1.5 本课程的主要内容和适用对象

“运动控制系统”课程是自动化专业、电气工程及其自动化专业的一门核心专业课程。在先修课程中，学生学习了运动控制系统中所涉及的“自动控制理论”、“计算机控制技术”、“传感器与检测技术”及实现电气能量形态变换的“电力电子技术”与“电机学”等课程。运动控制系统是典型的集成技术，它把学生前期学到的专业知识做了一次总复习和综合应用。“运动控制系统”课程主要从运动学的角度论述运动轨迹的执行需要，从控制系统的角度讨论执行器（电机）及负载的原理性内容，以及结合上述知识讲述实现系统功能时所需的基本内容。那么，为什么要学习这门课程呢？

（1）从控制系统的角度看，运动控制系统具有系统的典型性和应用的广泛性。

运动控制系统在国民经济中应用广泛，作用重大。大部分的运动控制系统都具有与图1-15所示系统相似的结构，只是控制目标、执行机构和被控对象因系统的不同而不同。

（2）从知识体系的角度看，其知识体系和内容具有较好的代表性和综合性。

对于自动化或电气自动化专业的学生而言，具有系统控制及工程方面的知识和能力十分重要。图1-18说明了设计和构成一个运动控制系统所涉及的知识体系，每个单元都有相关课程。本课程把以前所学的知识综合起来，通过实际应用使学生明白所学过的知识到底有什么用处和应该怎样使用，体现了所学知识的完整性。

本书所介绍的内容可大致归纳为一个主题和三条主线。

（1）一个主题 运动控制系统。

（2）三条主线 ①以运动轨迹的位置、速度、加速度、力和力矩等相关参数为研究对象的运动控制技术；②以满足执行器为主的驱动技术；③以位置、速度、加速度、力或者压力为主的反馈检测技术。

图1-18 知识体系

学习电机时要关注以下内容。

（1）直流、交流电机的原理，相关电参数、磁参数和机械参数的关系。

（2）从使用角度考查电机的能量转换效率、机电特性。

（3）当作为某一控制系统的被控对象时，电机的静、动态数学模型的建立。

具体的要点是要掌握电机从电端口输入的电气量，与机械端口输出的转矩、转速之间是如何联系起来的；既要掌握相关物理概念，又要掌握数学建模方法，以至于建立具体的静态电势平衡方程、转矩平衡方程、磁势平衡方程、功率平衡方程及静态和动态数学模型等；同时，还需要掌握各种电机的机械特性、等效电路、矢量图，以及变量的选取、解耦等分析方法。

学习控制系统时要关注以下内容。

（1）系统的工程背景。所述系统的提出及逐步完善大都基于当时的经济、技术条件和重大需求，学习这些问题提出的背景和解决思路，将有助于创新性思维和能力的提高。

（2）应用理论解决实际问题。例如，自动控制理论本身是很严谨的，但要从许多实际问题中抽象出理论，总要做一些假定，忽略次要矛盾，抓住主要矛盾。学过理论后，要把它用于实际，就得注意这些假定条件是否都对，如果都对，就可以用；如果有一条不对，就得修改，然后才能用。这就是结合实际，发展理论。

通过本课程学习，希望能够掌握运动控制系统的设计原则和具体方法；熟悉满足运动控制要求的各类控制器的特点和组成；掌握执行器的选择依据；掌握直流电机PWM调压调速控制器的基本原理和电路图；掌握交流电机变频器的使用方法；掌握伺服驱动器的使用。