电气与控制工程学院 课程教学大纲 课程名(COURSE TITLE): 交直流调速系统 课程代码(COURSE CODE): 7226901 学分(CREDIT VALUE): 开课单位(DEPARTMENT/UNIT):电气工程系 版本(VERSION): DG7226901-202108 课程负责人 (COURSE COORDINATOR): 张虎 北方工业大学电气与控制工程学院 2021年8月
电气与控制工程学院 课程教学大纲 课 程 名（COURSE TITLE）： 交直流调速系统 课程代码（COURSE CODE）： 7226901 学 分（CREDIT VALUE）： 4 开课单位（DEPARTMENT/UNIT）： 电气工程系 版 本（VERSION）： DG7226901-202108 课程负责人 （COURSE COORDINATOR）： 张虎 北方工业大学 电气与控制工程学院 2021 年 8 月
目录 1课程基本信息 3 2毕业要求与课程目标 4 2.1本课程支撑的毕业要求观测点 4 22课程目标 2.3毕业要求与课程目标的关系 6 3课程内容及安推 7 3.1课程学时总体安排 32各知识单元内容和预期学习目标 “入 4课堂教学设计和实施载体 12 5课程实验教学 5.1实验名称和安排 15 52实验要求和教学组织 15 5.3实验预习和实验报告要求 17 5.4实验教学在能力培养方面的具体措施 17 6课程考核方案和依据， 17 6.1课程考核方案 18 6.2课程各考核项评价依据和标准 .18 7本次修订说明 2 8其他需要说明的问题 22
2 目 录 1 课程基本信息.........................................................................................................................3 2 毕业要求与课程目标.............................................................................................................4 2.1 本课程支撑的毕业要求观测点......................................................................................4 2.2 课程目标..........................................................................................................................4 2.3 毕业要求与课程目标的关系..........................................................................................6 3 课程内容及安排.....................................................................................................................7 3.1 课程学时总体安排..........................................................................................................7 3.2 各知识单元内容和预期学习目标..................................................................................7 4 课堂教学设计和实施载体....................................................................................................12 5 课程实验教学.......................................................................................................................15 5.1 实验名称和安排............................................................................................................15 5.2 实验要求和教学组织....................................................................................................15 5.3 实验预习和实验报告要求............................................................................................17 5.4 实验教学在能力培养方面的具体措施....................................................................... 17 6 课程考核方案和依据...........................................................................................................17 6.1 课程考核方案................................................................................................................18 6.2 课程各考核项评价依据和标准................................................................................... 18 7 本次修订说明.......................................................................................................................22 8 其他需要说明的问题...........................................................................................................22
1课程基本信息 课程名称（中文）交直流调速系统 课程名称（英文） AC and DC Speed Control System 课程计划学时 64 课外学时建议 64 计划学时构成 理论学时52 实验学时12上机学时0 课外学时要求 线上学习要求：12 自主学习建议学时：52 先修课名称 (7120401)自动控制原理、(7020801)电机及拖动基础、(7099811)现代电 力申子技术 适用专业年级 电气工程及其自动化 开课单位 电气工程系 本课程为电气工程及其自动化专业的专业教有课程必修课，开设于第6学 期。本课程为学生从事电气工程领域的研究奠定基本的理论基础，让本专业的 学生熟悉常用交直流调速系统的工作原理和调试方法，培养学生分析和解决复 课程筒介 杂高性能交直流调谏系统问题的能力，为后续绕合实验课程奠定坚实的基础。 本课程注重平时考核和期末考试相结合，理论知识、仿真模拟和实验验证相 全面考核学生掌握知识、运用知识和实践解决问题的能力。期末考核形 为笔试闭卷。 基础资料： (1)《电力拖动自动控制系统》（第5版），阮毅杨影陈伯时主编，机械 业出版社，2016年，1SBN号：9787-111-54419- (2)《交直流调速系统》，李正熙杨立永主编，电子工业出版社，2013年， ISBN号：978-7-121-19493-1 散材和学习资源参考资料： (1) 《交直流调速系统与MATLAB仿真》，周渊深主编，中国电力出版社 2015年，1SBN号：978-7-5123-7250-4 (2)《现代电机控制技术》（第2版），王成元夏加宽孙宜标编著，机械 业出版社，2014年，1SBN:978-7-111-24901-6 (3)Permanent Magnet Synchronous and Brushless DC Motor Drives,R.Krishnan 大纲版本号 DG7226901-202108 前一版本号 DG7226901-201912 大纲修订人 张虎 修订时间 2021.08 课程团队负责) 张虎 实验教学审核人 胡长斌
3 1 课程基本信息 课程名称（中文） 交直流调速系统 课程名称（英文） AC and DC Speed Control System 课程计划学时 64 课外学时建议 9064 计划学时构成 理论学时 52 实验学时 12 上机学时 0 课外学时要求 线上学习要求：12 自主学习建议学时：52 先修课名称 （7120401）自动控制原理、（7020801）电机及拖动基础、（7099811）现代电 力电子技术 适用专业年级 电气工程及其自动化 开课单位 电气工程系 课 程 简 介 本课程为电气工程及其自动化专业的专业教育课程必修课，开设于第 6 学 期。本课程为学生从事电气工程领域的研究奠定基本的理论基础，让本专业的 学生熟悉常用交直流调速系统的工作原理和调试方法，培养学生分析和解决复 杂高性能交直流调速系统问题的能力，为后续综合实验课程奠定坚实的基础。 本课程注重平时考核和期末考试相结合，理论知识、仿真模拟和实验验证相结 合，全面考核学生掌握知识、运用知识和实践解决问题的能力。期末考核形式 为笔试闭卷。 教材和学习资源 基础资料： （1）《电力拖动自动控制系统》（第 5 版），阮毅 杨影 陈伯时主编，机械工 业出版社， 2016 年，ISBN 号：978-7-111-54419-7 （2）《交直流调速系统》，李正熙 杨立永主编，电子工业出版社，2013 年， ISBN 号：978-7-121-19493-1 参考资料： （1）《交直流调速系统与 MATLAB 仿真》，周渊深主编，中国电力出版社， 2015 年，ISBN 号：978-7-5123-7250-4 （2）《现代电机控制技术》（第 2 版），王成元 夏加宽 孙宜标编著，机械工 业出版社，2014 年，ISBN：978-7-111-24901-6 （3）Permanent Magnet Synchronous and Brushless DC Motor Drives，R.Krishnan， 2010，ISBN：978-0-8247-5384-9 大纲版本号 DG7226901-202108 前一版本号 DG7226901-201912 大纲修订人 张虎 修订时间 2021.08 课程团队负责人 张虎 实验教学审核人 胡长斌
专业负责人 周京华 审核时间 2021.08 学院批准人 徐继宁 批准时间 2021.09 2毕业要求与课程目标 2.1本课程支撑的毕业要求观测点 电气工程及其自动化专业2019版培养方案为本课程设置了6个观测点，具 体如下： (1)毕业要求观测点1-5：面向电力电子与电力传动和电力系统及其自动化 专业方向，掌握专业基础理论知识，具备将电气工程、控制工程、计算机科学与 技术等多学科基础知识应用于分析和解决复杂电气工程问题的能力。 (2)毕业要求观测点2-1：能利用数学、自然科学和工程科学的基本原理， 分析复杂电气工程问题的工作机理，针对复杂工程问题建立数学和物理模型并得 出恰当结论。 (3)毕业要求观测点3-1：能综合专业基础课程与专业方向的课程的学习知 识，针对复杂电气工程问题，制定具体的解决方案，设计系统参数。 (4)毕业要求观测点4-2：能根据实验步骤操作实验装置，正确采集和整理 实验数据，对实验数据和结果进行分析和解释，并与理论分析进行比较，通过信 息综合得出合理有效的结论。 (5)毕业要求观测点5-1：能开发、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。 (6)毕业要求观测点12-1：具有自主学习与终身学习并适应发展的能力。 2.2课程目标 根据电气专业毕业要求观测点，本课程设置了5个知识目标，5个能力目标 (简称：JZLTS-X),另根据教育部和学校要求，课程设置了1个思政目标，不 做输出目标考核。 知识目标： JZLTS-1:PWM变换器电动机系统的工作原理及调速特性 掌握并能解释、描述可逆PWM变换器输出电压、控制电压与占空比之间的 4
4 专业负责人 周京华 审核时间 2021.08 学院批准人 徐继宁 批准时间 2021.09 2 毕业要求与课程目标 2.1 本课程支撑的毕业要求观测点 电气工程及其自动化专业 2019 版培养方案为本课程设置了 6 个观测点，具 体如下： （1）毕业要求观测点 1-5：面向电力电子与电力传动和电力系统及其自动化 专业方向，掌握专业基础理论知识，具备将电气工程、控制工程、计算机科学与 技术等多学科基础知识应用于分析和解决复杂电气工程问题的能力。 （2）毕业要求观测点 2-1：能利用数学、自然科学和工程科学的基本原理， 分析复杂电气工程问题的工作机理，针对复杂工程问题建立数学和物理模型并得 出恰当结论。 （3）毕业要求观测点 3-1：能综合专业基础课程与专业方向的课程的学习知 识，针对复杂电气工程问题，制定具体的解决方案，设计系统参数。 （4）毕业要求观测点 4-2：能根据实验步骤操作实验装置，正确采集和整理 实验数据，对实验数据和结果进行分析和解释，并与理论分析进行比较，通过信 息综合得出合理有效的结论。 （5）毕业要求观测点 5-1：能开发、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。 （6）毕业要求观测点 12-1：具有自主学习与终身学习并适应发展的能力。 2.2 课程目标 根据电气专业毕业要求观测点，本课程设置了 5 个知识目标，5 个能力目标 （简称：JZLTS-X），另根据教育部和学校要求，课程设置了１个思政目标，不 做输出目标考核。 知识目标： JZLTS-1：PWM 变换器-电动机系统的工作原理及调速特性 掌握并能解释、描述可逆 PWM 变换器输出电压、控制电压与占空比之间的
关系：掌握PWM控制器与变换器的动态数学模型：理解掌握四象限运行特性及 电能回馈和泵升电压原理。 JZLTS-2:交直流调速系统双闭环调节器工程设计方法 建立转速、电流双闭环控制调速系统的动态数学模型：理解并掌握转速、电 流双闭环控制调速系统调节器作用及动态过程分析：掌握调节器的工程设计方法 及控制对象的工程近似处理方法。 JZLTS-3:基于稳态模型的异步电动机变压变频调速 理解并掌握变压变频调速的基本原理、电压补偿控制、不同磁通控制下的机 械特性：理解并能解释、描述电压空间矢量PWM控制的基本原理、电压与磁链 空间矢量的关系、期望电压空间矢量的合成及SVPWM的实现方法。 JZLTS-4:基于动态模型的异步电动机矢量控制 理解异步电动机的三相动态数学模型的性质：理解并能解释、描述坐标变换 的基本思路、异步电动机在正交坐标系下的状态方程：理解并掌握按转子磁链定 向矢量控制的基本思想、转子磁链计算的基本方法。 JZLTS5:基于动态模型的永磁同步电动机矢量控制 理解并掌握同步电动机的转矩角特性：永磁同步电动机动态数学模型的建 立：理解并能解释、描述永磁同步电动机在正交坐标系下的状态方程：掌握并能 够解释、描述按转子位置定向矢量控制的基本思想。 能力目标： JZLTS-6:分析、建模能力 能分析交直流调速系统各环节工作机理，建立各环节数学模型，搭建系统仿 真模型：能实现交直流调速系统双闭环调节器工程设计方法的数字控制仿真：能 实现异步电动机变压变频调速的数字控制仿真。 JZLTS-7:系统设计能力 能综合自动控制原理和现代电力电子技术等专业课程的学习知识，针对交直 流调速系统工程问题，进行系统各调节器参数设计：能设计完成异步电动机按转 子磁链定向矢量控制系统的数字控制仿真。 JZLTS-8:实验能力 能根据实验步骤操作实验装置，安全有效地开展交直流调速系统各项实验， 5
5 关系；掌握 PWM 控制器与变换器的动态数学模型；理解掌握四象限运行特性及 电能回馈和泵升电压原理。 JZLTS-2：交直流调速系统双闭环调节器工程设计方法 建立转速、电流双闭环控制调速系统的动态数学模型；理解并掌握转速、电 流双闭环控制调速系统调节器作用及动态过程分析；掌握调节器的工程设计方法 及控制对象的工程近似处理方法。 JZLTS-3：基于稳态模型的异步电动机变压变频调速 理解并掌握变压变频调速的基本原理、电压补偿控制、不同磁通控制下的机 械特性；理解并能解释、描述电压空间矢量 PWM 控制的基本原理、电压与磁链 空间矢量的关系、期望电压空间矢量的合成及 SVPWM 的实现方法。 JZLTS-4：基于动态模型的异步电动机矢量控制 理解异步电动机的三相动态数学模型的性质；理解并能解释、描述坐标变换 的基本思路、异步电动机在正交坐标系下的状态方程；理解并掌握按转子磁链定 向矢量控制的基本思想、转子磁链计算的基本方法。 JZLTS-5：基于动态模型的永磁同步电动机矢量控制 理解并掌握同步电动机的转矩角特性；永磁同步电动机动态数学模型的建 立；理解并能解释、描述永磁同步电动机在正交坐标系下的状态方程；掌握并能 够解释、描述按转子位置定向矢量控制的基本思想。 能力目标： JZLTS-6：分析、建模能力 能分析交直流调速系统各环节工作机理，建立各环节数学模型，搭建系统仿 真模型；能实现交直流调速系统双闭环调节器工程设计方法的数字控制仿真；能 实现异步电动机变压变频调速的数字控制仿真。 JZLTS-7：系统设计能力 能综合自动控制原理和现代电力电子技术等专业课程的学习知识，针对交直 流调速系统工程问题，进行系统各调节器参数设计；能设计完成异步电动机按转 子磁链定向矢量控制系统的数字控制仿真。 JZLTS-8：实验能力 能根据实验步骤操作实验装置，安全有效地开展交直流调速系统各项实验