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常用符号表 1

第1章　电力拖动运动控制系统基础 5

1.1 电力拖动系统的运动方程 5

1.2　电力拖动系统的负载特性 6

1.2.1　恒转矩负载特性 6

1.2.2　风机类负载特性 6

1.2.3　恒功率负载特性 7

1.3　电力拖动系统的转矩与功率 8

1.3.1 电动机允许输出的转矩和功率 8

1.3.2　调速方式与负载类型的配合 9

1.4　电力拖动系统的检测技术 10

1.4.1　模拟检测技术 10

1.4.2　数字检测技术 12

思考题与习题 19

本章参考文献 19

第2章　直流电动机调速系统 20

2.1　调速系统的性能指标 20

2.1.1　稳态指标 21

2.1.2　动态指标 22

2.2　直流调速系统的组成及数学模型 24

2.2.1 系统组成 24

2.2.2　可控直流电源 24

2.2.3　他励直流电动机 38

2.3　开环直流调速系统 40

2.3.1　静态特性 40

2.3.2　动态特性 41

2.3.3　开环直流调速系统的局限性 42

2.4　转速单反馈闭环直流调速系统 42

2.4.1　转速单反馈闭环系统的静特性 43

2.4.2　转速单反馈闭环系统的稳定性 45

2.5　闭环控制系统的工程设计方法 47

2.5.1 自动控制原理的基本结论 47

2.5.2　典型系统 49

2.5.3　近似典型系统 58

2.6　转速单反馈闭环直流调速系统的动态设计 62

2.6.1　动态设计 62

2.6.2　电流截止负反馈 64

2.6.3　转速单反馈闭环直流调速系统的局限性 68

2.7　转速电流双闭环直流调速系统的原理和静态设计 68

2.7.1 电流反馈环的作用 68

2.7.2　双闭环直流调速系统的起动过程 70

2.7.3　双闭环直流调速系统的稳态设计 71

2.8　双闭环直流调速系统的动态设计 73

2.8.1　电流环设计 73

2.8.2　转速环设计 74

2.8.3　转速调节器积分退饱和超调 78

2.8.4　转速超调的抑制措施 79

2.9　转速电流双闭环直流调速系统的抗扰特性 81

2.9.1　扰动模型 82

2.9.2　抗负载电流扰动的特性 83

2.9.3　抗扰性能的进一步改进 84

2.10　可逆直流调速系统 87

2.10.1　H形PWM变换电源供电的可逆直流调速系统 88

2.10.2　可逆相控整流供电的直流调速系统 89

2.11　本章小结 92

思考题与习题 93

本章参考文献 94

第3章　机电能量转换基础 95

3.1　磁路 95

3.1.1　磁场的建立 95

3.1.2　磁路的欧姆定律 96

3.1.3　磁路中铁心的作用 97

3.2　感应电动势 98

3.2.1 电磁感应定律与电动势 98

3.2.2　变压器电动势与运动电动势 99

3.3　磁场能量与电感 100

3.3.1　磁场储能与磁共能 100

3.3.2　电感及用电感表示的磁场能量 101

3.4　机电能量转换的基本原理 104

3.4.1　典型的机电能量转换装置 104

3.4.2 电磁力和电磁转矩 104

思考题与习题 108

本章参考文献 109

第4章　异步电动机与调速 110

4.1　概述 110

4.1.1 直流电动机与交流电动机的比较 110

4.1.2　交流电动机调速的技术突破 111

4.1.3　交流电动机调速的方法 111

4.2　异步电动机调速 112

4.2.1　旋转磁场 112

4.2.2　正弦波磁场的矢量表示及时-空矢量图 114

4.2.3　转矩的产生 116

4.2.4　稳态等效电路 117

4.2.5　机械特性 120

4.2.6　变压恒频（VVCF）运行 120

4.2.7　变压变频（VVVF）运行 121

4.2.8　恒流运行时的机械特性 124

4.2.9　绕线转子异步电动机调速 126

4.3　异步电动机的动态数学模型与坐标变换 130

4.3.1 电动机等效的原则 130

4.3.2　坐标变换 131

4.3.3 三相异步电动机的多变量非线性数学模型 134

4.3.4　异步电动机在两相d-q坐标系上的数学模型 138

4.3.5　三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程 142

思考题与习题 144

本章参考文献 145

第5章　异步电动机恒压频比控制 146

5.1　变压变频调速的一般基础 146

5.1.1　变压变频调速时的U/f关系 146

5.1.2　交—直—交电压型方波逆变器的工作原理 147

5.1.3　交—直—交电流型方波逆变器的工作原理 147

5.1.4　逆变器的电压控制方式 148

5.2　转速开环交—直—交电压型变频调速系统 149

5.2.1　系统结构框图 149

5.2.2　系统的基本单元 149

5.3　转速开环交—直—交电流型变频调速系统 152

5.3.1　系统结构框图 152

5.3.2　系统的基本单元 153

5.4　谐波的影响 154

5.4.1　转矩脉动 154

5.4.2　谐波发热 155

5.4.3　参数变化 155

5.4.4　噪声 155

5.5　脉宽调制 157

5.5.1　正弦PWM（SPWM） 158

5.5.2　电流跟踪型PWM 161

5.5.3　空间矢量PWM（SVPWM） 162

5.6　转速闭环转差频率控制的变频调速系统 169

5.6.1 转速闭环磁链开环的转差频率控制系统 169

5.6.2　转矩和磁链闭环的转差频率控制系统 170

5.7　基于小信号模型的异步电动机闭环控制 171

5.8　V/F控制的通用变频器 175

5.8.1　通用变频器的基本结构 175

5.8.2　通用变频器的控制方式 178

5.8.3　通用变频器的附加功能 178

5.8.4　通用变频器的保护 180

5.8.5　通用变频器的外围设备 182

思考题与习题 183

本章参考文献 183

第6章　异步电动机矢量控制与直接转矩控制 184

6.1　矢量控制的基本思路 184

6.1.1　模仿直流电动机 184

6.1.2　矢量控制原理 185

6.2　按转子磁链定向异步电动机矢量控制系统 186

6.2.1　按转子磁链定向的矢量控制方程 186

6.2.2　转子磁链的电压和电流模型 188

6.2.3　异步电动机转子磁链定向矢量控制系统 191

6.2.4　转差频率推算中参数变化的影响与对策 194

6.2.5　无速度传感器矢量控制系统 196

6.3 基于动态模型按定子磁链控制的异步电动机直接转矩控制 198

6.3.1 用定子和转子磁链表示的转矩方程 198

6.3.2　定子电压矢量对磁链和转矩的调节作用 199

6.3.3　异步电动机直接转矩控制系统 200

6.4　矢量控制与直接转矩控制的比较 203

思考题与习题 204

本章参考文献 205

第7章　同步电动机与变频调速 206

7.1　同步电动机 206

7.1.1　直流励磁同步电动机 206

7.1.2　永磁同步电动机 210

7.2　变磁阻电动机 213

7.2.1　开关磁阻电动机 213

7.2.2　步进电动机 214

7.3 同步电动机他控变频调速系统 214

7.3.1 正弦波永磁同步电动机开环V/F控制 214

7.3.2　正弦波永磁同步电动机矢量控制 216

7.3.3　直流励磁同步电动机调速系统 218

7.4　同步电动机自控变频调速系统 222

7.4.1　梯形波永磁同步电动机（无刷直流电动机）自控变频调速系统 223

7.4.2　正弦波永磁同步电动机自控变频调速系统 229

7.5　开关磁阻电动机调速系统 230

7.6　同步电动机在同步旋转d-q坐标系上的动态数学模型 234

7.7　交流电动机变频调速总结 236

思考题与习题 237

本章参考文献 238

第8章　电力拖动在运动控制系统中的应用 239

8.1 电力拖动速度控制系统 239

8.1.1　恒压供水系统（无塔上水） 239

8.1.2　多电动机同步调速系统 241

8.1.3　卷绕机械恒张力控制 243

8.2　电力拖动位置控制系统 244

8.2.1 位置控制系统概述 244

8.2.2　电梯位置控制系统 245

8.2.3　运动对象的位置控制 246

8.2.4　时间最优的位置控制 247

8.3　数控机床伺服系统 249

8.3.1　数控机床概述 249

8.3.2　闭环伺服系统 250

8.3.3　数控机床的轨迹控制原理及实现 253

8.4　机器人运动控制技术 260

思考题与习题 260

本章参考文献 261

第9章　计算机控制的电力拖动运动控制系统 262

9.1 数字控制电力拖动运动控制基础 262

9.1.1 数字控制的电力拖动系统结构 262

9.1.2　计算机控制系统的数学描述 265

9.2　连续域-离散化设计 268

9.2.1　设计原理及步骤 268

9.2.2　各种离散化的方法 269

9.2.3　数字PID调节器的设计 274

9.2.4　PID调节参数的整定 276

9.3 电动机控制专用微处理器与集成电路 278

9.3.1　单片机与DSP 278

9.3.2　专用集成电路 281

9.4　基于TMS320LF2407A的DSP电动机控制系统 285

9.4.1　直流电动机的DSP控制 285

9.4.2　无刷直流电动机的DSP控制 286

9.4.3　异步电动机的DSP矢量控制 290

思考题与习题 295

本章参考文献 296