010131020-机电传动控制教学大纲

《机电传动控制》课程教学大纲

课程代码：010131020

课程英文名称：Eectromechanical driving control

课程总学时：40 讲课：32 实验：8 上机：0

适用专业：机械设计制造及自动化、机械电子工程

大纲编写（修订）时间：2010.7

一、大纲使用说明

（一）课程的地位及教学目标

1．本课程是机械设计制造及自动化专业的一门主干专业基础课。

2．本课程的教学目标是使学生掌握机电传动控制系统的基本原理和基本控制电路的分析方法与设计方法。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求

1．掌握机电传动控制系统中固定程序的继电器-接触器控制和可编程序的PLC控制的基本原理、分析方法、设计方法及两者的关系。

2．掌握直、交流电动机的原理、特性及其晶闸管-电动机转速负反馈直流传动和交流电动机变频调速的基本概念、方法和原理以及相关电路的分析方法和计算方法。

3．具备一定的控制电路的分析能力与设计能力(包括继电器—接触器和PLC)。

（三）实施说明

本课程应重点讲授直流电动机的机械特性及晶闸管—电动机直流传动控制系统、交流电动机的机械特性及其变频调速控制、继电器—接触器的基本控制环节的分析方法、PLC梯形图的顺序控制设计方法。在PLC的应用设计上具有一定的深度和广度。

（四）对先修课的要求

本课程的先修课有：电工及电子技术、控制工程基础。

（五）对习题课、实践环节的要求

1．习题要求：习题应促进学生消化、巩固所学内容。习题要密切配合教师的讲授内容，注意要使概念类、分析类和设计类习题并存，培养学生的分析和设计能力。教师通过习题发现问题，改进教学，同时习题也是考核学生的依据之一。

2．实验要求：通过验证性和设计性实验，巩固、加深课堂讲授内容，培养学生的实际动手能力和解决实际问题的能力。继电器—接触器基本控制环节实验，要求学生加深对元件的动作原理和基本环节工作原理和工作过程的认识。PLC实验要求学生加深了解并掌握PLC应用设计的全过程，包括梯形图的设计、指令程序的编写与输入以及I/O口的连接和调试。

（六）课程考核方式

1.考核方式：闭卷考试。

2.考核目标：使学生掌握交直流电动机的基本原理、特性和控制方法，掌握继电器-接触器控制电路的分析方法，掌握PLC的设计方法。

3.成绩构成：闭卷考试的卷面成绩占70%，实验成绩占20%，平时成绩（出勤、作业等）占10%。

（七）参考书目

《机电传动控制基础》，陈白宁等主编，东北大学出版社，2008

《PLC编程及应用》，廖常初编著，机械工业出版社，2006。

二、中文摘要

本课程主要介绍机电传动系统的基本知识；交直流电动机的工作原理和特性（包括机械特性、启动特性、调速特性、制动特性）；直流电动机的传动控制技术；继电器-接触器控制的常用电气元件和基本控制电路的分析方法；PLC的基本原理、常用指令、PLC顺序功能图设计方法梯形图设计方法。

三、课程学时分配表

序号教学内容学时讲课实验上机

1 机电传动系统的动力学基础

2 2

2 直流电机的工作原理和特性 6 6

2

2.1 直流电机的基本结构及工作原理、他励直

流电动机的机械特性

2.2 他励直流电动机的启动特性和调速特性 2

2.3 他励直流电动机的制动特性 2

3 直流传动控制系统

4 4

3 3

4 交流电机的工作原理、特性及其变频调速

控制

5 继电器—接触器控制系统 5 3 2

继电器—接触器基本控制环节实验2

6 可编程序控制器（PLC）20 14 6

6.1 PLC基本组成和工作原理 2

6.2 S7-200PLC的用户环境、程序结构及位逻

2

辑指令

6.3 定时器和计数器指令 2

PLC基本操作实验 2

6.4 数字量控制系统梯形图程序设计方法 4

6.5 顺序控制设计法与顺序功能图 4

PLC循环控制实验2

PLC综合实验2

合计40 32 8

四、教学内容及基本要求

第1部分机电传动系统的动力学基础

总学时(单位：学时):2 讲课 2 实验0 上机0

具体内容：

1）单轴系统的运动方程式

2）转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算

3）生产机械的机械特性和系统稳定运行的条件。

重点：

多轴系统相关变量的折算方法及系统稳定运行的条件。

难点：

多轴系统相关变量的折算方法。

习题内容：

机电传动动力学基础练习

第2部分直流电机的工作原理与特性

总学时(单位：学时):6 讲课 6 实验0 上机0

第2.1部分直流电机的基本结构及工作原理、他励直流电动机的机械特性（讲课2学时）具体内容：

1)直流电动机的工作原理；

2)他励直流电动机的机械特性（固有特性、人为特性）。

重点：

他励直流电动机的机械特性计算。

难点：

他励直流电动机的机械特性计算。

习题内容：

他励直流电动机的原理分析和机械特性计算练习。

第2.2部分他励直流电动机的启动特性和调速特性（讲课2学时）

具体内容：

1) 他励直流电动机的启动特性原理分析与计算；

2）他励直流电动机的调速特性原理分析与计算；

3）他励直流电动机的制动特性原理分析与计算。

重点：

他励直流电动机的调速特性计算。

难点：

他励直流电动机的调速特性计算。

习题内容：

他励直流电动机的调速特性计算练习。

第2.3部分他励直流电动机的制动特性（讲课2学时）

具体内容：

他励直流电动机的制动特性的原理分析与计算

重点：

他励直流电动机的制动特性计算。

难点：

他励直流电动机的制动特性计算。

习题内容：

他励直流电动机的制动特性计算练习。

第3部分直流传动控制系统

总学时(单位：学时):4 讲课 4 实验0 上机0

具体内容：

1）直流传动控制系统的静特性；

2）晶闸管-电动机的单闭环有静差转速负反馈；

3）晶闸管-电动机的单闭环无静差转速负反馈。

重点：

直流传动控制系统的静差度计算、有静差和无静差控制系统的控制原理。

难点：

有静差和无静差控制系统的控制原理。

习题内容：

直流电动机的特性分析与计算。

第4部分交流电机的工作原理、特性及其变频调速控制

总学时(单位：学时):3 讲课 3 实验0 上机0

具体内容：

1）交流电动机的原理；

2）三相交流异步电动机的机械特性（固有特性、人为特性）；

3）三相交流异步电动机的启动特性；

4）三相交流异步电动机的调速特性调速特性及其变频调速控制方法；

5）三相交流异步电动机的制动特性。

重点：

三相交流异步电动机的机械特性及其变频器的外特性和使用方法。

第5部分继电器—接触器控制系统

总学时(单位：学时):5 讲课 3 实验2 上机0

具体内容：

1）常用控制电器与执行电器；

2）继电器—接触器基本控制电路。

重点：

继电器—接触器基本控制电路分析方法。

习题内容：

继电器—接触器控制电路的分析。

实验：

继电器—接触器基本控制环节实验(2学时）。

第6部分可编程序控制器（PLC）

总学时(单位：学时):20 讲课 14 实验6 上机0

第6.1部分 PLC基本组成和工作原理（讲课2学时）

具体内容：

1）PLC的结构和工作原理；

2）PLC的软硬件基础；

3）S7-200 PLC介绍。

重点：

PLC的原理和数据结构。

习题内容：

PLC的数据结构。

第6.2部分 S7-200PLC的用户环境、程序结构及位逻辑指令（讲课2学时）具体内容：

1）S7-200PLC的用户环境；

2）S7-200PLC的程序结构；

3）S7-200PLC的位逻辑指令。

重点：

PLC的位逻辑指令。

难点：

根据梯形图写指令。

习题内容：

根据梯形图写指令练习。

第6.3部分定时器和计数器指令（讲课2学时）

具体内容：

1）定时器的原理与编程方法；

2）计数器的原理与编程方法。

重点：

定时器计数器的原理与应用。

难点：

定时器计数器的编程方法。

习题内容：

定时器计数器应用。

实验：

PLC基本操作实验(2学时）。

第6.4部分数字量控制系统梯形图程序设计方法（讲课4学时）

具体内容：

1）数字量控制系统梯形图程序设计方法；

2）数字量控制系统梯形图编程举例。

重点：

数字量控制系统梯形图程序的经验设计方法。

习题内容：

根据要求，用经验设计设计梯形图练习。

第6.5部分顺序控制设计法与顺序功能图（讲课4学时）

具体内容：

1）顺序控制设计方法介绍；

2）顺序功能图设计方法；

3）根据应用问题设计顺序功能图方法及举例；

4）根据顺序功能图设计梯形图方法及举例。

重点：

1）根据应用问题设计顺序功能图；

2）根据顺序功能图设计梯形图。

难点：

根据应用问题设计顺序功能图及梯形图。

习题内容：

1）根据应用问题设计顺序功能图；

2）根据顺序功能图设计梯形图。

实验：

1）PLC循环控制实验(2学时）；

2）PLC综合实验(2学时）。

编写人：陈白宁

任晓虹

王海

审核人：陈白宁

批准人：丁茹