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·目录· 1

第一章 绪论 1

1-1 电力传动技术在国民经济中 1

的意义 1

一、电力传动自动控制系统 1

二、电力传动自动控制系统的特征 1

1-2 电力传动技术发展的长远目标 1

1-3 电力传动自动控制系统的特征 2

及使用形式 2

一、电力传动自动控制系统的特性 2

二、电力传动自动控制系统的 4

使用形式 4

1-4 电力传动自动控制系统的分类 5

二、交流传动技术概况 6

一、直流传动技术概况 6

1-5 电力传动技术概况 6

三、计算机应用技术 7

1-6 电力传动技术工程师的任务 7

练习题 7

第一篇 直流调速系统 9

第二章 单闭环直流调速系统 9

2-1 概述 9

一、调速的定义 9

二、直流调速的方案 9

三、调速指标 10

2-2 单闭环直流调速系统的组成 13

及其特性 13

一、系统组成 13

二、单闭环调速系统的稳态特性 14

三、单闭环调速系统的动态特性 18

2-3 单闭环调速系统中的电流 23

截止环节及其特性 23

一、问题的提出 23

二、电流截止负反馈装置 23

三、带电流截止负反馈的单闭环调速 24

系统稳态结构图和静特性 24

2-4 单闭环无静差调速系统 26

一、引言 26

二、积分调节器（I调节器） 26

三、比例积分（PI）调节器 27

四、采用积分调节器的单闭环无静差 28

调速系统 28

五、采用比例积分（PI）调节器的单闭环无静差调速系统 29

一、系统组成 33

控制方案的调速系统 33

2-5 采用电压负反馈和电流正反馈 33

二、电压负反馈调速系统 34

三、电流正反馈 35

四、电流补偿控制调速系统的稳定性 37

2-6 单闭环直流调速系统的非线性 37

特性 37

2-7 单闭环调速系统的问题及其 39

解决办法 39

一、电流脉动的影响及其抑制措施 39

二、交流分量会破坏系统的正常工作，需引入滤波器 39

三、电压负反馈调速系统中的电压 39

隔离变换器 39

二、转速、电流双闭环调速系统的组成 46

一、引言 46

3-1 转速、电流双闭环调速系统 46

第三章 多环直流调速系统 46

三、双闭环调速系统的静特性 47

四、稳态工作点和稳态参数的计算 48

五、双闭环调速系统的动态特性 49

六、双闭环调速系统中两个调节器 52

的作用 52

3-2 转速超调的抑制——转速微分 52

负反馈 52

一、问题的提出 52

二、带转速微分负反馈双闭环调速系统的数学模型 52

3-3 带负载观测器、补偿器的 54

双闭环调速系统 54

一、复合控制系统及不变性原理 54

的基本概念 54

双环调速系统 55

二、具有外扰观测器、补偿器的 55

3-4 三环调速系统 59

一、带电流变化率调节器的三环系统 59

二、带电压内环的三环调速系统 62

3-5 带有励磁控制的调速系统 64

一、电枢电压与励磁配合控制 64

二、非独立控制励磁的调速系统 64

3-6 例题 66

练习题 69

第四章 直流调速系统的工程设计方法 71

4-1 工程设计的基本方法 71

一、工程设计方法与步骤 71

二、典型系统 72

一、引言 79

4-2 单闭环调速系统的设计 79

二、工程设计中的近似处理 80

三、单闭环调速系统中调节器的选择 84

4-3 双闭环调速系统的设计 86

一、基本思路 86

二、电流环设计 86

三、转速环的设计 90

四、转速调节器饱和限幅工作状态 92

超调量的计算 92

4-4 转速环的并联微分校正 94

一、引言 94

二、Ⅱ型典型系统微分负反馈并联校正的结构图和对数频率特性 94

三、T0、T0与系统性能的关系 96

一、仿真的数学模型 99

4-5 调速系统的计算机仿真 99

二、编制系统仿真程序TSF.FOR 100

三、仿真过程 102

四、结果分析 102

4-6 例题 103

练习题 110

第五章 可逆直流调速系统 113

5-1 可逆调速 113

一、可逆调速问题的提出 113

二、定义 113

5-2 可逆调速系统的原理方案 113

一、电枢反接可逆线路 114

二、励磁反接可逆线路 115

三、电枢可逆系统和磁场百逆系统 115

的比较 115

一、逆变状态 116

5-3 可逆直流调速系统的回馈制动 116

二、产生逆变的条件 117

三、电动机的回馈制动 117

四、如何在V-M系统中实现回馈 118

制动 118

5-4 可逆直流调速系统的环流 119

一、环流及其种类 119

二、配合控制与直流环流 120

三、脉动环流产生的原因及其 121

抑制方法 121

5-5 有环流可逆调速系统 122

一、α＝β工作制配合控制的有 122

环流可逆系统 122

二、制动过程 124

一、采用无环流系统的理由 127

二、分类 127

三、有环流可逆系统的优、缺点 127

5-6 无环流可逆调速系统 127

三、逻辑控制的无环流可逆调速系统 128

四、错位控制的无环流可逆调速系统 130

5-7 例题 133

练习题 139

第六章 直流脉宽调速系统 141

6-1 脉宽调制的理论 141

一、定义 141

二、PWM变换器的分类 141

三、PWM变换器的工作原理 141

四、PWM变换器的优点 144

特性 145

6-2 脉宽调速系统的开环机械 145

五、PWM变换器的缺点 145

变换器的比较 145

六、双极式和单极式可逆PWM 145

6-3 脉宽调速系统的控制回路 146

一、脉宽调制器 146

二、逻辑延时电路 147

三、功率输出级的驱动电路 148

6-4 晶体管脉宽调速系统的 148

特殊问题 148

一、电流脉动量 148

二、转速脉动量 150

三、最佳开关频率 152

四、泵升电压 152

6-5 设计实例 153

传递函数 153

五、脉宽调制器和PWM变换器的 153

练习题 163

第二篇 随动系统 165

第七章 随动系统的基本原理 165

7-1 概述 165

一、定义 165

二、随动系统的应用 165

7-2 随动系统的基本结构形式 166

7-3 随动系统的分类 166

一、按系统控制方式分类 167

二、按组成系统元件的物理性质分类 167

三、按系统信号特点分类 167

7-4 随动系统的品质指标 168

五、按执行元件功率大小来分类 168

四、按系统部件输入-输出特性的 168

不同分类 168

7-5 位置随动系统与调速系统 171

的比较 171

练习题 171

第八章 随动系统的误差测量 172

8-1 常用的测量元件 172

一、电位计 172

二、差动变压器 173

三、自整角机 174

四、旋转变压器 177

五、感应同步器 178

一、粗-精测角的原理 180

二、粗-精测信号切换区的选择 180

8-2 粗-精测角线路 180

六、三自由度陀螺仪 180

三、假零点的产生及消除办法 181

四、粗-精测信号选择电路 182

五、精-精测角装置之间速比的选择 183

六、带电气速比的粗-精测角装置 184

8-3 编码盘式角位移传感器 184

二、增量式编码器 185

一、绝对式编码器 185

8-4 激光式角度传感器 186

8-5 应用霍尔元件的旋转传感器 187

8-6 其它测量元件 188

一、角度和角位移传感器 188

二、线性位移传感器 188

练习题 189

二、将交流载波信号变换为直流信号 190

一、将直流信号变换为交流载波信号 190

9-1 概述 190

第九章 调制器与相敏解调器 190

9-2 调制器 191

一、调制的作用 191

二、调制方法及其分类 192

三、振幅调制器的基本工作原理 193

四、对调制器的基本要求 194

五、由理想开关构成的串、并联调制器 198

六、振幅调制器的分类 198

9-3 调制器线路实例 198

一、二极管调制器线路 198

二、三极管调制器线路 200

三、场效应管调制器 201

四、乘积调制器的线路 202

二、振幅调制波的解调工作原理 203

一、概述 203

9-4 相敏解调器 203

三、对解调器的基本要求 206

9-5 解调器线路实例 206

一、二极管环形解调器 206

二、三极管解调器 208

三、乘积解调器 211

9-6 正交切除器 212

练习题 215

第十章 功率放大装置 217

10-1 概述 217

10-2 晶体管线性放大线路 217

一、控制直流电动机的不可逆放大线路 217

二、控制直流电动机的可逆放大线路 218

放大器 221

三、控制两相异步电动机的功放电路 221

10-3 晶体管脉冲宽度调制式 221

一、控制直流电动机的不可逆控制电路 222

二、控制直流电动机的可逆电路 223

三、应用实例 226

10-4 晶闸管整流电路 227

一、控制直流电动机的不可逆 227

整流电路 227

二、控制直流电动机的可逆整 229

流电路 229

三、其它晶闸管整流电路 232

四、晶闸管触发电路 236

五、晶闸管整流器的传递函数 238

练习题 239

11-1 设计步骤 240

第十一章 随动系统的设计 240

11-2 系统技术要求的确定 241

11-3 控制方案选择和主要元部件 243

选择 243

一、测量元件的选择 243

二、执行元件和减速器的选择 243

三、伺服放大器设计中的几个问题 254

11-4 稳态和动态的分析计算 257

一、概述 257

二、稳态计算 258

第一十二章 复合控制随动系统 267

12-1 概述 267

一、引言 267

二、复合控制与扰动补偿 267

一、不变性 268

12-2 不变性原理 268

二、随动系统的不变性分类 269

12-3 实现不变性条件的结构 270

一、复合控制系统的等效传递 270

函数设计 270

二、扰动补偿设计 271

12-4 复合控制随动系统设计实例 274

练习题 281

第十三章 非线性控制和自适应控制随动系统的设计 281

13-1 非线性控制随动系统 283

一、利用局部负反馈削弱非线性因素 283

的影响 283

二、非线性并联校正（非线性阻尼 284

控制） 284

益校正） 285

三、非线性串联校正（非线性变增 285

四、利用系统的固有饱和特性，组成 287

改善系统品质的有效装置 287

五、非线性积分器及其应用 288

六、非线性相位超前装置 290

七、利用非线性特性改善系统品质 291

的实例 291

13-2 非线性系统的最佳控制 293

13-3 自适应调节 296

一、自适应调节原理 296

二、直流传动系统中电枢电流的 297

自适应调节 297

二、变结构理论的基本概念 300

一、概述 300

13-4 变结构滑动模态控制系统的 300

设计方法 300

三、滑动模态的基本概念 302

四、单输入系统的滑动模态 304

五、消除抖动的方法 305

练习题 307

第三篇 交流调速系统 309

第十四章 交流调速系统概况 309

14-1 引言 309

14-2 交流调速的重要作用 310

14-3 交流调速的基本类型 310

的因素 311

练习题 311

14-5 选择交流调速方案时考虑 311

14-4 交流调速的主要问题 311

第十五章 异步电动机的调压调速系统 313

15-1 控制方式 313

15-2 异步电动机调压时的机械特性 314

15-3 闭环控制的变压调速系统 315

及其特性 315

一、具有速度反馈的调压调速系统 315

及其静特性 315

二、异步电动机变压调速系统动态 316

结构图 316

练习题 320

第十六章 异步电动机的变频调速 321

16-1 概述 321

16-2 变频调速的基本控制方式 321

16-3 变频装置 322

二、基频以上调速 322

一、基频以下调速 322

一、变频装置的分类 323

二、间接变频装置（即交-直-交 323

变频装置） 323

三、直接变频装置（即交-交变频装置） 323

四、电压源和电流源变频器 325

16-4 正弦波脉宽调制（SPWM） 327

逆变器 327

一、引言 327

二、SPWM逆变器的工作原理 327

三、脉宽调制的制约条件 328

四、SPWM逆变器的调制方式 329

一、恒压恒频控制 331

二、电压、频率协调控制 331

16-5 异步电动机变频控制的机械特性 331

16-6 交流电动机变频调速方式 334

及其性能的比较 334

16-7 转速开环变频调速系统 336

一、转速开环的交-直-交电压源变频 336

调速系统 336

二、转速开环的交-直-交电流源变频 341

调速系统 341

16-8 转差频率控制的转速闭环 344

调速系统 344

一、基本概念 344

二、转差频率控制规律 345

三、转差频率控制的变频调速系统 346

结构和原理 346

四、转差频率控制系统的动态结构图 350

一、矢量控制的基本概念 351

变频调速系统 351

16-9 异步电动机矢量控制的 351

二、矢量变换规律及其实现 352

三、矢量变换控制方程 357

四、磁通观测器 358

五、矢量控制系统的设计 360

练习题 361

第十七章 异步电动机串级调速系统 363

17-1 概述 363

一、引言 363

二、改变电枢电阻调速的缺点 363

三、提高交流调速性能的方案 363

17-2 串级调速的原理 364

工作情况 364

一、异步电动机转子附加电动势时的 364

五、串级调速的方法 364

四、串级调速的定义 364

二、串级调速的功率传递关系 365

三、电气串级调速系统及其附加电动势的获得 366

四、其它类型的串级调速系统 368

17-3 具有双闭环控制的串级 369

调速系统 369

一、用途 369

二、闭环调速系统的组成 369

三、串级调速系统的动态数学模型 369

17-4 串级调速系统的性能 372

一、串级调速系统的机械特性 372

二、串级调速装置的容量 376

三、串级调速系统的效率 377

改善途径 379

四、串级调速系统的功率因素及其 379

17-5 超同步串级调速系统 383

一、定义 383

二、超同步串级调速工作原理 383

三、超同步串级调速系统的再生制动 384

工作 384

17-6 串级调速系统的设计 385

一、串调系统中异步电动机容量的 385

选择 385

二、逆变变压器容量选择 386

三、调速系统调节器参数的确定 386

四、启动方式的选择与操作顺序 387

五、转子感应过电压保护与停车操作 388

顺序 388

练习题 389

第十八章 同步电动机的变频调速系统 390

18-1 概述 390

18-2 他控变频同步电动机调速系统 391

和矢量控制 391

一、转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统 391

二、由交-交变频器供电的大型低速 391

同步电动机调速系统 391

三、同步电动机的矢量控制系统 392

四、同步电动机的多变量数学模型 395

18-3 自控变频同步电动机调速系统 396

练习题 398

第十九章 无换向器电动机调速系统 400

19-1 概述 400

直流电动机模型 402

一、无换向器电动机的构成及其等效 402

19-2 无换向器电动机的基本原理 402

二、无换向器电动机的电磁转矩 403

三、无换向器电动机逆变器的换流 405

19-3 无换向器电动机的基本特性 406

一、性能分析 406

二、过载能力 408

19-4 无换向器电动机调速系统 409

一、无换向器电动机调速系统的 409

基本组成 409

二、电机不同运行情况时，触发 411

脉冲分配 411

三、交-交系统无换向器电动机 414

控制系统 414

——光电式位置检测器 415

四、四极电动机的位置信号检测 415

练习题 416

第四篇 数字计算机在电力传动控制系统中的应用第二十章 电力传动系统的数字计算机控制 416

20-1 概述 417

一、引言 417

二、系统的组成与工作原理 417

三、系统的主要特点和优点 419

四、计算机应用系统的构成 420

五、数字计算机控制系统方案举例 421

六、系统的设计与实现问题 424

20-2 电力传动数字控制系统的稳态 425

误差和系统稳定性 425

-、电力传动数字控制系统的 425

稳态误差 425

稳定条件 427

二、电力传动数字控制系统的 427

三、劳斯稳定判据在线性数字系统 428

中的应用 428

四、采样系统稳定性的频域分析法 429

五、电力传动数字控制系统稳态误差 429

和稳定性分析实例 429

20-3 电力传动数字计算机控制 431

系统的设计 431

一、直流调速计算机控制系统的设计 431

二、位置随动数字计算机控制系统的 442

设计 442

三、交流电动机的微机变频控制装置 445

设计 445

第二十一章 电力传动自动控制系统的数字计算机仿真 448

练习题 448

21-1 系统、模型、仿真 450

21-2 控制系统仿真软件SIMULINK 451

一、软件概况 451

二、控制系统框图模型 452

三、建立控制系统的仿真结构框图 454

四、利用SIMULINK进行数字仿真 455

21-3 SIMULINK使用的高级技术 458

一、SIMULINK模块的安排 458

二、构造SIMULINK型模块 460

三、模型线性化方法及SIMULINK 461

实现 461

四、S函数的编写与使用 462

五、SIMULINK界面设置 464

21-4 SIMULINK仿真应用实例 465

参考文献 471