10级自动化专业方向选择参考手册.docx

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10级自动化专业方向选择参考手册

课程组A-----运动控制方向简介

运动控制（motioncontrol）是以电机为对象，以电力电子变换器为弱电控制强电的媒质，以自动控制理论为分析和设计基础，以电子线路或计算机为控制系统实现的手段，实施物体位置、速度等物理量的控制。

它是实现自动化的基石，学科交叉是运动控制技术的主要特点，从事该方向研究与应用的人员必须具备扎实的电路理论、自动控制理论、电机拖动基础、数字与模拟电子技术、电力电子技术、微机控制、计算机仿真、计算机网络等相关知识。

运动控制技术在改善人类生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗等方面起着巨大作用，已广泛应用于数控机床、工业机器人、冶金、化工设备、雷达、军用装置、家电等领域。

在机电一体化技术迅速发展、全球倡导节能环保和低碳经济的今天，运动控制技术作为其关键支撑技术，无疑将会得到前所未有的发展与应用。

运动控制既是实用性很强的一门技术，同时也是一个重要的研究领域。

因此，攻读该方向的本科学生毕业后既可在化工、电力、医药、轻工、通信、电子产品生产等行业，从事与自动化专业相关的开发设计、制造、管理、服务等方面的工作；也可选择在运动控制及相关领域进行深造。

华中科技大学控制科学与工程系自动化研究所的主要研究方向就是运动控制，在该领域的研究水平处于国内前列。

建议有志报考攻读该所研究生的学生修读运动控制方向的课程。

课程组A由《电力拖动与电气控制》、《功率电子技术》、《运动控制系统》、《DSP原理及应用》四门课程和两门综合性实验课程组成。

下面是课程组A的详细课程大纲。

<<电力拖动与电气控制>>课程教学大纲

一、课程名称：

电力拖动与电气控制

ElectricalMachinesDrivesandElectricalControl

二、课程编码:

0801511

三、学时与学分：

60+4/4

四、先修课程：

物理学、电路

五、课程教学目标

1、让学生了解交直流电动机在现代电气运动控制系统基本构成中的重要角色与作用。

2、让学生掌握交直流电动机的运行原理和模型建立方法，以及通过平衡方程与等值电路分析电动机运行机械特性、机电能量转换关系的方法。

3、让学生掌握运动控制系统中对交直流电动机的起动、调速和制动实施正确控制的基本原理与方法。

六、适用学科专业

自动化专业

七、基本教学内容与学时安排

第一章直流电动机原理（10学时）

1.1直流电动机的基本工作原理与结构特征

1.2电磁转矩与电枢电势

1.3电势平衡方程

1.4转速特性与机械特性

第二章直流电力拖动原理（10学时）

2.1直流电力拖动系统的运动方程式

2.2起动

2.3转速调节

2.4制动

2.5直流电力拖动系统的动态过程

第三章变压器原理（6学时）

3.1变压器的基本工作原理

3.2变压器运行分析与等值电路

3.3三相变压器

3.4电力拖动中的特殊变压器

第四章异步电动机原理（14学时）

4.1异步电动机基本工作原理

4.2定子绕组、磁通势与定子磁场

4.3三相异步电动机运行分析

4.4利用等值电路分析异步电动机的运行特征

第五章三相异步电动机的起动（6学时）

5.1异步电动机直接起动的问题与对策

5.2绕线转子异步电动机的起动

5.3笼型异步电动机的起动

第六章三相异步电动机的调速（4学时）

6.1改变转差率调速

6.2变频调速

第七章三相异步电动机的制动（6学时）

7.1回馈制动

7.2反接制动

7.3能耗制动

第八章微型电机与特殊电机（4学时）

8.1微型电动机

8.2其他特殊电机

实验内容及学时安排

实验1直流电动机运行实验（2学时）

固有机械特性，人为机械特性（调压，串电阻，弱磁）

实验2异步电动机（绕线式）运行实验（2学时）

固有机械特性，转子串电阻人为机械特性，电动机等值电路参数测定。

八、教材及参考书

李浚源、秦忆、周永鹏，电力拖动基础，华中科技大学出版社，2000年

九、考核方式

考试＋作业＋实验

<<功率电子技术>>课程教学大纲

一、课程名称：

功率电子技术PowerElectronics

二、课程编码：

0808453

三、学时与学分：

40+8/3

四、先修课程：

电路理论，模拟电路，数字电路，复变函数，控制理论，电力拖动基础

五、课程教学目标：

<<功率电子技术>>是工科引导性专业目录中电气工程与自动化专业的专业基础课，几乎所有与电力、电子有关的高科技领域都涉及到该技术，它应是专业人员从事相关工作所必须具有的基础知识。

该课程的教学目标是：

1、掌握几种常用电力半导体开关器件的工作原理、特点、特性、电气参数及应用。

2、掌握几种基本电力电子变换电路的工作原理、波形分析、设计计算、控制方法。

3、掌握该领域最基本的实验技能及测试方法。

4掌握PWM控制技术和软开关技术。

5、了解电力电子变换和控制技术在国民经济中的重要地位，以及发展方向和应用前景。

6、培养学生利用经济技术指标来思考和解决工程问题。

六、适用学科专业：

自动化专业、电气工程及其自动化专业、机电一体化专业，及其它相关专业

七、基本教学内容与学时安排：

●第一章绪论（2学时）

1.1电力电子技术的概念

1.2电力电子技术的发展史

1.3电力电子技术的应用

1.4电力电子变换电路的基本类型

●第二章电力电子器件（6学时）

2.1电力二极管的工作原理、特性和主要参数

2.2晶闸管SCR的工作原理、特性和主要参数

2.3门极可关断晶闸管GTO的工作原理、特性和主要参数

2.4电力晶体管GTR工作原理、特性和主要参数

2.5电力场效应晶体管P-MOSFET工作原理、特性和主要参数

2.6绝缘门极双极型晶体管IGBT工作原理、特性和主要参数

●第三章电力电子器件的辅助电路（4学时）

3.1电力电子器件的驱动

3.2电力电子器件的保护

3.3电力电子器件的串联和并联

●第四章整流电路（12学时）

4.1单相半波可控整流电路

4.2单相全波可控整流电路

4.3单相桥式可控整流电路

4.4单相桥式半控整流电路

4.5三相半波可控整流电路

4.6三相桥式可控整流电路

4.7变压器漏感对整流电路的影响

4.8电容滤波对整流电路的影响

4.9整流电路的谐波和功率因数

4.10整流电路的有源逆变工作状态

4.11整流电路的同步触发控制及定相问题

●第五章直流斩波电路（4学时）

5.1基本斩波电路（降压、升压、升降压、CUK）

5.2桥式可逆斩波电路

●第六章逆变电路（4学时）

6.1电压型逆变电路

6.2电流型逆变电路

●第七章PWM控制技术（6学时）

7.1PWM控制原理

7.2PWM控制方法

7.3PWM跟踪控制技术

7.4PWM整流电路

●第八章软开关技术（4学时）

8.1软开关的基本概念

8.2软开关电路的分类

8.3典型的软开关电路

●第九章组合变换电路（6学时）

9.1间接交流变流电路

9.2间接直流变流电路

八、教材及参考书：

王兆安、黄俊主编，电力电子技术（第4版），西安交通大学，机械工业出版社，2003年

九、考核方式：

书面考试+课堂小测验+作业+实验

《运动控制系统》课程教学大纲

一、课程名称：

运动控制系统MotionControlSystem

二、课程编码：

0804293

三、学时与学分：

48+8/3

四、先修课程：

电路理论，模拟电路，数字电路，复变函数，控制理论，电力拖动与电气控制，功率电子技术

五、课程教学目标：

1.以电机为对象，以电力电子功率变换器为弱电控制强电的媒质，以自动控制理论为分析和设计基础，以电子线路或计算机为控制手段，掌握运动控制系统的控制规律及设计方法；

2.通过相应的实验课程巩固理论知识，验证设计方法，提高学生的综合能力。

以控制规律为主线，根据实际学时，按照循序渐进的原则组织教学内容。

六、适用学科专业：

自动化专业、电气工程及其自动化专业及其它相关专业

七、基本教学内容与学时安排：

●第一章闭环控制的直流调速系统（8学时）

1.1直流调速系统用的可控直流电源（1学时）

1.2V-M系统的主要问题（1学时）

1.3PWM脉宽调速系统（1学时）

1.4反馈控制闭环调速系统的稳态分析和设计（2学时）

1.5反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计（2学时）

1.6无静差调速系统和积分、比例积分控制规律（1学时）

●第二章转速、电流双闭环控制的直流调速系统（10学时）

2.1转速、电流双闭环调速系统及其静态特性和动态性能（3学时）

2.2调节器的工程设计方法（4学时）

2.3按工程设计方法设计双闭环调速系统的转速调节器和电流调节器（3学时）

●第三章调速系统的数字控制（4学时）

3.1微型计算机数字控制的主要特点（1学时）

3.2微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件（1学时）

3.3数字测速（1学时）

3.4数字PI调节器（1学时）

●第四章位置随动系统（4学时）

4.1位置随动系统的组成与特征（1学时）

4.2位置传感器（1学时）

4.3位置随动系统的动态校正与控制（2学时）

●第五章异步电动机变压变频调速系统（22学时）

5.1交流调速的基本类型（1学时）

5.2变频调速的基本控制方式（1学时）

5.3转速开环、恒压频比控制的变频调速系统（2学时）

5.4转速闭环、转差频率控制的变频调速系统（2学时）

5.5异步电动机的多变量数学模型和坐标变换（6学时）

5.6矢量控制的变频调速系统（4学时）

5.7空间电压矢量与直接转矩控制系统（4学时）

5.8全数字矢量控制异步电动机调速系统实例（2学时）

八、教材及参考书：

1.电力拖动自动控制系统---运动控制系统（第3版），上海大学陈伯时主编，机械工业出版社，2003年

九、考核方式：

书面考试+平时小测验+作业

<>课程教学大纲

一、课程名称：

DSP原理与应用PrincipleandApplicationofDSP

二、课程编码：

0804681

三、学时与学分：

24+8/2

四、先修课程：

微机原理或单片微机原理

五、课程教学目标

1.帮助学生熟悉数字信号处理器（DSP）的特征、工作原理、指令系统以及内部接口电路；

2.培养学生在自动化、检测技术、信号处理以及电力传动等领域应用DSP的能力，培养学生设计和开发DSP系统的能力。

六、适用学科专业

自动化、测控技术及仪器、电气工程、电子科学及相关专业

七、基本教学内容与学时安排

●第一章DSP概述（2学时）

1.1DSP芯片的特征

1.2DSP芯片发展过程

1.3TI公司DSP芯片的简介

●第二章TMS320X240结构（4学时）

2.1结构概述

2.2TMS320X240CPU控制器

2.3存储器管理

2.4系统控制

2.5I/O接口模块概述

●第三章TMS320X240DSP系统资源（3学时）

3.1系统功能

3.2系统中断

3.3PLL时钟

3.4看门狗和实时中断

●第四章TMS320X240的指令系统（6学时）

4.1寻址方式

4.2TMS320X240指令介绍

●第五章集成开发环境简介（2学时）

5.1常用伪指令

5.2集成开发环境介绍

5.3头文件及命令文件

●第六章事件管理器模块（5学时）

6.1事件管理器模块概述

6.2通用定时器

6.3比较单元

6.4脉宽调制电路

6.5捕捉单元

6.6正交编码器脉冲电路

6.7事件管理器中断

●第七章模数转换器模块（1学时）

7.1双10位模数转换器概述

7.2模数转换器工作原理

7.3模数转换器寄存器

●第八章数字I/O端口模块（1学时）

8.1数字I/O端口概述

8.2数字I/O端口引脚功能

8.3数字I/O端口控制寄存器

●第九章实验（8学时）

9.1通用定时器及中断

9.2PWM的产生

9.3数字I/O的操作

八、教材及参考书

何苏勤王忠勇TMS320C2000系列DSP原理及应用实例北京：

电子工业出版社2003

九、考核方式

书面考试+作业+实践表现

课程组B-----过程控制方向的研究内容：

工业过程可以分为连续过程工业、离散过程工业和间隙过程工业。

其中，连续过程工业所占的比重最大，涉及石油、化工、冶金、电力、轻工、纺织、医药、建材、食品等工业部门，连续过程工业的发展对于我国国民经济意义重大。

过程控制主要是指连续过程工业的过程控制。

生产过程是指物料经过若干加工步骤而成为产品的过程。

该过程中通常会发生物理化学反应、生化反应、物质能量的转换与传递等等，或者说生产过程表现为物流变化的过程。

伴随物流变化的信息包括体现物流性质（物理特性和化学成分）的信息和操作条件（温度、压力、流量、液位或物位等）的信息。

生产过程的总目标，应该是在可能获得的原料和能源条件下，以最经济的途径将原物料加工成预期的合格产品。

为了达到目标，必须对生产过程进行监视与控制。

因此，过程控制的任务是在充分了解生产过程的工艺流程和动静态特性的基础上，应用理论对系统进行分析与综合，以生产过程中物流变化信息量作为被控量，选用适宜的技术手段，实现生产过程的控制目标。

过程控制系统由过程检测、变送和控制仪表、执行装置等组成．通过各种类型的仪表完成对过程变量的检测、变送和控制，并经执行装置作用于生产过程。

这些仪表可以是气动仪表、电动仪表，可以是模拟仪表也可以是计算机或者智能仪表。

随着计算机技术的应用，大量的数字式仪表应运而生，数字通信得到实际应用，现场总线仪表和现场总线控制系统的出现标志着新型仪表革命的到来。

不管采用什么仪表或计算机装置，从过程控制的基本组成来看．过程控制系统总是包括过程变量的检测变送、对信号的控制运算和输出到执行装置，完成所需操纵变量的改变，从而达到所需控制目标（或指标）。

由连续生产的特征可知，过程工业更强调实时性和整体性。

协调复杂制约因素，求得全局优化，也是十分重要的。

因此，有必要采用智能控制方法和计算机控制技术。

就业领域

1、大型石化、电力、核电、冶金、食品、制药等企业以及自动化工程公司——主要是过程控制系统设计和实现；

2、专门的自动化装备公司如西门子、罗克韦尔、艾默生等——技术支持

3、组态软件公司——组态软件开发

4、传感器及仪表公司

课程组B由《运动控制原理》、《自动化仪表与执行器》、《过程控制系统》、《集散控制系统与组态软件》

《过程控制原理》：

介绍物质能量的转换与传递、物流变化的过程物理化学原理及动态和静态特性；

《自动化仪表与装置》：

构成过程控制系统常用的检测手段和执行手段；

《过程控制系统》：

常用控制系统的系统设计方法；

《集散控制系统与组态软件》：

先进过程控制系统的架构以及工具

下面是课程组B的详细课程大纲：

《过程控制原理》教学大纲

一、课程名称：

过程控制原理（Principleofprocesssystem）

二、课程编码：

0821611

三、学时与学分：

80/5（其中16学时实验）

四、先修课程：

微积分，大学物理

五、课程教学目标

1．帮助学生获得化工单元操作原理，典型设备的构造及工艺尺寸的计算（或选型）。

2.通过本课程的学习，使学生具备分析和解决有关单元操作等各种问题的能力。

3、培养学生具有从工程技术观点出发，考虑和处理问题的能力；熟练地进行化工基本运算的能力。

使学生具备在化工生产中强化生产过程、提高产品质量、提高设备能力及效率、降低设备投资及产品成本、节约能耗、防止污染以及加速新技术开发等方面的能力。

4、通过对基本原理、工程计算和典型设备的讲授，培养学生从过程的基本原理出发，观察、分析、综合、归纳众多影响因素，从中找出问题的主要方面，运用所学知识解决工程问题的科学思维能力和创新思维能力。

5、通过本课程学习，培养学生的自学能力和独立工作能力，能根据所处理问题的需要，寻找、阅读有关手册、参考书、文献资料并理解其内容。

六、适用学科专业

自动化

七、基本教学内容与学时安排

第一章绪论（2学时）

1.1化工过程与单元操作

1.2本课程性质与任务

第二章流体流动（16学时）

2.1流体流动概述

2.2流体静力学

2.3流体动力学

2.4管内流体流动中的阻力

2.5管路的计算

2.6流量的测定

第三章流体输送机械（6学时）

3.1离心泵特性

3.2压缩机

3.3其他输送设备

第三节相似原理在离心泵中的应用

第四节其它流体输送机械

第四章传热过程（14学时）

4.1热传导

4.2对流传导

4.3传热过程的计算

4.4换热器

第五章蒸馏（14学时）

5.1液体蒸馏概述

5.2汽-液相平衡原理

5.3简单蒸馏与平衡蒸馏

5.4双组分连续蒸馏

第六章讨论课（12学时）

6.1流体流动计算

6.2传热计算

6.3精馏计算

实验教学内容与要求：

1,离心泵性能实验（4学时）

2,强制对流传热膜系数的测定实验（6学时）

3,精馏实验（6学时）

八、教材及参考书

1.谭天恩等，《化工原理》第三版，化学工业出版社。

2.天津大学化工原理教研室编，《化工原理》第四版，化学工业出版社。

3.杨祖荣主编。

化工原理。

北京：

化学工业出版社，2004

九、考核方式

书面考试＋讨论、作业＋实践表现

《自动化仪表与执行器》教学大纲

一、课程名称：

自动化仪表与执行器（AutomationInstruments）

二、课程编码：

0821621

三、学时与学分：

32/2

四、先修课程：

模电、数电、电路、控制原理、传感器技术

五、课程教学目标

通过本课程的学习，使学生理解和掌握以下基本知识，具体要求如下：

（1）自动控制系统的基本组成和分类，自动化仪表在系统中的作用；

（2）掌握各种检测仪表、变送仪表、显示仪表和控制器的作用和工作原理；

（3）掌握智能化测量控制仪表组成，软、硬件抗干扰措施及数据处理技术和测量控制算法。

（4）会进行常用检测、变送仪表的测量和使用，会在系统中合理的使用仪表；

（5）熟悉一种智能仪表，并会进行测试和使用。

六、适用学科专业

自动化

七、基本教学内容与学时安排

第一章绪论（2学时）

课程性质和特点介绍;

自动化仪表的分类、主要性能指标

第二章检测仪表（8学时）

温度检测仪表

流量检测仪表

物位检测仪表

成分检测仪表

第三章变送仪表（4学时）

压力变送器组成与原理

差压变送器的组成与原理

温度变送器的组成与原理

第四章显示仪表（4学时）

显示仪表的作用和分类

动圈式显示仪表

自动平衡式显示仪表

数字式显示仪表

第五章执行器（4学时）

气动执行器

阀门定位器

电动执行器

第六章智能仪表（10学时）

智能仪表概述

智能仪表和单片机

智能仪表的ADC和DAC的介绍

智能仪表中的硬件、软件抗干扰技术

智能化仪表中的数据处理

常用测量和控制算法

八、教材及参考书

1，张宏建，蒙建波，《自动检测技术与装置》，化学工业出版社

2，周泽魁主编，《控制仪表与计算机控制装置》，化学工业出版社

九、考核方式

书面考试＋讨论、作业

<<过程控制系统>>课程教学大纲

一、课程名称：

过程控制系统ProcessControlSystem

二、课程编码：

0804282

三、学时与学分：

40/2.5

四、先修课程：

自控原理、检测技术、过程控制原理

五、课程教学目标

1、通过本课程的学习，使学生获得过程控制系统分析、设计和投运的基础理论知识和工程应用方法，为今后从事专业工作打下基础。

2、了解工业自动化发展的动态和趋势；

六、适用学科专业

自动化、仪表与检测

七、基本教学内容与学时安排

●第一章绪论（2学时）

1.1工业自动化发展的历史、现状和发展趋势；

1.2工业过程控制系统的结构和组成，性能参数指标，设计步骤及应用举例；

●第二章过程数学模型及其建立方法（6学时）

2.1工业过程对象的机理建模；

2.2工业过程对象的实验建模；

●第三章单回路控制系统设计（6学时）

3.1单回路控制系统的结构和组成；

3.2被控参数和控制参数的选取；

3.3执行器的种类和选择；

3.4控制器的选择，PID的物理意义；

3.5单回路系统的参数整定；

3.6单回路系统投运；

●第四章提高系统性能的控制系统（12学时）

4.1串级控制系统；

4.2前馈控制系统；

4.3有纯延迟的控制系统；

●第五章特殊要求的控制系统（10学时）

5.1比值控制系统

5.2均匀控制系统

5.3分程控制系统

5.4选择性控制系统

5.5阀位控制系统

●第六章集散控制系统介绍（4学时）

6.1多变量系统的关联分析

6.2多变量系统的变量匹配

6.3多变量解耦控制系统设计

八、教材及参考书

俞金寿，蒋慰孙，过程控制工程（第三版），电子工业出版社，2007年

九、考核方式

书面考试＋讨论、作业

《集散控制系统与组态软件》课程教学大纲

一、课程名称：

集散控制系统与组态软件（Distributioncontrolsystemandsoftware）

二、课程编码:

0821641

三、学时与学分：

40/2.5

四、先修课程：

《控制理论》、《工程控制系统》、《自动化仪器与执行器》、《计算机网络》等

五、课程教学目标

本课程是自动化专业本科生的专业限选课程。

本课程使学生掌握集散控制系统的设计思想，知道如何安装和使用集散控制系统，以及如何在工程设计中合理地应用集散控制系统。

尤其对集散控制系统组态软件产生、发展的技术背景及发展趋势做了介绍，并以国家“九五”计划项目力控软件作为具体示例，系统地讲述组态软件的系统结构、原理、功能及技术指标。

着重就自动化工程中普遍遇到的要求，介绍如何利用监控组态软件的标准功能模块进行定制实现，满足工程上的要求。

本课程的任务是使学生了解组态软件的系统结构、原理、功能及技术指标，掌握组态软件的应用。

六、适用学科专业

  自动化、物流自动化、测控技术及仪器

七、基本教学内容与学时安排

第一章DCS系统概论（2学时）

1.1DCS的层次结构

1.2DCS的硬件结构

1.3DCS的软件结构

1.4DCS的网络结构

第二章集散控制系统的硬件结构（8学时）

2.1过程控制站；

2.2运行员操作站；

2.3工程师工作站；

第三章集散控制系统的软件系统（10学时）

3.1系统设备组态

3.2控制功能组态

3.3操作画面组态

3.4数据库设计

第四章集散控制系统的通信系统（6学时）

4.1集散控制系统网络结构

4.2集散控制系统通信协议

第五章集散控制系统应用设计（6学时）

5.1集散控制系统应用工程设计

5.2集散控制系统应用实例分析

第六章现场总线控制系统（8学时）

6.1现场总线控制系统分类

6.2FCS的现场控制层

6.3FCS的应用设计

   八、教材