运动控制系统工程(512)

伺服控制系统工程师（高科技板块）岗位职责
伺服控制系统工程师（高科技板块）是负责设计和开发伺服控制系统的专业人员。

其职责主要包括：
1. 负责伺服控制系统的设计与开发，包括伺服电机、驱动器、编码器、控制器等的选型、参数调试及程序编写等工作；
2. 开展系统测试、调试、验证和优化，确保系统性能达到设计要求，包括运动控制精度、速度响应、稳定性等指标；
3. 负责独立开展系统故障排查与维修，解决系统运行中出现的问题，确保系统的稳定运行；
4. 参与项目组的技术研究、方案讨论和技术攻关，为产品技术发展提供专业支持；
5. 完成系统设计文档及测试报告的编写，提供系统设计的技术支持和培训。

以上是伺服控制系统工程师（高科技板块）的主要职责。

为了胜任这个职位，需要具备以下技能和能力：
1. 掌握电气控制原理、运动控制、伺服控制器等相关知识；
2. 具备较强的电路设计及调试能力，熟悉电路仿真软件（如Altium Designer, EAGLE等）的使用；
3. 熟练掌握C/C++等编程语言及运用，具备嵌入式系统开发经验；
4. 具备较强的项目管理和沟通能力，能够快速适应项目开发的多变环境；
5. 具备一定的英语阅读、写作和口语能力，能够阅读和理解相关技术文献和国际标准。

综上所述，伺服控制系统工程师（高科技板块）是一项技术性颇高的岗位，需要较高的学习经验和实践经验，同时需要具有比较强的团队协作和沟通能力。

在这个领域成长，需要不断学习新的技术和知识，掌握最新的电气控制和运动控制技术，提高自身技能和竞争力。

《运动控制系统》课程教学大纲课程名称：运动控制系统课程代码：学分/学时：3学分/51学时开课学期：秋季学期（大四上）适用专业：机械工程及自动化、核科学与工程、航空航天工程等相关专业的本科生与研究生先修课程：高等数学（常微分方程，积分变换），模型、分析与系统控制，电工与电子技术，机械测试技术及其应用后续课程：开课单位：机械与动力工程学院一、课程性质和教学目标运动控制系统包括电机、驱动器、控制器和传感器。

通过这门课程的学习，能够设计和开发所需的运动控制系统，驱动机械机构完成规定的动作。

用于运动控制的电机主要为交流电机，包括感应电机、永磁同步电机、直流无刷电机步进电机。

驱动器将电网固定的电压、频率改变为可控的电压、频率、电流供给电机，控制电机的转矩、速度、位置、加速度。

控制器将特定的工艺要求转变成控制命令，以数字、模拟等信号形式控制驱动器。

传感器将物理量转变成特定要求的电压或电流，供控制器感知系统的状态，修正控制命令。

这门课程的学习应把握基本原理、器件、算法及三者的内在联系。

基本原理包括上述各种电机的基本原理、电机的控制理论。

器件包括常用的传感器、功率器件、微控制器及电子元件。

算法是基本原理和器件的结合，将抽象的理论具体化，零散的器件集成化，程序模块化。

(A4, A5, B1, B2, B4, C3, C4)二、课程教学内容及学时分配（含实践、自学、作业、讨论等的内容及要求）第1章运动控制系统的构成与控制结构（3学时/课堂教学）(A5.1)内容：了解运动控制系统由执行器、驱动器、控制器和传感器等部件组成；掌握各组成部件在系统中的作用；了解现有的执行器种类，如气缸、电机、压电陶瓷等，并了解各类执行器的固有特性、适用的应用范围及常用的应用场合；了解传感器的种类及其原理，如光栅尺、码盘、激光干涉仪、电容传感器等，学习各类传感器的特性及适用范围。

了解适用matlab中的simulink模块搭建运动控制系统的仿真程序。

完成必读书目隐性学分的要求：从以下49本必读书目中，可任选四门,每门读书笔记不得少于3000字。

1、智能控制刘金琨电子工业出版社2、自动控制原理及应用高等教育出版社3、现代控制工程绪方胜彦（日) 电子工业出版社4、智能控制蔡自兴电子工业出版社5、电机控制贺益勇浙江大学出版社6、电路分析基础（上、下）第四版李瀚林高等教育出版社7、模拟电子技术基础(第四版）童诗白高等教育出版社8、数字电子技术基础（第五版)闫石高等教育出版社9、微机原理及应用徐晨高等教育出版社10、现代检测技术周杏鹏高等教育出版社11、单片机原理及应用张毅刚高等教育出版社12、电气工程概念范瑜高等教育出版社13、运动控制系统李宁等高等教育出版社14、电力系统分析孟祥萍高等教育出版社15、信号与系统郑君里高等教育出版社16、信号与系统第三版管侄中高等教育出版社17、信号与线性系统曾黄麟重庆大学出版社18、信号与线性系统分析第二版吴大正高等教育出版社19、计算机网络第四版特南鲍姆（美) 清华大学出版社20、计算机网络高传善人民邮电出版社21、计算机组成原理将本珊清华大学出版社22、计算机组成原理与汇编语言程序设计第二版徐洁电子工业出版社23、电气控制与可编程控制器技术史国生化学工业出版社24、小型可编程控制器使用技术王兆义机械工业出版社25、单片机与可变成控制器应用技术陈富安电子工业出版社26、数字信号处理斯瑞尼娃山著王凤文译北京邮电大学出版社27、数字信号处理基础及MATLAB实现周辉、董正宏中国林业出版社28、电力系统分析陈怡中国电力出版社29、电力系统分析与设计(英文版第三版）J.邓肯。

格洛弗提高性、拓展性阅读书籍30、自适应控制理论与应用吴振顺哈尔滨工业大学出版社31、神经网络控制徐丽娜哈尔滨工业大学出版社32、神经网络设计戴葵机械工业出版社33、模糊系统与模糊控制王立新清华大学出版社34、遗传算法原理与应用周明国防工业出版社35、模糊控制技术廉小亲中国电力出版社36、智能优化算法及其应用王凌清华大学出版社37、遗传算法及其应用陈国良人民邮电出版社38、线性系统理论第二版郑大钟清华大学出版社39、模式识别第二版边肇祺清华大学出版社40、过程识辨方崇智清华大学出版社41、系统工程概论夏绍慧清华大学出版社42、过程计算机控制方崇智清华大学出版社43、信息理论基础常迥清华大学出版社44、线性控制系统的能控性和能观测性关肇直科学出版社45、系统与控制理论中的线性代数黄琳科学出版社46、矩阵论戴华科学出版社47、最优化理论与算法（第二版）陈宝林清华大学出版社48、IBM—PC汇编语言程序设计沈美明清华大学出版社49、线性多变量系统的分析与设计国防工业出版社。

习题二转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法2-1 在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速,应调节什么参数改变转速调节器的放大倍数Kn行不行改变电力电子变换器的放大倍数Ks行不行改变转速反馈系数α行不行若要改变电动机的堵转电流,应调节系统中的哪些参数答：①在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速,应调节的参数有：转速给定电压U*n，因为转速反馈系统的转速输出服从给定。

②改变转速调节器的放大倍数Kn，只是加快过渡过程，但转速调节器的放大倍数Kn的影响在转速负反馈环内的前向通道上，它引起的转速变化，系统有调节和抑制能力。

因此，不能通过改变转速调节器的放大倍数Kn，来改变转速③改变改变电力电子变换器的放大倍数Ks，只是加快过渡过程，但转电力电子变换器的放大倍数Ks的影响在转速负反馈环内的前向通道上，它引起的转速变化，系统有调节和抑制能力。

因此，不能通过改变电力电子变换器的放大倍数Ks，来改变转速④改变转速反馈系数α，能改变转速。

转速反馈系数α的影响不在转速负反馈环内的前向通道上，它引起的转速变化，系统没有调节和抑制能力。

因此，可以通过改变转速反馈系数α来改变转速，但在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行最终的转速还是服从给定。

⑤若要改变电动机的堵转电流,应调节系统中的参数有：转速的给定U*n、转速调节器的放大倍数Kn、转速调节器的限幅值、转速反馈系数α等，因为它们都在电流环之外。

2-2 在转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少为什么答：在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行时，转速调节器退饱和，PI的作用使得转速调节器的输入偏差电压为0，转速调节器的输出电压由于维持在U*im（n*）。

在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行时，电流调节器不饱和，PI的作用使得电流调节器的输入偏差电压为0，形成一个电流随动子系统，力图使I d尽快跟随其给定U*i. 电流调节器的输出电压U C又后面的环节决定。

《运动控制系统》课程教学大纲Motion Control Systems适用于四年制本科电气工程及其自动化专业学分：2.5 总学时：40 理论学时：36 实验/实践学时：4 /0一、课程作用与目的本课程（运动控制系统）是电气工程及其自动化专业的一门专业选修课，在学生学习过多门专业基础课的基础上开设，是对电气工程及其自动化本科阶段所学知识的总结和提高。

课程涵盖知识的内容多，范围广，难度大，实用性强，能够培养学生对知识融会贯通的能力，提高学生综合应用理论知识解决实际问题的能力。

二、课程基本要求1. 第一篇（直流调速系统）重点在于掌握以直流电动机为对象组成的运动控制系统，包括单闭环调速系统、多环调速系统、可逆调速系统和直流脉宽调速系统的基本组成和控制规律、静态、动态性能分析及工程设计方法；2. 第二篇（交流调速系统）重点在于掌握以交流电动机为对象组成的运动控制系统，包括调压调速系统、串级调速系统和变频调速系统的基本组成、工作原理和性能特点及系统设计方法；并了解国内国际自动控制领域的前沿科技。

三、教材及主要参考书1. 使用教材《电力拖动自动控制系统——运动控制系统》（第四版），机械工业出版社，阮毅.2010.2. 参考书[1]李宁.运动控制系统. 北京:高等教育出版社,2004[2]宋书中. 交流调速系统. 北京:机械工业出版社,2002[4]王成元. 现代电机控制技术. 北京:机械工业出版社,2009四、教学内容第一章绪论主要内容：运动控制系统的组成，运动控制系统的历史与发展，转矩控制规律，生产机械的负载转矩特性。

重点和难点：转矩控制规律。

第二章转速反馈控制的直流调速系统主要内容：直流调速的基本类型，直流调速系统用的可控直流电源，反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计，动态分析和设计，比例积分控制规律和无静差调速系统。

重点和难点：掌握反馈控制系统的稳态和动态分析与设计。

第三章转速、电流反馈控制的直流调速系统主要内容：双闭环直流调速系统的组成，静特性，数学模型和动态性能分析，调节器1的工程设计方法，按工程设计方法设计双闭环系统调节器，按离散控制系统设计数字控制器。

《运动控制系统课程设计》《运动控制系统》课程设计一、性质和目的自动化专业、电气工程及其自动化专业的专业课，在学完本课程理论部分之后，通过课程设计使学生巩固本课程所学的理论知识，提高学生的综合运用所学知识，获取工程设计技能的能力；综合计算及编写报告的能力。

二、设计内容1.根据指导教师所下达的《课程设计任务书》课程设计。

2.主要设计内容包括：（１）根据任务书要求确定总体设计方案（２）主电路设计：主电路结构设计（结构选择、器件选型、考虑器件的保护）、变压器的选型设计；（３）控制电路设计：控制方案的选择、控制器设计（４）保护电路的选择和设计（５）调速系统的设计原理图，调速性能分析、调速特点 3.编写详细的课程设计说明书一份，并画出调速系统的原理图。

三、设计目的1.熟练掌握主电路结构选择方法、主电路元器件的选型计算方法。

2.熟练掌握保护方式的配置及其整定计算。

3.掌握触发控制电路的设计选型方法。

4.掌握速度调节器、电流调节器的典型设计方法。

5.掌握绘制系统电路图绘制方法。

6.掌握说明书的书写方法。

四、对设计成品的要求1.图纸的要求：1）图纸要符合国家电气工程制图标准； 2）图纸大小规范化； 3）布局合理、美观。

2.对设计说明书的要求 1）说明书中应包括如下内容①目录②课题设计任务书；③调速方案的论证分析（从经济性能和技术性能方面进行分析论证）和选择；④所要完成的设计内容⑤变压器的接线方式确定和选型；⑥ 主电路元器件的选型计算过程及结果；⑦控制电路、保护电路的选型和设计；⑧调速系统的总结线图系统电路设计及结果。

2）说明书的书写要求①文字简明扼要，理论正确，程序功能完备，框图清楚明了。

②字迹工整；书写整齐，参照教务系统中的毕业论文的格式要求。

直流电机调速系统设计任务书1组：直流他励电动机：功率PN＝1.1kW，额定电压UN=220V，额定电流IN=6.7A，磁极对数P=1，nN=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=2.34Ω,主电路总电阻R＝7Ω，L∑＝246.25mH(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，Ks=58.4，机电时间常数Tm=116.2ms，滤波时间常数Ton=Toi=0.00235s，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大值Uim*=10V，速度给定最大值Un*=10V。

系统控制工程师—运动控制方向职位描述与岗位职责岗位职责：1、负责工业机器人、自动化生产线、自动化流水线、数控机床等设备的运动控制系统设计、调试和优化；2、根据项目需求，对运动控制系统的硬件选型、软件开发和测试进行技术评估，并进行相关方案的制定；3、编写运动控制系统测试计划、测试方案和测试用例，完成测试内容和测试报告的编写，并对问题进行定位和跟踪；4、负责现场设备安装和调试工作，确保系统稳定可靠并保证设备达到预期的性能指标；5、参与项目前期需求分析和方案设计，配合项目经理进行进度控制和项目管理；6、及时总结项目经验，推进技术创新，优化设计方案，并提出技术改进建议；7、负责项目的技术支持和售后维护，及时解决客户问题并提供有效的解决方案。

职位描述：系统控制工程师—运动控制方向主要负责设计、开发、实施和维护企业生产自动化及智能化控制系统的技术方案。

岗位要求具备扎实的电气控制、机械设计和计算机技术知识，并具备良好的分析和解决问题的能力，能够在团队中协作和推进项目。

需要有良好的沟通和学习能力，能够快速针对具体的项目需求进行技术方案的调整和优化。

为了胜任该岗位，系统控制工程师—运动控制方向需要具备以下能力：1、熟悉PLC、DCS、IPC等控制器及运动控制器的电气控制方案设计，熟悉各种类型的传感器及编码器的选型，并有能力对设备进行维护、调试和优化；2、熟悉C、C++、Java等编程语言，熟悉多种运动控制协议，有能力进行软件开发和调试，并熟悉各种编程工具和软件调试工具；3、熟悉运动控制的基础理论和相关知识，有大型自动化生产线或机器人控制方案设计经验并能够完成系统集成及测试工作；4、能够进行系统测试的计划、方案和用例设计，并能够根据测试结果进行故障分析和解决；5、有较强的分析和解决问题的能力，能够根据标准电气图纸和规范进行工作，有良好的职业道德和高度的责任心。

卓越计划下的“运动控制系统”课程建设探索与实践【摘要】本文依据卓越工程师培养计划要求，结合“运动控制系统”课程特点，从课堂教学、课外自学、实验等环节进行了探讨，在教学内容选择和实验安排以及教师培养等方面开展课程建设，实现提高学生工程实践能力的教学目标。

【关键词】卓越计划；运动控制系统；课程建设“卓越工程师”教育培养计划是2010年教育部启动的工科专业人才培养计划，期望培养和造就一大批能够适应和支撑产业发展、具有创新能力和国际竞争力的卓越工程师[1]。

南京航空航天大学自动化学院自动化本科专业成为教育部第二批试点专业，并针对“卓越工程师”培养要求制定了新的教学计划，开启了相关课程改革的探索。

“运动控制系统”课程是自动化专业的重要专业课，该课程内容涉及到电力电子、电机拖动、自动控制原理等内容[2]。

课程知识点繁多，与工程实际联系紧密，教学有一定的难度。

为实现“卓越计划”的工程素质培养目标，需要在课堂、课外、实验三方面同时开展课程建设，才能较好的完成教学任务，培养出较高工程素质的人才。

1 基于CDIO工程能力培养模式的课堂建设CDIO模式是美国麻省理工学院等高校2001年在研究从产品研发到产品运行的全寿命周期理论的基础上，提出的一种现代工程培养理念，分别表示构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）[4]。

参考CDIO培养模式，我们在“运动控制系统”教学实践中将学生的能力培养目标进行划分，将教学过程分成各有侧重，又相互支撑的环节，将构思与设计作为课堂的教育重点，以培养基础知识和个人能力。

将实现和运作作为实验教学的重点，提升人际团队能力和工程系统能力。

在每个环节中运用多种教学方式使学生在多个层面的综合能力都得以提升。

教学是培养学生基本工程能力，特别是构思和设计能力的重要环节。

在“运动控制系统”教学实践中通过取舍教学内容、安排合适的教学顺序，达到学生掌握基础知识和提升个人能力的目的。