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第1章 单闭环直流调速控制系统 1

1.1 直流电动机的调速方法 1

1.1.1 改变电枢电压调速 1

1.1.2 弱磁调速 2

1.1.3 改变电枢回路电阻调速 3

1.2 直流调速用的可控直流电源 3

1.2.1 晶闸管可控整流器 3

1.2.2 直流斩波器和脉宽调制变换器 4

1.3 晶闸管-电动机调速系统的特殊问题 5

1.3.1 电压和电流的脉动 5

1.3.2 电流脉动的影响及其抑制措施 6

1.3.3 电流波形的连续与断续 7

1.3.4 晶闸管-电动机调速系统的机械特性 7

1.4 单闭环调速系统各环节的模型和稳态性能分析 8

1.4.1 转速控制的要求和调速指标 8

1.4.2 开环调速系统的性能和存在的问题 9

1.4.3 调速系统各环节的模型 9

1.4.4 开环系统机械特性和闭环系统静特性的比较 15

1.4.5 单闭环调速系统的基本性质 16

1.5 限流保护——电流截止负反馈 17

1.5.1 问题的提出 17

1.5.2 电流截止负反馈环节 18

1.5.3 带电流截止负反馈的闭环调速系统和静特性 18

1.6 无静差调速系统比例积分控制规律 20

1.6.1 比例积分控制器的控制规律 20

1.6.2 稳态抗扰误差分析 22

1.7 电压反馈、电流补偿控制的调速系统 25

1.7.1 电压负反馈调速系统 25

1.7.2 电流正反馈和补偿控制规律 26

1.7.3 电流补偿控制调速系统的数学模型和稳定条件 28

1.7.4 负载电流前馈、转速反馈的调速系统 29

习题 30

第2章 转速、电流双闭环直流调速系统 33

2.1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性 33

2.1.1 转速、电流双闭环调速系统的组成 33

2.1.2 双闭环直流调速系统稳态结构图和静特性 34

2.1.3 各变量的稳态工作点和稳态参数计算 35

2.2 双闭环调速系统的动态性能 36

2.2.1 双闭环直流调速系统动态数学模型 36

2.2.2 双闭环直流调速系统动态过程分析 36

2.2.3 动态性能和两个控制器的作用 38

2.3 转速超调的抑制——转速微分负反馈 40

2.4 弱磁控制的直流调速系统 41

2.4.1 电枢电压与励磁配合控制 41

2.4.2 非独立控制励磁的调速系统 42

习题 44

第3章 直流调速系统的工程设计方法 46

3.1 直流调速系统的指标 46

3.1.1 控制系统的动态性能指标 46

3.1.2 典型Ⅰ型系统结构及其参数和性能指标的关系 47

3.1.3 典型Ⅱ型系统结构及其参数和性能指标的关系 51

3.2 直流调速系统模型的典型化处理 56

3.2.1 小惯性环节的近似处理 56

3.2.2 高阶系统的降阶处理 57

3.2.3 大惯性环节的近似处理 58

3.3 直流调速系统的工程设计方法 58

3.3.1 带给定滤波的双闭环直流调速系统结构 58

3.3.2 电流环的等效闭环传递函数 59

3.3.3 电流控制器的设计 60

3.3.4 转速控制器的设计 62

3.3.5 转速控制器的实现 64

3.3.6 转速控制器退饱和时转速超调量的计算 65

3.3.7 设计举例 68

习题 71

第4章 可逆调速系统 73

4.1 可逆调速系统结构 73

4.2 晶闸管可逆调速系统的回馈制动 74

4.2.1 晶闸管装置的整流和逆变状态 74

4.2.2 晶闸管-电动机调速系统中实现发电回馈制动 76

4.3 两组晶闸管可逆线路中的环流 77

4.3.1 环流及其种类 77

4.3.2 无直流平均环流的配合控制 77

4.3.3 瞬时脉动环流及其抑制 78

4.4 有环流可逆调速系统特性分析 80

4.4.1 α=β配合控制的有环流可逆调速系统的基本结构 80

4.4.2 制动过程分析 81

4.5 逻辑无环流可逆调速系统 83

4.5.1 逻辑无环流可逆调速系统原理和组成 83

4.5.2 可逆系统对无环流逻辑控制器的要求 84

习题 86

第5章 PWM直流调速系统 87

5.1 脉宽调制变换器 87

5.1.1 基本概念 87

5.1.2 脉宽调制变换器的工作原理 87

5.2 脉宽调速系统的特殊问题 90

5.2.1 电流脉动量 90

5.2.2 转速脉动量 91

5.2.3 脉宽调制器和脉宽调制变换器的传递函数 92

5.2.4 电力晶体管的开关损耗与开关频率 93

5.2.5 泵升电压限制电路 94

5.3 脉宽调速系统组成 95

习题 95

第6章 伺服系统原理与设计 96

6.1 位置伺服系统 96

6.1.1 位置伺服系统的应用 96

6.1.2 位置伺服系统的主要组成部件及其工作原理 96

6.1.3 位置伺服系统与调速系统的比较 97

6.2 位置信号的检测 97

6.3 伺服电动机 99

6.3.1 直流伺服电动机的性能 99

6.3.2 交流伺服电动机的实用特性 100

6.4 伺服驱动器 100

6.5 伺服控制系统稳态性能分析 104

6.5.1 各环节传递函数 104

6.5.2 位置单闭环比例控制时的稳态误差分析 105

6.5.3 位置单闭环比例积分控制时的稳态误差分析 106

6.6 复合控制伺服系统的设计 107

6.6.1 位置、速度、电流三环控制系统 107

6.6.2 复合控制——负载干扰前馈、位置反馈伺服控制系统 108

6.6.3 复合控制——位置参考顺馈、位置反馈伺服控制系统 109

6.6.4 复合控制——顺馈、前馈、位置反馈伺服控制系统 110

6.6.5 复合控制设计实例 110

6.7 伺服系统调试环境 113

6.7.1 Trio Motion运动控制器的功能 114

6.7.2 伺服控制系统的配置 117

6.7.3 伺服系统的注意事项 121

6.7.4 Trio Motion运动控制器的设置和编程 122

习题 132

第7章 交流调速系统 133

7.1 概述 133

7.1.1 交流调速系统与直流调速系统的比较 133

7.1.2 交流调速系统的主要应用领域 135

7.2 交流电动机数学模型 135

7.2.1 交流电动机的数学模型 135

7.2.2 异步交流电动机动态数学模型 137

7.3 交流电动机调速方式及特性 140

7.3.1 恒压恒频调速控制方式 140

7.3.2 电压与频率协调调速控制方式 140

7.3.3 恒功率调速和特性 142

7.4 变频器 142

7.4.1 变频器基本结构 142

7.4.2 变频器主电路的控制方式 144

7.4.3 六拍阶梯波逆变器的输出电压空间矢量 148

7.4.4 六拍阶梯波逆变器供电的电动机的旋转磁场 150

7.5 异步电动机变频调速系统 152

7.5.1 电压与频率恒定控制的转速开环调速系统 152

7.5.2 转差率控制的转速闭环调速系统 153

7.6 异步电动机的矢量控制 155

7.6.1 矢量控制的基本思想 155

7.6.2 坐标变换 156

7.6.3 二相坐标系上交流电动机的数学模型 158

7.6.4 转子磁场定向矢量控制方程 159

7.6.5 矢量控制调速系统的实现 160

7.7 无速度传感器矢量控制调速 161

7.7.1 速度估计器 161

7.7.2 基于电压控制的无速度传感器矢量控制结构 162

7.8 通用变频器实例 162

7.8.1 控制模式 162

7.8.2 控制性能指标 165

7.8.3 硬件配置 166

7.8.4 TD3000变频器的配件 168

7.8.5 TD3000基本配线 170

7.8.6 操作和运行 173

习题 174

参考文献 175