中国电气工程大典 第15卷 电气传动自动化PDF电子书下载

序 1

前言 1

本卷前言 1

第1篇 概论 1

第1章 概述 3

1 电气自动化系统及其结构 3

1.1 电气自动化系统 3

1.2 两类电气自动化系统 3

1.3 电气传动自动化系统结构 3

1.4 数据通信和网络 4

1.5 电气传动、电力电子和数字控制 5

2 本卷内容概述 5

第2章 技术标准 6

1 电气传动系统与设备的现行标准体系 6

1.1 电气传动系统与设备专业的标准体系 6

1.2 电气传动系统与设备的国际标准体系 7

1.3 常用的国内外技术标准对照简况 7

2 电气控制设备 8

2.1 范围 8

2.2 技术要求 8

2.3 主要试验 8

3 交流电动机电力电子软起动装置 8

3.1 范围 8

3.2 技术要求 8

3.3 主要试验 9

4 低压直流调速电气传动系统 9

4.1 范围 9

4.2 技术要求 9

4.3 专门试验 9

5 低压交流变频电气传动系统 9

5.1 范围 9

5.2 技术要求 10

5.3 专门试验 10

6 1～35kV交流调速电气传动系统 10

6.1 范围 10

6.2 技术要求 10

6.3 主要试验项目 10

7 调速电气传动系统的电磁兼容 10

7.1 范围 10

7.2 技术要求 11

8 调速电气传动系统的安全要求 11

8.1 范围 11

8.2 技术要求 11

9 调速电气传动系统带负荷运行和对应额定电流形式的选择 11

9.1 范围 11

9.2 技术要求 11

10 船用电气传动控制设备 11

11 热带用电气传动控制设备 11

11.1 气候防护类型及使用环境条件 11

11.2 热带电工产品环境的技术要求 12

11.3 热带电工产品的结构与设计简要要求 12

11.4 材料的选用简要要求 12

11.5 工艺防护简要要求 12

12 电工电子产品的产品认证 12

12.1 产品质量认证的三个层级 12

12.2 合格认证和安全认证 12

12.3 自愿性认证和强制性认证 12

12.4 质量认证的基本原则 12

12.5 我国产品认证概况 13

12.6 中国强制性产品认证的基本环节 13

12.7 申请产品认证需提供的主要技术资料 13

附表：常用标准目录 13

第3章 电磁兼容性与可靠性 21

1 电磁兼容性概述 21

1.1 静电放电 21

1.2 辐射电磁场 23

1.3 电快速瞬变脉冲群 23

2 抗干扰技术 25

2.1 抗干扰设计的基本原则 25

2.2 噪声的分类 25

2.3 噪声的传递方式 26

2.4 抗干扰的基本措施 27

2.5 抗干扰设计的检查细则 27

3 常见噪声的抑制 28

3.1 电网噪声的抑制 28

3.2 直流电源噪声的抑制 32

3.3 静电放电噪声的抑制 33

3.4 模拟电路噪声的抑制 33

3.5 数字电路的抗干扰设计 35

4 设备安装的抗干扰技术 37

4.1 设备的内部装配要求 37

4.2 设备的外部安装要求 37

4.3 系统的接地技术 37

5 可靠性 40

5.1 可靠性的定义 40

5.2 可靠性的指标 41

5.3 系统可靠性的预计 43

5.4 冗余系统 46

5.5 提高设备可靠性的措施 47

参考文献 49

第2篇 电气自动控制策略 51

第1章 概论 53

1 自动控制的基本原理 53

1.1 控制系统实例 53

1.2 控制系统框图 54

2 自动控制系统的分类 54

2.1 基于系统的控制结构分类 54

2.2 基于传输信号的性质分类 55

2.3 基于输入信号的变化规律分类 55

2.4 基于系统的数学模型分类 55

2.5 其他分类方法 55

3 对控制系统的基本要求 56

3.1 稳定性 56

3.2 动态性能 56

3.3 稳态性能 56

4 自动控制理论的发展 56

4.1 经典控制理论 57

4.2 现代控制理论 57

4.3 大系统理论 57

4.4 智能控制 57

第2章 自动控制系统的建模 58

1 导论 58

1.1 数学模型 58

1.2 系统建模 58

2 控制系统的微分方程 58

2.1 微分方程的建立 58

2.2 非线性方程的线性化 61

3 控制系统的传递函数 62

3.1 传递函数的概念及性质 63

3.2 典型环节的开环传递函数 64

3.3 控制系统的结构图 65

3.4 控制系统的闭环传递函数 69

4 控制系统的频率特性 70

4.1 频率特性的概念 70

4.2 开环频率特性 71

4.3 闭环频率特性 80

5 采样控制系统的数学模型 85

5.1 采样过程及其信号恢复 85

5.2 z变换 88

5.3 脉冲传递函数 91

6 控制系统的状态空间模型 93

6.1 状态空间和状态方程 93

6.2 控制系统状态空间表达式的建立 94

第3章 自动控制系统的性能分析 99

1 控制系统的瞬态响应及性能指标 99

1.1 系统基本概念 99

1.2 二阶系统的瞬态响应及性能指标 99

1.3 添加零点对二阶规范系统瞬态特性的影响 104

2 反馈控制系统的稳态误差 106

2.1 稳态误差的概念及计算 106

2.2 主扰动输入引起的稳态误差 110

2.3 降低稳态误差问题 112

3 控制系统的稳定性分析 113

3.1 劳斯-赫尔维茨稳定性判据 113

3.2 奈奎斯特稳定判据 114

3.3 采样系统的稳定性分析 115

3.4 李雅普诺夫稳定性理论 116

第4章 基于经典控制理论的自动控制系统设计 119

1 校正与综合的概念 119

1.1 校正的基本方式 119

1.2 串联校正的基本控制规律 120

2 频率法校正 122

2.1 串联超前校正 122

2.2 串联滞后校正 123

2.3 串联滞后—超前校正 123

2.4 期望频率特性法校正 123

3 根轨迹法校正 125

3.1 串联超前校正 125

3.2 串联滞后校正 126

3.3 并联校正 126

4 PID控制器 127

4.1 PID控制器的概念 127

4.2 PID控制器参数的工程整定方法 128

4.3 采样系统的校正 128

第5章 基于状态空间模型的自动控制系统分析与设计 131

1 线性系统的运动分析 131

1.1 线性定常连续系统状态方程的解 131

1.2 线性时变连续系统状态方程的解 132

1.3 线性离散系统的运动分析 133

2 线性系统的能控性与能观性分析 134

2.1 线性系统的能控性分析 134

2.2 线性系统的能观性分析 135

2.3 对偶系统与对偶性原理 137

2.4 能控标准形与能观标准形 137

2.5 系统能控性、能观性与传递函数（矩阵） 139

2.6 线性系统的结构分解 139

3 线性定常系统的综合 141

3.1 系统的综合问题 141

3.2 状态反馈及极点配置 141

3.3 系统镇定问题 144

3.4 系统渐近跟踪问题 146

3.5 系统解耦控制问题 147

3.6 状态重构问题与状态观测器 151

3.7 引入状态观测器的状态反馈控制系统 153

3.8 线性二次型最优控制 154

第6章 智能控制 158

1 智能控制概述 158

1.1 智能控制的发展历史与现状 158

1.2 智能控制与传统控制的关系 159

1.3 智能控制的主要内容与当前的研究热点 159

2 模糊控制 160

2.1 模糊关系及其模糊推理 160

2.2 模糊控制系统原理 163

2.3 模糊控制器设计 164

2.4 模糊控制应用示例 166

3 神经网络控制 168

3.1 神经网络基本概念及学习算法 168

3.2 常用神经网络及学习算法 169

3.3 神经网络智能PID参数最优控制 173

3.4 液位系统实时控制示例 175

4 仿人智能控制 176

4.1 专家控制 176

4.2 仿人智能控制的原理 178

4.3 仿人比例控制算法 178

4.4 仿人智能积分控制算法 178

5 遗传算法 179

5.1 遗传算法的基本原理 179

5.2 遗传算法的特点 180

5.3 遗传算法的构成要素 180

5.4 遗传算法在控制器参数整定中的应用 181

5.5 应用示例 181

第7章 非线性系统控制与先进控制技术 183

1 导论 183

1.1 非线性系统的复杂性及特征 183

1.2 非线性系统控制的经典方法及局限性 183

1.3 非线性系统控制技术的新发展及存在的问题 184

2 经典控制理论中的非线性系统分析与控制 185

2.1 描述函数法 185

2.2 相平面法 188

3 反馈线性化控制 191

3.1 非线性系统精确线性化方法 192

3.2 非线性系统的近似线性化方法 193

3.3 应用实例 194

4 预测控制 196

4.1 预测控制基本原理 196

4.2 动态矩阵预测控制 197

4.3 应用实例 199

5 滑模变结构控制 200

5.1 滑模变结构控制的基本概念 200

5.2 滑模变结构控制的数学描述 201

5.3 不确定系统的滑模变结构控制 202

5.4 应用实例 202

6 鲁棒控制 203

6.1 稳定鲁棒性 204

6.2 基于频域的鲁棒控制 205

6.3 基于线性矩阵不等式的鲁棒控制 206

6.4 应用实例 206

参考文献 208

第3篇 计算机控制技术 209

第1章 绪论 211

1 计算机与计算机控制系统 211

1.1 计算机技术的发展 211

1.2 计算机控制系统 211

2 计算机控制系统组成与特点 213

2.1 计算机控制系统基本结构 213

2.2 数字控制器与控制计算机 213

2.3 计算机控制系统的特点 214

3 计算机控制系统的开发 215

4 计算机控制技术与本篇章节安排 215

第2章 控制计算机与处理器 216

1 概述 216

2 工业控制计算机（IPC） 216

2.1 IPC组成及特点 216

2.2 CPU模板 217

2.3 I/O模板 217

3 微控制器 220

3.1 8位微控制器 220

3.2 16位微控制器 225

3.3 MCU的中断技术 226

4 DSP控制器 229

4.1 概述 229

4.2 DSP结构与工作原理 232

4.3 DSP的中断技术 238

5 嵌入式微处理器 245

5.1 概述 245

5.2 ARM的体系结构 247

5.3 ARM基本编程模型 249

5.4 其他嵌入式微处理器 251

6 多处理器与总线控制 253

6.1 概述 253

6.2 总线控制与仲裁 253

6.3 基于共享存储器的多处理器结构 254

6.4 基于SPI总线的多处理器结构 256

6.5 基于I2C总线的多处理器结构 256

7 数据保护与人机接口 257

7.1 电源电压监视 257

7.2 存储器与数据保护 257

7.3 人机接口（MMI） 258

第3章 总线与通信接口 263

1 总线及其分类 263

1.1 总线的概念 263

1.2 总线的分类 263

2 并行总线 264

2.1 并行总线的基本特性 264

2.2 总线与总线信号 266

2.3 典型总线的接口方式 268

3 串行通信 270

3.1 通信的基本概念 270

3.2 异步串行通信 271

3.3 同步串行通信 271

3.4 通信控制器 272

4 串行总线接口 273

4.1 串行总线及其分类 273

4.2 串行总线接口标准 274

第4章 计算机输入/输出接口技术 281

1 开关量输入接口技术 281

1.1 开关量输入信号 281

1.2 开关量输入接口电路 281

2 开关量输出接口技术 282

2.1 开关量输出接口的功能 282

2.2 开关量输出接口电路 282

3 开关量I/O隔离与保护 283

3.1 光电耦合器件 283

3.2 大功率开关量输入接口电路 284

3.3 典型开关量输出接口电路 284

3.4 继电器型开关量输出接口电路 284

3.5 双向晶闸管隔离驱动电路 284

3.6 远距离信号的隔离传送 284

4 模拟量输入接口技术 284

4.1 A/D转换器的主要技术指标 285

4.2 A/D转换的方法和原理 285

4.3 A/D转换集成芯片的选择要点 286

4.4 A/D转换器与微机系统的连接 287

4.5 典型A/D转换器简介 287

4.6 电压/频率型A/D转换器 289

4.7 多路模拟开关及采样保持电路 289

5 模拟量输出接口技术 290

5.1 D/A转换器的主要技术指标 290

5.2 D/A转换的方法和原理 291

5.3 D/A转换集成芯片的选择要点 291

5.4 D/A转换器与微机系统的连接 292

5.5 多路数字量的转换 293

5.6 典型D/A转换器简介 293

6 模拟量调理与功率放大 294

6.1 模拟量输入信号的滤波 294

6.2 模拟量放大技术 296

7 模拟量隔离技术 298

7.1 电磁耦合隔离放大器 298

7.2 光耦合隔离放大器 299

第5章 系统软件与控制软件 301

1 概述 301

1.1 软件与控制系统 301

1.2 控制计算机软件的分类 302

2 实时系统与实时软件 303

2.1 实时系统及其特点 303

2.2 实时系统的性能 303

2.3 实时系统的特征 304

2.4 实时操作系统RTOS 304

2.5 编程语言与实时软件 306

2.6 实时控制与软件 307

3 系统软件与控制软件结构 307

3.1 简单应用系统的软件结构 307

3.2 控制软件的中断机制 308

3.3 复杂应用系统的软件结构 308

3.4 基于客户端/服务器（C/S）模式的结构 309

4 实时软件任务调度 310

4.1 实时任务与线程 310

4.2 实时控制软件中的任务调度 310

4.3 实时系统中的任务同步与通信 310

5 控制与处理软件 310

5.1 基本要素 310

5.2 输入信号转换与离散化 311

5.3 信号输入预处理 312

5.4 常用数字滤波 313

5.5 输入异常监测报警 313

5.6 输出信号处理 313

6 常规数字控制算法 314

6.1 控制运算概述 314

6.2 数字PID及其改进算法 314

6.3 软件控制模块的典型结构 316

6.4 常用算法模块 316

6.5 控制参数整定 317

7 高级控制技术 318

7.1 自整定PID 318

7.2 模糊逻辑控制 319

7.3 多模块的软连接与回路切换 320

8 系统组态与组态软件 321

8.1 控制组态 321

8.2 监控组态 323

8.3 组态软件与系统生成 324

9 实时数据库技术 326

9.1 实时数据库的定义 326

9.2 实时数据库体系结构 326

9.3 实时数据库访问与管理 327

10 实时多任务控制软件 328

10.1 MS-DOS操作系统下的任务调度 328

1O.2 基于中断技术的实时控制软件任务分配 328

10.3 基于RTOS的实时控制软件 329

10.4 基于MS-Windows的准实时软件 330

1O.5 实时控制软件的故障监测 330

11 实时控制软件分析设计方法 330

11.1 软件生命周期 330

11.2 软件分析设计方法 331

11.3 面向对象的程序设计 331

11.4 基于构件技术的程序设计 332

12 实时控制软件开发 332

12.1 目标定义与可行性研究 333

12.2 需求分析 333

12.3 计算机控制系统软件的设计 333

12.4 编码与测试 334

12.5 任务与系统集成 334

12.6 软件应用与系统测试 334

12.7 软件系统维护 334

第6章 基本控制单元 335

1 基本控制单元及其特点 335

2 多功能控制器 335

2.1 多功能控制器原理与发展 336

2.2 面向DCS的多功能控制器 336

2.3 多功能控制器的应用 337

3 可编程逻辑控制器PLC 339

3.1 PLC简介 339

3.2 PLC系统基本原理 341

3.3 PLC系统应用编程 345

4 嵌入式控制单元 350

4.1 采用微控制器的控制单元 350

4.2 采用DSP控制器的控制单元 352

4.3 采用嵌入式系统的控制单元 356

5 可编程自动控制器PAC 358

5.1 概述 358

5.2 可编程自动控制器PAC定义 358

5.3 PAC的特点 358

5.4 PAC硬件的两种结构 358

第7章 分布式控制系统 359

1 工业控制网络概述 359

1.1 工业控制网络的特点 359

1.2 工业控制网络的基本要素 359

1.3 开放系统互连参考模型 359

1.4 DCS与FCS 362

2 现场通信总线与DCS组网 362

2.1 长线收发器 362

2.2 调制解调器 363

2.3 DCS组网 364

3 基于自组网（Ad-hoc）技术的分布式控制系统 365

3.1 中低速现场通信系统 365

3.2 基于工业以太网的控制系统 368

4 现场总线及其电气自动化系统 368

4.1 现场总线概述 368

4.2 典型现场总线—控制器局域网总线CAN 370

4.3 典型过程现场总线Profbus 373

4.4 基金会现场总线FF 377

5 分布式电气自动化应用系统 382

5.1 基于工业以太网的电气自动化应用系统 382

5.2 典型DCS控制系统 384

5.3 现场总线控制系统应用 386

第8章 互联网技术在计算机控制系统中的应用 388

1 互联网及其接入 388

1.1 局域网与互联网 388

1.2 互联网协议 389

1.3 常见互联网接人方式 390

1.4 互联网交换技术 390

1.5 互联网路由技术 391

2 基于互联网技术的控制系统结构与特点 391

2.1 客户机/服务器模式 391

2.2 浏览器/服务器模式 391

2.3 基于互联网的测控系统数据交换 392

2.4 基于互联网的数据传输 393

2.5 互联网控制的网络延迟 393

3 基于互联网的控制系统 394

3.1 网络化远程控制 394

3.2 控制数据的互联网发布 394

3.3 面向互联网的SNMP设备远程监控 395

3.4 面向互联网的远程视频监控 396

第9章 计算机控制系统中的可靠性技术 398

1 可靠性的基本概念 398

2 软件可靠性设计 398

2.1 软件容错技术 398

2.2 编码检错技术 399

2.3 数字滤波技术 399

2.4 故障自诊断技术 400

3 硬件可靠性设计 400

3.1 硬件可靠性及提高 400

3.2 单元可靠性设计 401

4 控制系统的可靠性设计 402

4.1 可靠性保障的解决方法 402

4.2 双工结构与工作流程 402

4.3 双工控制系统的设计与实现 402

4.4 功能分布式下的多机系统冗余设计 403

参考文献 405

第4篇 电气传动控制系统 407

第1章 电气传动基础 409

1 电气传动系统的结构与组成 409

1.1 电气传动系统的基本结构 409

1.2 电气传动系统的组成与分类 409

1.3 电气传动系统的基本问题 410

2 电动机与负载的机械特性和运行状态 410

2.1 直流电动机的机械特性 410

2.2 交流电动机的机械特性 411

2.3 生产机械的负载类型及机械特性 412

2.4 电动机与负载特性的匹配 413

2.5 电动机的各种运行状态 413

3 电气传动系统的动力学 415

3.1 电气传动系统的运动方程 415

3.2 电气传动系统的稳定条件 416

3.3 电气传动系统的过渡过程 416

4 电动机的发热与冷却规律和容量选择 417

4.1 电动机的能量损耗与发热 417

4.2 电气传动系统的工作制 418

4.3 复杂传动机构的转矩与功率折算 419

4.4 电动机的选择 420

5 典型生产机械的工艺要求及其电气传动 422

5.1 电气传动的应用范围 422

5.2 风机和泵类设备 422

5.3 调速控制类 423

5.4 多电动机协调控制类 423

5.5 伺服（随动）类 423

5.6 张力控制类 423

5.7 升降控制类 423

5.8 牵引推进类 423

第2章 直流电动机调速系统 425

1 直流电动机调速系统的类型和指标 425

1.1 直流电动机调速系统的类型 425

1.2 调速系统指标 427

2 转速单闭环控制的直流调速系统 428

2.1 系统的组成和静态性能 428

2.2 动态性能 429

2.3 无静差直流调速系统 429

2.4 限流保护 429

3 转速、电流双闭环直流调速系统 430

3.1 系统的组成和静态性能 430

3.2 动态性能 430

4 可逆直流调速系统 431

4.1 可逆直流脉宽调速系统 431

4.2 晶闸管相控可逆直流调速系统 431

5 弱磁控制的直流调速系统 433

5.1 调压与弱磁配合控制 433

5.2 非独立控制励磁直流调速系统 433

5.3 弱磁过程中直流调速系统的动态数学模型和转速调节器设计 433

6 模拟控制和数字控制 434

6.1 模拟控制系统 434

6.2 数字控制系统 434

7 调速系统中的信号检测 436

7.1 连续的模拟量检测 436

7.2 数字量的检测 436

第3章 交流异步电动机调速系统 439

1 交流异步电动机调速系统的分类 439

1.1 按用途分类 439

1.2 按转差功率分类 439

2 转差功率消耗型变压调速系统 439

2.1 异步电动机变压调速系统的主电路及机械特性 439

2.2 闭环控制的异步电动机变压调速系统 440

2.3 在软起动器和轻载减压节能中的应用 440

3 转差功率馈送型绕线转子异步电动机调速系统 441

3.1 绕线转子异步电动机串级调速系统 441

3.2 绕线转子异步电动机双馈调速系统 445

4 转差功率不变型变压变频调速系统 447

4.1 转速开环变压变频调速系统 447

4.2 转速闭环转差频率控制调速系统 448

5 异步电动机的动态数学模型和坐标变换 449

5.1 坐标变换 449

5.2 异步电动机的动态数学模型 451

6 异步电动机矢量控制系统 455

6.1 矢量控制系统的基本原理 455

6.2 转差型间接矢量控制系统 458

6.3 磁链闭环直接矢量控制系统 459

7 异步电动机直接转矩控制系统 461

7.1 直接转矩控制原理 461

7.2 磁链和转矩的控制性能 462

7.3 全数字化直接转矩控制系统 464

8 无速度传感器异步电动机调速系统 467

8.1 基于电动机模型的直接计算法 468

8.2 基于闭环控制作用的自适应控制法 469

8.3 利用电动机特征的谐波信号处理法 471

9 异步电动机调速系统的非线性控制和智能控制 472

9.1 异步电动机的非线性控制 472

9.2 异步电动机的智能控制 475

第4章 交流同步电动机调速系统 479

1 交流同步电动机调速的优点和类型 479

1.1 交流同步电动机的类型 479

1.2 交流同步电动机与直流电动机、异步电动机的比较 479

1.3 交流同步电动机调速系统的类型 480

2 交流同步电动机的数学模型 481

2.1 交流同步电动机在dq坐标系上的数学模型 481

2.2 同步电动机的时空矢量图 482

2.3 同步电动机的动态参数 483

3 负载换流同步电动机变频调速系统 484

3.1 负载换流同步电动机调速系统的工作原理 484

3.2 负载换流同步电动机的基本关系 485

3.3 负载换流同步电动机调速控制 486

4 转子励磁同步电动机调速系统 487

4.1 交流同步电动机磁场定向控制原理 488

4.2 交流同步电动机磁场定向控制系统 491

4.3 交流同步电动机直接转矩控制系统 493

5 永磁同步电动机调速系统 495

5.1 永磁同步电动机 495

5.2 永磁同步电动机的数学模型 496

5.3 永磁同步电动机的控制策略 497

5.4 永磁同步电动机控制系统 499

5.5 永磁同步电动机的自控式变频调速系统 501

6 开关磁阻电动机调速系统 502

6.1 开关磁阻电动机调速系统的工作原理 502

6.2 开关磁阻电动机基本关系分析 503

6.3 开关磁阻电动机控制系统 504

第5章 伺服系统（随动系统） 507

1 伺服系统的特征、分类和结构 507

1.1 伺服系统的特征 507

1.2 伺服系统的分类 507

1.3 伺服系统的结构 507

2 伺服系统的主要组成部分 507

2.1 位置反馈装置 508

2.2 执行电动机 512

2.3 功率放大装置 512

3 伺服系统的性能指标 512

3.1 稳态性能指标 513

3.2 动态性能指标 513

4 伺服系统的设计 513

4.1 伺服系统的稳态设计 513

4.2 伺服系统的动态设计 515

4.3 伺服系统的复合控制 519

4.4 现代控制理论在伺服系统设计中的应用 520

第6章 电气传动控制系统调节器的工程设计方法 525

1 典型系统 525

1.1 典型Ⅰ型系统 525

1.2 典型Ⅱ型系统 525

2 典型系统性能指标与参数的关系 526

2.1 典型Ⅰ系统性能指标与参数的关系 526

2.2 典型Ⅱ型系统性能指标与参数的关系 527

3 非典型系统的典型化 528

3.1 控制对象传递函数的近似处理 528

3.2 调节器结构的选择 529

4 直流调速系统设计举例 529

4.1 电流调节器的设计 529

4.2 转速调节器的设计 530

4.3 转速退饱和超调量的计算 531

4.4 对转速超调的抑制—转速微分负反馈 531

5 交流调速系统设计举例 532

5.1 转速调节器的设计 532

5.2 磁链调节器的设计 533

6 调节器最佳整定设计法 533

6.1 模最佳（二阶最佳）整定 533

6.2 对称最佳（三阶最佳）整定 533

6.3 对“调节器最佳整定设计法”的评价 533

参考文献 535

第5篇 装备制造电气自动化 537

第1章 装备制造电气自动化概述 539

1 装备制造电气自动化的作用及范畴 539

1.1 装备制造电气自动化的作用 539

1.2 装备制造电气自动化的范畴 539

1.3 数控系统的基本概念 539

1.4 数控机床的组成与工作原理 540

1.5 数控机床的分类与适用范围 540

1.6 数控机床的特点 543

2 国外装备制造电气自动化的现状 543

2.1 现代数控机床的两个基本评定指标 543

2.2 国外数控机床技术现状 544

2.3 国外数控机床伺服驱动技术现状 545

3 国内装备制造电气自动化的现状 546

3.1 我国装备工业的技术现状 546

3.2 我国工业控制自动化技术的现状 547

3.3 中国数控机床技术发展现状 550

3.4 国内数控机床伺服驱动技术现状和趋势 552

4 装备制造电气自动化的关键技术 552

4.1 数控机床的关键技术 552

4.2 永磁交流运动控制系统的关键技术 555

4.3 SERCOS接口技术 557

5 装备电气自动化的发展方向 559

5.1 数控机床发展的新趋势 559

5.2 数控机床的未来展望 561

5.3 数控系统技术的发展趋势 563

第2章 数控机床的电气系统 567

1 数控机床的产生、发展和定义 567

1.1 数字控制技术与数控机床的产生和发展 567

1.2 数控机床的主要技术指标 567

1.3 机床数控技术的发展趋势 568

2 数控机床的电气组成 570

2.1 概述 570

2.2 数控机床的伺服系统 571

2.3 位置检测装置 576

2.4 位置控制 581

3 数控机床的发展趋势 582

3.1 电主轴的高速化和一体化 582

3.2 直线电动机直接驱动进给技术 583

3.3 人工智能控制技术的应用 584

3.4 计算机集成制造（CIMS）技术 584

3.5 开放式网络化数控技术 585

第3章 工业机器人控制系统 587

1 工业机器人的定义 587

1.1 工业机器人诞生的背景 587

1.2 工业机器人的定义 587

1.3 工业机器人和一般自动机的区别 587

2 工业机器人的发展历史、现状与趋势 588

2.1 工业机器人的发展历史与现状 588

2.2 工业机器人市场现状 590

2.3 工业机器人的技术方向和发展趋势 591

3 工业机器人系统的组成、运动及分类 593

3.1 工业机器人系统的组成 593

3.2 工业机器人的运动系统 594

3.3 工业机器人的分类 597

4 工业机器人的控制系统 597

4.1 工业机器人控制功能的基本要求 597

4.2 开放式工业机器人控制器 598

4.3 工业机器人的编程及仿真 601

4.4 工业机器人控制系统 603

5 工业机器人在装备制造中的应用 607

5.1 工业机器人的主要应用及分布情况 607

5.2 焊接机器人 608

5.3 喷漆机器人 611

5.4 装配机器人 611

5.5 搬运机器人 612

第4章 柔性加工自动化 616

1 柔性加工自动化的发展和组成 616

1.1 柔性加工自动化现状和发展趋势 616

1.2 柔性制造系统 616

1.3 集成制造系统 618

1.4 控制系统和通信结构 626

2 计算机辅助设计 629

2.1 概述 629

2.2 数据库技术 629

2.3 计算机辅助设计优化方法 633

2.4 计算机图形学 635

3 机电一体化 640

3.1 总论 640

3.2 系统部件的选择与设计 643

3.3 微机控制系统 643

3.4 传感器技术 644

3.5 数据采集及信息处理技术 651

4 人工智能和专家系统 660

4.1 人工智能的基本原理 660

4.2 故障诊断技术 662

4.3 专家系统在装备制造中的应用 667

4.4 专家系统的基本构成 667

5 虚拟现实及仿真技术 667

5.1 虚拟现实简介 667

5.2 系统仿真基本原理 668

6 模糊和神经网技术 671

6.1 模糊逻辑基本理论 671

6.2 模糊控制器 672

6.3 神经网络基本理论 673

6.4 神经网络控制及其软件实现 674

6.5 模糊和神经网络技术在装备制造中的应用 674

第5章 装备制造中的新型驱动技术 678

1 直接驱动技术 678

1.1 直接驱动技术概论 678

1.2 直接驱动旋转电动机技术 679

1.3 直线电动机 680

1.4 直线电动机技术在装备制造中的应用 682

2 磁悬浮驱动技术 682

2.1 磁悬浮技术概论 682

2.2 磁悬浮轴承技术 683

2.3 磁悬浮旋转电动机 684

2.4 磁悬浮直线电动机 684

2.5 磁悬浮控制系统 684

2.6 磁悬浮电动机的应用领域 684

3 非电磁类驱动技术 685

3.1 磁致伸缩驱动 685

3.2 压电驱动 686

3.3 超声驱动 691

3.4 记忆合金驱动 691

3.5 静电驱动 691

3.6 光驱动 691

3.7 超导驱动 691

3.8 其他驱动技术 691

4 新型驱动技术在装备制造中的应用 691

4.1 新型驱动技术在机床设备中的应用 691

4.2 新型驱动技术在磁悬浮列车驱动中的应用 692

4.3 新型驱动技术在现代物流中的应用 692

4.4 在军事、航天、医学及其他方面的应用与国内外的发展 692

4.5 新型驱动技术在信息及自动化中的应用 692

参考文献 693

第6篇 电气传动自动化的应用 695

第1章 电动机调速节能的应用 697

1 电动机的调速节能 697

1.1 电动机调速节能的意义 697

1.2 电动机调速节能的方法 697

2 电动机节能系统设计及应用 700

2.1 选择调速节能注意事项 700

2.2 风机、水泵电动机节能应用 700

2.3 节能效果的工程计算和测量方法 701

3 通用低压交流调速节能控制系统设计 701

3.1 交流调速节能系统的容量计算 701

3.2 外围设备及选择 703

4 异步电动机中压变频的应用实例 704

4.1 单元串联变频器特点 704

4.2 应用实例 704

5 大功率同步电动机静止变频的实例 705

5.1 同步电动机变频起动原理 705

5.2 SFC的功率单元 706

5.3 SFC控制单元 706

5.4 SFC的运行 706

5.5 某蓄能水电厂二期工程SFC的特点 707

5.6 结束语 707

第2章 在钢铁工业中的应用 708

1 钢铁工业电气传动设备和特点 708

2 电力电子变流器的发展与应用 709

2.1 大功率晶闸管整流装置的应用 709

2.2 同步电动机静止变频装置的应用 711

2.3 异步电动机中压变频装置的应用 714

3 高炉炼铁的应用 715

3.1 高炉生产工艺特点 715

3.2 高炉电气传动控制系统 716

3.3 高炉基础自动化控制系统 719

3.4 高炉过程自动化控制系统 721

3.5 高炉三电自动化的典型控制系统 723

4 转炉炼钢中的应用 725

4.1 转炉炼钢生产设备的组成和生产工艺要求 725

4.2 转炉倾动机构的传动自动化系统 726

4.3 转炉氧枪升降传动自动化系统 727

4.4 转炉基础自动化系统 727

5 轧钢工业的应用 728

5.1 轧机设备的组成及电气传动自动化系统 728

5.2 轧制力计算和电动机容量选择 731

5.3 控制性能和各类传动方案的比较 734

5.4 轧钢传动的典型控制系统 737

5.5 轧钢生产过程自动化和计算机控制系统的应用举例 766

第3章 在有色金属工业中的应用 775

1 铝电解工业的应用 775

1.1 铝电解整流机组的基本类型 775

1.2 二极管整流机组 775

1.3 晶闸管整流机组 775

1.4 三相五柱整流变压器 776

1.5 同相逆并联整流技术 777

1.6 整流器的散热和结构方式 777

1.7 整流机组的稳流控制系统 777

1.8 多相整流和电力电子元件的均流技术 779

1.9 整流机组的运行监控和故障保护 779

1.10 工业应用 780

2 铝板轧机电气传动系统 780

2.1 铝轧机生产设备的组成 780

2.2 粗轧机可逆主传动系统 781

2.3 精轧连轧机主传动系统 782

2.4 生产过程自动化和计算机控制 782

3 铜铝冷轧机电气传动系统 783

3.1 铜铝冷轧机生产设备的组成 783

3.2 生产设备对电气传动自动化系统的要求 783

3.3 电气传动自动化系统配置方案 784

3.4 控制系统功能描述 785

3.5 生产过程自动化和计算机控制 787

第4章 在采矿工业中的应用 789

1 矿井提升机械的应用 789

1.1 矿井提升机对电气传动系统的要求 789

1.2 矿井提升机直流电气传动系统 791

1.3 矿井提升机交流电气传动系统 796

1.4 矿井提升机的综合自动化控制 797

2 矿山挖掘机械的应用 798

2.1 矿山挖掘机设备及特点 798

2.2 矿山挖掘机电气传动系统的特点 799

2.3 矿山挖掘机全数字直流传动系统 800

2.4 矿山挖掘机全数字交流传动系统 800

第5章 在石油钻井机械中的应用 803

1 钻机的组成和分类 803

1.1 钻机的组成 803

1.2 钻机的分类 804

2 钻机的负载特性和电气传动控制系统 804

2.1 主要钻井机械工作与负荷特性 804

2.2 钻机电控设备的工作特点 805

3 钻机电气传动系统 806

3.1 直流模拟控制系统 806

3.2 直流全数字控制系统 807

3.3 交流变频控制系统 807

3.4 新型钻机控制系统的功能的发展 809

第6章 在港口和起重机械中的应用 810

1 港口机械设备的组成及分类 810

1.1 翻车机 810

1.2 堆/取料机 810

1.3 装船机 810

1.4 连续卸船机 810

1.5 输送机 811

1.6 港口起重机械 812

2 港口机械设备电气传动自动化系统 812

2.1 港口设备的供电系统 812

2.2 港口机械的电气传动系统 813

2.3 港口机械设备自动化系统 814

3 港口设备综合管理自动化系统 815

3.1 功能描述 815

3.2 港口综合管理自动化系统 815

4 起重机械电气传动系统 815

4.1 起重机类型及工作分类 815

4.2 电动机容量计算 816

4.3 常用电气传动系统 817

第7章 在造纸工业中的应用 820

1 生产线设备组成及生产工艺 820

1.1 造纸生产过程 820

1.2 制浆工艺流程 820

1.3 造纸工艺流程 820

1.4 精整部分 821

2 制浆设备及电气设备 821

2.1 磨木机及电气设备 821

2.2 削片机及电气设备 821

2.3 精浆机及电气设备 821

2.4 其他辅助机械 821

3 造纸机机械 822

3.1 造纸机的种类 822

3.2 造纸机的传动方式 823

4 造纸机的传动系统 823

4.1 造纸机对电气传动的要求 823

4.2 造纸机电气传动的方案选择 824

4.3 造纸机电气控制的基本形式 825

4.4 造纸机电气传动的特点 825

4.5 典型造纸机电气系统方案 826

4.6 造纸机系统变频器的选择 826

4.7 造纸机系统电动机的选择 827

4.8 造纸机电气传动系统的过压保护 827

5 复卷机的传动系统 827

5.1 复卷机的结构及动作 827

5.2 复卷机对传动系统的要求 827

5.3 主要控制工艺的描述 827

5.4 复卷机电气传动的特点 828

5.5 复卷机电气控制典型实例 828

6 压光机的传动系统 829

6.1 压光机的结构及动作 829

6.2 超级压光机对传动系统的要求及控制 829

第8章 谐波治理和无功补偿 830

1 谐波和无功功率的影响及限制 830

1.1 谐波对公用电网的影响 830

1.2 公用电网对谐波的限制 830

1.3 功率因数和无功功率对公用电网的影响 831

1.4 公用电网对功率因数和无功功率的要求 831

2 常用电气传动装置谐波电流计算 832

2.1 直流传动整流装置的谐波电流 832

2.2 电压源交—直交变频器的谐波电流 833

2.3 交交变频器的谐波电流 834

2.4 TCR或TCT补偿装置的谐波电流 834

3 常用电气传动装置功率因数计算 835

3.1 直流传动整流装置的功率因数 835

3.2 电压源交直交变频器的功率因数 836

3.3 交—交变频器的功率因数 836

4 谐波治理方法 838

4.1 无源滤波 838

4.2 有源滤波 839

5 无功功率补偿的方法 841

5.1 静态无功补偿 841

5.2 动态无功补偿 842

6 滤波及无功补偿装置的组成和设备选用 844

6.1 滤波兼静补装置 844

6.2 TCR动补装置 850

参考文献 857