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出版说明 1

前言 1

常用符号表 1

绪论 1

0.1 电力拖动及其自动控制系统 1

0.2 电力拖动自动控制系统的发展概况与趋势 1

0.2.1 电力拖动调速系统的发展概况和趋势 2

0.2.2 电力拖动位置伺服系统的发展概况和趋势 6

第1篇 电力拖动直流调速系统 10

第1章 直流电动机的数学模型及其闭环控制系统 10

1.1 闭环直流调速系统广义被控对象的数学模型及其动态结构图 10

1.1.1 旋转电枢系统的数学模型及其动态结构图 10

1.1.2 他励直流电动机励磁回路的数学模型及其动态结构图 17

1.2 直流调速系统的闭环控制结构及其相应的闭环直流调速系统 19

1.2.1 转速单闭环的控制结构 19

1.2.2 转速、电流双闭环控制结构及相应的控制系统 20

1.2.3 他励直流电动机闭环励磁控制系统的动态结构及相应的控制系统 22

1.2.4 直流电动机双域闭环控制调速系统（先升压后弱磁调速系统） 22

第2章 闭环控制直流调速系统的稳态分析和计算 25

2.1 直流调速系统的静态调速指标及开环系统存在的问题 25

2.1.1 生产工艺对转速控制的要求和调速指标 25

2.1.2 开环调速系统存在的问题 27

2.2 单闭环直流调速系统的稳态分析和计算 28

2.2.1 ASR为比例调节器时的转速单闭环直流调速系统稳态分析与计算 28

2.2.2 ASR采用PI调节器时的转速单闭环直流调速系统 31

2.2.3 带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统稳态分析 32

2.3 转速、电流双闭环调速系统稳态分析及计算 35

2.4 习题 37

第3章 闭环直流调速系统的动态分析 39

3.1 单闭环直流调速系统的动态分析 39

3.1.1 ASR为比例调节器的单闭环直流调速系统的稳定性分析 39

3.1.2 ASR采用PI调节器的单闭环直流调速系统动态分析 41

3.2 转速、电流双闭环直流调速系统的动态分析 44

3.2.1 快速系统与最佳过渡过程的概念 44

3.2.2 转速、电流双闭环直流调速系统的动态特性分析 46

3.3 闭环直流调速系统的自适应控制 52

3.3.1 电流自适应调节器 52

3.3.2 转速自适应调速器 55

3.4 习题 58

第4章 可逆直流调速系统 59

4.1 晶闸管-电动机可逆调速系统（V-M可逆系统） 59

4.1.1 晶闸管-电动机可逆调速系统的基本结构 59

4.1.2 电枢可逆系统中的环流 60

4.1.3 有环流可逆调速系统 62

4.1.4 无环流可逆调速系统 66

4.2 可逆直流脉宽调速系统（PWM可逆系统） 70

4.3 习题 72

第5章 调节器的工程设计方法 73

5.1 调节器工程设计方法的基本思想和意义 73

5.2 典型系统 74

5.3 闭环控制系统的动态性能指标 76

5.4 典型系统的参数和性能指标的关系 77

5.4.1 典型Ⅰ型系统参数与性能指标的关系 77

5.4.2 典型Ⅱ型系统参数与性能指标的关系 81

5.5 非典型系统的典型化 85

5.5.1 直接校正成典型系统 85

5.5.2 低频大惯性环节的近似处理 86

5.5.3 高频小惯性群的近似处理 89

5.6 双闭环不可逆直流调速系统的工程设计 93

5.6.1 电流环的设计 94

5.6.2 转速环的设计 97

5.7 习题 104

第2篇 电力拖动交流调速系统 108

第6章 基于稳态数学模型的异步电动机变压变频调速系统 108

6.1 基于稳态数学模型的异步电动机变压变频调速系统控制方式 108

6.1.1 电压-频率协调控制方式 108

6.1.2 转差频率控制方式 112

6.2 电力电子变频调速装置及其电源特性 115

6.3 电压源型转速开环恒压频比控制的异步电动机变压变频调速系统 118

6.4 电流源型转速开环恒压频比控制的异步电动机变压变频调速系统 121

6.5 异步电动机转差频率控制的变压变频调速系统 123

6.5.1 电流源型转差频率控制的异步电动机变压变频调速系统 123

6.5.2 电压源型转差频率控制的异步电动机变压变频调速系统 124

6.6 习题 126

第7章 基于动态数学模型的异步电动机矢量控制变压变频调速系统 127

7.1 矢量控制的基本概念 127

7.1.1 直流电动机和异步电动机的电磁转矩 127

7.1.2 矢量控制的基本思想 129

7.2 异步电动机在不同坐标系上的数学模型 131

7.2.1 交流电动机的坐标系与空间矢量的概念 132

7.2.2 异步电动机在静止坐标系上的数学模型 133

7.2.3 坐标变换及变换矩阵 138

7.2.4 异步电动机在二相静止坐标系上的数学模型 148

7.2.5 异步电动机在任意二相旋转坐标系上的数学模型 153

7.2.6 异步电动机在二相同步旋转坐标系上的数学模型 155

7.2.7 异步电动机在二相坐标系上的状态方程 156

7.3 磁场定向和矢量控制的基本控制结构 158

7.3.1 转子磁场定向的异步电动机矢量控制系统 158

7.3.2 异步电动机的其他两种磁场定向方法 161

7.4 转子磁链观测器 163

7.4.1 计算转子磁链的电流模型法 163

7.4.2 计算转子磁链的电压模型法 165

7.5 异步电动机矢量控制系统 166

7.5.1 具有转矩内环的转速、磁链闭环异步电动机直接矢量控制系统 166

7.5.2 转差型异步电动机间接矢量控制系统 168

7.5.3 无速度传感器矢量控制系统 172

7.6 具有双PWM变流器的矢量控制系统 175

7.7 习题 176

第8章 异步电动机直接转矩控制变压变频调速系统 178

8.1 异步电动机直接转矩控制系统的基本理论 178

8.1.1 直接转矩控制的基本思想 178

8.1.2 逆变器的8种开关状态和逆变器的电压状态 178

8.1.3 电压空间矢量的概念 181

8.1.4 电压空间矢量与磁链空间矢量的关系 183

8.1.5 电压空间矢量对电动机转矩的影响 184

8.1.6 电压空间矢量的正确选择 185

8.1.7 异步电动机直接转矩控制的基本结构 187

8.1.8 异步电动机定子轴系的数学模型 188

8.2 异步电动机直接转矩控制系统的基本组成及工作原理 191

8.2.1 磁链自控制 192

8.2.2 转矩调节 198

8.2.3 磁链调节 203

8.2.4 电压状态的选择 206

8.2.5 最小开关持续时间 210

8.2.6 逆变器的开关频率调节 211

8.3 在低速范围内直接转矩控制系统的转矩控制与调节方法 212

8.3.1 在低速范围内直接转矩控制系统的结构特点 212

8.3.2 区段的电压状态选择 213

8.3.3 低速范围内转矩与磁链调节的协调 215

8.3.4 使用-120°电压的磁链调节 217

8.4 在弱磁范围内直接转矩控制系统的转矩控制及恒功率调节 218

8.4.1 弱磁范围内直接转矩控制系统的结构特点 218

9.4.2 弱磁范围内的转矩控制与调节 218

8.4.3 弱磁范围内的功率调节 219

8.5 圆形磁链轨迹的直接转矩控制系统 222

8.6 无速度传感器直接转矩控制系统 224

8.7 异步电动机的一种低速直接转矩控制（ISC）系统 229

8.8 直接转矩控制系统的特点 231

8.9 习题 232

第9章 同步电动机变压变频调速系统 233

9.1 同步电动机变压变频调速的特点及基本类型 233

9.2 同步电动机变压变频调速系统主电路晶闸管换流关断机理及其方法 234

9.2.1 同步电动机交-直-交型变压变频调速系统逆变器中晶闸管的换流关断机理及其方法 234

9.2.2 交-交变频同步电动机调速系统主电路晶闸管的换流 237

9.3 他控变频同步电动机调速系统 239

9.3.1 转速开环恒压频比控制的同步电动机调速系统 239

9.3.2 交-直-交型他控变频同步电动机调速系统 239

9.4 自控变频同步电动机（无换向器电动机）调速系统 241

9.4.1 自控变频同步电动机（无换向器电动机）调速原理及特性 241

9.4.2 自控变频同步电动机调速系统 248

9.5 按气隙磁场定向的普通三相同步电动机矢量控制系统 251

9.5.1 普通三相同步电动机的多变量数学模型 251

9.5.2 按气隙磁场定向的三相同步电动机交-直-交变频矢量控制系统 253

9.6 正弦波永磁同步电动机变压变频调速系统 256

9.7 梯形波永磁同步电动机变压变频调速系统 266

9.8 习题 269

第10章 电力拖动自动控制系统的先进控制策略 270

10.1 交流电动机变压变频调速系统新型控制策略综述 270

10.2 交流电动机的逆系统控制方法 274

10.2.1 逆系统控制方法的理论基础 275

10.2.2 交流电动机动态模型的可逆性及其逆系统 276

10.2.3 闭环控制器的设计 279

10.3 内模控制技术在异步电动机调速领域内的应用 280

10.3.1 内模控制的基本原理和特点 280

10.3.2 定子电流的内模解耦控制 282

10.3.3 二自由度内模控制策略 283

10.3.4 异步电动机调速系统的二自由度内模控制方法 285

10.4 智能控制方法在异步电动机调速系统中的应用 287

10.4.1 异步电动机的神经网络模型参考自适应控制方法 287

10.4.2 异步电动机模糊控制方法 290

10.4.3 异步电动机的自适应模糊神经网络控制方法 294

第3篇 位置伺服系统 300

第11章 位置伺服系统 300

11.1 位置伺服系统的基本组成及分类 300

11.1.1 位置伺服系统的基本组成 300

11.1.2 位置伺服系统的分类 301

11.2 位置伺服系统的控制结构及相应的控制系统 304

11.2.1 直流位置伺服系统的控制结构及相应的控制系统 304

11.2.2 交流位置伺服系统的控制结构及相应的控制系统 306

11.3 位置伺服系统的稳态分析 308

11.3.1 位置伺服系统稳态分析及稳态基本性能指标 308

11.3.2 提高位置伺服系统精度的方法 312

11.4 位置伺服系统的动态分析和设计 314

11.4.1 单闭环位置伺服系统的动态分析和设计 315

11.4.2 双环位置伺服系统的动态分析与设计 317

11.4.3 交流位置伺服系统的动态分析和设计 319

11.4.4 提高位置伺服系统动态性能的方法 323

11.5 位置伺服系统 324

11.5.1 直流位置伺服系统 324

11.5.2 交流位置伺服系统 330

11.6 数控机床及其插补算法 332

11.6.1 数控机床简介 332

11.6.2 数控机床的工作过程 333

11.6.3 数控机床的插补算法 334

11.7 机器人中的伺服系统 338

11.7.1 机器人简述 338

11.7.2 工业机器人基本控制系统的组成 340

11.7.3 机器人关节伺服控制 341

11.7.4 机器人关节的力伺服控制 342

11.8 习题 342

第4篇 数字（计算机）电力拖动自动控制系统 346

第12章 数字（计算机）控制的电力拖动系统 346

12.1 数字（计算机）自动控制系统的基本特点 3

12.1.1 离散和采样 346

12.1.2 连续变量的量化 347

12.1.3 增量式编码器脉冲信号的量化 348

12.1.4 电压、电流等模拟量的量化 350

12.1.5 模拟和数字调节器 352

12.1.6 开环前馈补偿（预控） 354

12.2 数字控制系统的组成及其数字控制器 355

12.2.1 数字控制器（计算机系统）的硬件系统 355

12.2.2 数字控制器的软件系统 359

12.3 数字电力拖动自动控制系统及其数字化设计 359

12.3.1 变量的相对值 359

12.3.2 直流双闭环调速系统全数字化设计 361

12.3.3 异步电动机矢量控制系统数字化设计 371

12.3.4 永磁同步电动机直接转矩控制系统数字化设计 380

12.3.5 数字控制的位置伺服（随动）系统 385

12.4 数字电力拖动自动控制系统中的检测技术 387

12.4.1 位置检测 387

12.4.2 速度（转速）测量 391

12.4.3 电压、电流检测 394

12.5 习题 396

附录 教学实验参考 398

实验1 晶闸管直流调速系统参数和基本环节特性测定 400

实验2 转速、电流双闭环直流调速系统 407

实验3 SPWM正弦脉宽调制变频器-异步电动机变压变频调速系统 410

实验4 KR-LZH三相异步电动机矢量控制实验系统及相关的实验 413

实验5 KR-PMSM交流伺服实验系统及相关的实验 417

参考文献 420