机电系统动力学分析与控制-华中科技大学研究生院

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附件 6．机械科学与工程学院国际一流水平研究生课程简介(中英文各一份 )课程名称：机电系统动力学分析与控制课程代码：课程类型：□一级学科基础课■二级学科基础课□其它：考核方式：考试教学方式：讲授适用专业：机械工程适用层次：■ 硕士□ 博士开课学期：秋季总学时： 32 学分： 2先修课程要求：高等数学、理论力学课程组教师姓名职称专业年龄学术方向陈学东教授机械电子工程49 机电系统动力学与控制曾理湛副教授机械电子工程39 机电系统动力学与控制姜伟讲师机械电子工程33 机电系统动力学与控制课程负责教师教育经历及学术成就简介：自 2009 年 1 月至今，教育部长江学者特聘教授，华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，常务副主任、教授、博士生指导教师。

自 2006 年 1 月至 2008 年 12 月，华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，常务副主任、教授、博士生指导教师、校特聘教授。

自 2001 年 4 月至 2005 年 12 月，华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心，副主任、教授、博士生指导教师。

自 1997 年 10 月至 2001 年 3 月，日本国立佐贺大学留学，获得工学博士学位。

自 1989 年 7 月至 1997 年 9 月，武汉工业大学机械系，助教、讲师、副教授。

自 1986 年 9 月至 1989 年 6 月，武汉工业大学机械系，硕士研究生，获工学硕士学位。

自 1984 年 9 月至 1986 年 8 月，武汉工业大学机械系，团总支书记、学生辅导员。

自 1980 年 9 月至 1984 年 7 月，武汉工业大学机械系，本科生，获得工学学士学位。

近年来，面向国家重大需求和装备制造业发展的核心技术，主持国家重点基础研究发展规划项目（ 973 计划）课题、国家863 计划项目、国家科技重大专项项目、国家自然科学基金项目等近10 项，并完成了一批企业委托项目。

围绕超精密运动机构振动的产生、传递和控制开展了系统深入的研究。

自动化学院华中科技大学自动化学院是由原控制科学与工程系和原图像识别与人工智能研究所于2013年合并组建的学院。

原控制科学与工程系前身是成立于1973年的华中工学院自动控制系，1999年更名为华中理工大学控制科学与工程系；原图像识别与人工智能研究所是1978年由教育部和航天部共同批准成立从事图像识别和人工智能研究的研究机构。

伴随着华中科技大学的成长，今天的自动化学院在国内控制学科、系统工程学科和模式识别与智能系统学科都享有较高声誉，在国内航天航空的智能信息处理领域具有明显的研究特色和优势。

科学研究工作主要涉及复杂系统控制理论、决策分析与决策支持、电力电子与运动控制、智能控制与机器人、计算机集成控制与网络技术、信息检测与识别、飞行器控制与状态监测、生物信息处理、神经接口与康复技术、物流系统、国民经济动员与公共安全、多谱图像探测与制导技术、多谱信息的实时处理与系统集成技术、人工智能与思维科学、信息安全等方向。

学院重视师资队伍建设，培养与引进并重，形成强有力的师资力量。

学院现在岗教职员工129人，教授45人（博士生导师46人），副教授46人，依托控制科学与工程一级学科师资，其中教育部长江学者特聘教授2名、国家杰出青年基金获得者2人、国家“青年千人”入选者3人，国家优秀青年科学基金、中组部拨尖人才、长江青年学者1人、教育部新世纪优秀人才11人、华中学者18人。

拥有1个国防科技创新团队，1个教育部创新群体。

近十年来，学院承担并完成的国家和企业科研项目1300余项，科研经费不断攀高；先后获得国家科技进步奖等国家级奖励10余项，省部级自然科学奖、科学技术发明奖和科技进步奖30余项，获得国家发明专利数百项。

2007年控制科学与工程一级学科被教育部认定为国家一级重点学科，控制科学与工程学科在教育部2012年学科评估中名列全国第七。

2016年学科评估结果为A-。

学院拥有“111计划”计算智能与智能控制学科创新引智基地，以及“多谱信息处理技术”国家级重点实验室和“图像信息处理与智能控制”教育部重点实验室两个科研平台。

习题与思考题第二章机电传动系统的动力学基础2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩,静态转矩和动态转矩。

拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩,以带动生产机械运动的。

静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。

动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。

2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速,减速,稳态的和静态的工作状态。

T M-T L>0 说明系统处于加速,T M-T L<0 说明系统处于减速,T M-T L=0 说明系统处于稳态(即静态)的工作状态。

2.3 试列出以下几种情况下(见题 2.3 图)系统的运动方程式, 并说明系统的运动状态是加速,减速,还是匀速?(图中箭头方向表示转矩的实际作用方向)T M T L T M TLT M=T L T M< T LT M-T L>0 说明系统处于加速。

T M-T L<0 说明系统处于减速T M> T L T M> T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速 T M T L T M T LT M= T L T M= T L系统的运动状态是减速 系统的运动状态是匀速2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统?转矩折算为 什么依据折算前后功率不变的原则?转动惯量折算为什么依据 折算前后动能不变的原则?因为许多生产机械要求低转速运行,而电动机一般具有较高的 额定转速。

这样,电动机与生产机械之间就得装设减速机构,如 减速齿轮箱或蜗轮蜗杆,皮带等减速装置。

所以为了列出系统运 动方程,必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到一根轴上。

转矩折算前后功率不变的原则是P=T ω, p 不变。

转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5J ω22.5 为什么低速轴转矩大,高速轴转矩小?T M T L T M T L因为P= Tω,P 不变ω越小T 越大,ω越大 T 越小。

2.6 为什么机电传动系统中低速轴的GD2逼高速轴的GD2大得多?因为P=Tω,T=G∂D2/375. P=ωG∂D2/375. ,P不变转速越小GD2越大,转速越大GD2越小。

华中科技大学各研究方向介绍群里某人发的，粘过来希望对大家有用，一华中科技大学保研生搜集的帖子一本来是想保送浙大的（已拿到offer），但最终还是选择了本校，原因主要就是因为暑期实习是在光电这边吧，有点感情了。

另外是因为去了浙大一趟，发现浙大计算机未必有华科好，至少硬件和环境是绝对比不上的。

以下是我个人的一些看法和总结，如有偏颇请指正！先谈谈华科和武大吧。

不是我bs武大，而是事实在那里，武大哎，计算机真的差华科很远。

我最近保研闲的蛋疼就去笔试了几家比较不错的公司（包括之前暑期找实习也面过一些），一看那笔试名单或者面试名单，没办法，华科人数真的平均至少要占一半吧，很多公司过来招人直接说，在华科招满了，就不去武大了。

情何以堪。

我同学成绩挺差的（本科），但工资却比其他学校的，包括武大啊，理工啊，地大啊多将近1000。

像是百度啊，腾讯啊，华为啊，相当的低调（特别是华为），他妈的光电的，金海的，人直接就提走了，具体消息就不说了。

所以如果相信自己，就报华科吧，不然你找工作的时候可能会后悔的。

当然最重要还是要看个人，只要努力干，以后什么工作找不到！再谈谈华科内部实验室情况。

现在华科内部最火的实验室应该是冯丹和金海吧，谢长生貌似人要少一点。

今年保研的人数比往年少，信安原本只有20人，计算机66人左右，但是后来我们的金海院长和李院长到学校争取，最终导致信安的保研人数达到32/98，计算机74/342。

今年几乎所有保外的学生去的地方只有3个：中科院（20+），北大（5+），浙大（10+）。

其余剩的人数基本上是冯丹那儿最多，然后是金海，然后是谢长生，然后是网络，图像所，数据库之类的实验室。

我最终的选择是冯丹，丹丹姐，哈哈。

首先谈下信安，学校的信息安全发展很快啊，本科生他们取得了很多成就（不然保研率也不会到30%了），另外各个实验室其实都有搞安全这方面的研究。

然后谈谈我了解到的各个实验室的优势和劣势。

冯丹实验室：973项目两个（每个时长5年，其中一个明年启动），863至少2个（时长2年左右），还有国家自然科学基金项目至少一个，横向的和公司的合作项目未知。

摘要为了提高数控机床的传动精度，在国家863计划项目“大型舰艇螺旋桨用重型七轴五联动车铣复合加工机床”的资助下，本文研究了双电机间隙消除技术，以消除数控转台的机械传动间隙和传动误差，提高机床传动精度。

本文的主要研究内容如下：1) 通过对双电机驱动系统的结构特点的分析，阐述了这种传动方式消除间隙的基本原理、工作过程和四种较好的控制方式。

阅读大量国内外相关文献，对双电机间隙消除技术的发展状况和趋势进行深入的分析与总结。

2) 从双电机的基本结构入手，研究了驱动系统中存在的齿隙非线性因素；在考虑系统传动柔性的基础上，采用机理建模法，通过对电机电气学方程、机械动力学方程的分析与综合，将两组电机侧的参数耦合到负载侧，建立了基于永磁同步电机的双电机驱动系统的动力学模型。

3) 探讨了双电机的消隙控制算法，设计了电气预载控制器、智能PI差速负反馈控制器和模糊-PI复合位置控制器，达到转速同步和间隙消除的目的。

由电气预载控制器来产生偏置电压信号，以去除传动链中的传动间隙；由智能PI差速负反馈控制器产生校正信号，确保双电机转速同步，消除系统在动态过程中可能存在的齿隙；由模糊-PI 控制来确保转台理想的位置控制精度和响应速度。

4) 构建了整个伺服系统速度环和位置环SIMULINK仿真模型，在计算了实验平台的相应物理参数基础上，给出了最优控制器设计算法，进行控制器参数优化选择。

然后对系统的阶跃响应、正弦响应、负载扰动响应等进行试验分析，为系统的设计和现场调试提供一定的理论参考。

关键词：齿隙非线性消隙双电机同步驱动AbstractAt the support of the national 863 project -- “Seven Axis and Five-linked Turning and Milling Numerical Control Machine Tool of Manufacturing Large Marine Propeller”, the theory and technology of anti-backlash with dual-motor driving system has been researched in this paper, for the purpose to eliminate the mechanic clearance and increase the transmission precision of machine tools. The details are as following:1) According to the analyses about the structure feature of the dual-motor driving system, the basic theories has been proposed, including the working principle, process and the common control mode to eliminate transmission error. Through reading a lot of related literatures around the world, present development and their promising future of anti-backlash technologies has been analyzed and summarized based on dual-motor driving system.2) Start with analyzing the basic structure of the dual-motor driving system, the backlash nonlinearity has been studied. Then the mechanical dynamics equations and electrical equations has been synthesized. While the elasticity of the driving axis was taken into account, the kinetic model of the dual-motor driving system has been set up base on PMSM, with transforming the parameters from the side of motor to the side of load.3) The control algorithms to eliminate the backlash has been discussed, while the electrical preload controller, the intelligent PI velocity difference controller and fuzzy-PI position controller has been designed which is to eliminate the backlash in static and dynamic process and guarantee the control precision and response rapidity.4) The SIMULINK model of the whole servo system has been built and the MATLAB optimize control program has been layout. Then the parameters of the equipments have been calculated and the simulation experiment has been carried out. The result of simulation and experiment will give theory consultation for system design and field debug.Keywords:Backlash-nonlinearity, Anti-backlash, Dual-motor, Synchronized driving独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

机械科学与工程学院华中科技大学机械科学与工程学院创建于1953年，伴随着共和国机械工业的成长，机械科学与工程学院走过了风风雨雨半个多世纪的光辉历程，现已成为华中科技大学规模最大，实力最雄厚的学院之一。

早期工作主要针对大批量生产自动线和各类专用机床。

70年代，在我国首次自行研制出立式和卧式加工中心。

80年代，开始将信息技术引入传统的制造业并成为国内最重要的研究力量。

在CAD/CAM、柔性自动化、精密加工以及数控方面开始艰苦的创业。

90年代，本学科在制造业信息化、激光加工自动化、大型医疗装备方面的研究富有成效，尤其是在数控技术和制造业信息化方面取得了突破性进展，今天已形成相当规模的产业，总产值已超过5亿元，在数控和CAM/CAM/CAPP方面当属中国高校之最。

进入21世纪后，本学科在数字制造、电子制造、微纳制造、工业工程等交叉学科领域开展了诸多具有创新性的研究工作，并成为国内在相关研究领域的排头兵。

目前，本学科已经形成了具有活力的学科方向及实力强且结构合理的学术队伍，建立了高水平的教学、科研基础平台，形成了学、研、产协调发展的态势，主要研究方向及其特色与前景如下：1．数控技术与系统此方向的研究与开发在国内处于领先水平，研究成果已转化成有相当规模的产业，年产值超过5亿元。

现正在开发研究新一代的智能的、网络化的数控系统。

2．先进装备及其技术结合国家支柱产业、国防、医疗等行业对关键装备的需求，研制实用高水平装备；参与企业重大关键装备或重型机床的数控化改造；研制数值化基础部件、先进功能部件及新型数字化装备。

3．制造业信息化技术此方向的研究与开发在国内处于前列，在CAD/CAM/CAPP方面的研究工作已形成较大规模的产业，其中CAD和CAPP所占国内市场超过70％。

在数字化样机、虚拟设计、多学科优化设计等方面的研究处于国内领先水平。

4．数字化制造面向能源、运载、国防等领域的重大需求，在数字制造基础理论研究方面国内领先并具有较大的国际影响，承担了以我校为首席的973项目、国家自然科学基金重大、重点项目，研究工作具有国内领先水平。

华中科技大学硕士研究生招生专业目录及导师华中科技大学是我国一所世界知名的综合性大学，拥有丰富的学术资源和优秀的师资队伍。

作为研究生教育的重要组成部分，硕士研究生教育在华中科技大学具有重要的地位。

本文将介绍华中科技大学硕士研究生招生的专业目录以及导师情况。

一、专业目录华中科技大学硕士研究生招生的专业目录非常丰富，涵盖了工学、理学、管理学、经济学、文学、法学、教育学、艺术学、医学等多个领域。

具体的专业包括但不限于：1. 工学类：包括材料科学与工程、电子科学与技术、计算机科学与技术、机械工程等。

2. 理学类：包括数学、物理学、化学等。

3. 管理学类：包括工商管理、会计学、市场营销等。

4. 经济学类：包括国际经济与贸易、金融学等。

5. 文学类：包括中国语言文学、新闻与传播学等。

6. 法学类：包括法学、知识产权等。

7. 教育学类：包括教育学、教育技术学等。

8. 艺术学类：包括音乐与舞蹈学、戏剧与影视学等。

9. 医学类：包括基础医学、临床医学等。

以上仅为例举部分专业，华中科技大学的硕士研究生专业目录非常全面，学生可以根据自身兴趣和专业背景选择适合的专业进行深造。

二、导师情况华中科技大学硕士研究生导师队伍雄厚，拥有一批优秀的导师团队。

导师在研究生培养中起着重要的指导作用，他们具有丰富的科研经验和教学经验，可以为学生提供专业的指导和帮助。

学校招生网站上详细介绍了各个专业的导师信息，学生可以根据自己的研究兴趣选择合适的导师。

导师信息包括导师的姓名、职称、学术研究领域等内容，帮助学生了解导师的研究方向和科研成果。

通过与导师的交流和互动，学生可以得到更深入的学术指导，提升自己的科研能力。

华中科技大学注重导师队伍的建设与培养，致力于培养具有创新精神和国际竞争力的高水平研究生。

导师队伍的优势和经验为学生的学习和研究提供了有力的支持，也为学生的就业和发展奠定了良好的基础。

总结：作为一所世界知名的综合性大学，华中科技大学在硕士研究生教育方面具有独特的优势。