控制变量，在满足电机运行的同时降低驱动系统损耗。该方法控制变量由算法直接给出，电机效率的优化能够直接实现，数学概念清楚，物理意义明确，而且变量直接给定导致响应速度快，根据电机实际运行条件计算变量，从而能保证电机在全局运行范围内高效运行。但这种策略的缺点也不容忽视：①该策略需要对电机参数有很详细的了解，电机在运行过程中，电机参数包括电感参数、电枢绕组电阻、励磁绕组电阻、各部分的损耗系数等都会随电机运行条件的变化而改变，电机参数的变化必然会导致损耗模型不准确，从而导致控制变量的计算值不能实时追踪实际的最优值；②损耗模型建立的越准确，计算结果越接近于真实值，但也会导致计算过程越繁琐；③实际过程中为了简化计算，又不得不对损耗模型进行简化，这必然会导致计算值和实际值的差距变大，所以最终寻优结果也仅仅是一种简化后的次寻优。

1.2.2 基于搜索法的效率优化控制策略

基于搜索法效率优化策略的基本原理是：在恒定的运行条件（恒定的转速和负载转矩）下，通过控制器不断实时调整控制变量（一般为磁场或电流），寻找该运行状态下的系统损耗最高点。

P(k)idid(k)方向判断P(k1)

图1.2输入功率最小效率优化控制策略

控制策略的基本框图如图1.2所示，其中P(k-1)、P(k)和Δid(k)分别为第k-1和第k次直流侧功率检测值以及第k次的控制变量。搜索法一般包括梯度法[16]、定步长（细分）法[17]、最优转差频率法[18]、基于斐波那契数列法[19]、神经网络法[20]、黄金分割法[21]以及模糊搜索法[22]。

清华大学的学者[23]分析了感应电机搜索控制的三种算法，即Ramp法[24]、Rosenbrock法[25]以及黄金分割法，对比了各种算法的复杂性、收敛速度以及效率优化效果，在此基础上提出了改进后的基于在线搜索的效率最优算法。改进后的黄金分割法收敛速度明显加快，硬件中加入低通滤波器，对输出转矩的脉动进行了有效抑制，并将该技术用于电动汽车驱动用感应电机。

国外学者S.K.Sul和M.H.Park选用电机的转差频率作为控制变量，提出了一种基于输入功率最小的搜索方法[26]。该方法将电机不同运行状况下的最小输入功率对应的最优转差频率，以表格的形式预先保存在控制器的内存中，电机运行时根据运行状况获得表格内的最优控制变量，对实际变量进行实时跟踪。

南京航空航天大学的学者对采用直接转矩控制的电动汽车PMSM驱动系统效率优化进行了研究[27]，由于公式计算需要滤波时间，电机变量调节也需要一定的收敛以及稳定时间，因此搜索法一般需要较长的运行周期，不适合应用到需要频繁加减速的电动汽车领域。为解决该问题，提出了一种分区式是在线效率优化方法，与传统在线搜索法不同，该方法将寻优搜索过程“多线程”化，将搜索区间“离线”化。减小了搜索时间，只需保证在区间内完成一次寻优循环即可，但该策略的技术难点在于搜索区间的量化。

基于搜索技术效率优化控制策略的优势显而易见，即不要预知电机参数，省略了建立损耗模型和推导最优变量的过程。系统能够在电机运行过程中，通过不断调整控制变量的方式自动搜索效率最高的运行点，因而鲁棒性强，适用性好；避免了建模过程中由于运行条件不同导致参数改变而引起的误差，从而寻优精度高。但该策略的缺点也不容忽视：①需要很高的输入功率检测精度；②输入功率与跟寻优变量有关，在系统效率最高点的附近变化可能会比较平坦，这要求对输入功率的测量，必须为高精度且无噪声的；③系统效率可能是复杂的且非线性的函数，这种情况下难以让系统快速地运行到效率最高点，即搜索过程需要一定的时间，不适合应用到像电动公交这种频繁起动、制动的场合；④一般凭经验给出固定的搜索步长，收敛速度慢，收敛时间长，不适合应用于负载变化、运行状况变化频繁的场合；⑤增加硬件系统件设备，从而增加成本。