电力拖动自动控制系统 运动控制系统PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 运动控制系统及其组成 1

1.1.1 电动机 1

1.1.2 功率放大与变换装置 2

1.1.3 控制器 2

1.1.4 信号检测与处理 3

1.2 运动控制系统的历史与发展 3

1.3 运动控制系统的转矩控制规律 4

1.4 生产机械的负载转矩特性 5

1.4.1 恒转矩负载特性 5

1.4.2 恒功率负载特性 6

1.4.3 风机、泵类负载特性 6

第1篇 直流调速系统 9

第2章 转速反馈控制的直流调速系统 9

2.1 直流调速系统用的可控直流电源 9

2.1.1 晶闸管整流器-电动机系统 9

2.1.2 直流PWM变换器-电动机系统 16

2.2 稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性 21

2.2.1 转速控制的要求和稳态调速性能指标 21

2.2.2 直流调速系统的机械特性 23

2.3 转速反馈控制的直流调速系统 25

2.3.1 转速反馈控制直流调速系统的数学模型 25

2.3.2 比例控制的直流调速系统 29

2.3.3 比例积分控制的无静差直流调速系统 34

2.3.4 直流调速系统的稳态误差分析 37

2.4 直流调速系统的数字控制 40

2.4.1 微机数字控制的特殊问题 41

2.4.2 转速检测的数字化 41

2.4.3 数字PI调节器 45

2.5 转速反馈控制直流调速系统的限流保护 46

2.5.1 转速反馈控制直流调速系统的过电流问题 46

2.5.2 带电流截止负反馈环节的直流调速系统 47

2.6 转速反馈控制直流调速系统的仿真 50

2.6.1 转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数 50

2.6.2 仿真模型的建立 51

2.6.3 仿真模型的运行 54

2.6.4 调节器参数的调整 55

思考题 56

习题 57

第3章 转速、电流反馈控制的直流调速系统 59

3.1 转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性 59

3.1.1 转速、电流反馈控制直流调速系统的组成 59

3.1.2 稳态结构图与参数计算 60

3.2 转速、电流反馈控制直流调速系统的数学模型与动态过程分析 62

3.2.1 转速、电流反馈控制直流调速系统的动态数学模型 62

3.2.2 转速、电流反馈控制直流调速系统的动态过程分析 63

3.3 转速、电流反馈控制直流调速系统的设计 66

3.3.1 控制系统的动态性能指标 66

3.3.2 调节器的工程设计方法 67

3.3.3 按工程设计方法设计转速、电流反馈控制直流调速系统的调节器 79

3.4 转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真 89

思考题 93

习题 94

第4章 可逆控制和弱磁控制的直流调速系统 96

4.1 直流PWM可逆调速系统 96

4.1.1 桥式可逆PWM变换器 97

4.1.2 直流PWM可逆调速系统转速反向的过渡过程 98

4.1.3 直流PWM功率变换器的能量回馈 99

4.1.4 单片微机控制的PWM可逆直流调速系统 100

4.2 V-M可逆直流调速系统 101

4.2.1 V-M可逆直流调速系统的主回路及环流 101

4.2.2 V-M可逆直流调速系统的控制 104

4.2.3 转速反向的过渡过程分析 108

4.3 弱磁控制的直流调速系统 110

4.3.1 弱磁与调压的配合控制 110

4.3.2 励磁电流的闭环控制 111

思考题 112

习题 112

第2篇 交流调速系统 115

第5章 基于稳态模型的异步电动机调速系统 115

5.1 异步电动机的稳态数学模型和调速方法 115

5.1.1 异步电动机的稳态数学模型 115

5.1.2 异步电动机的调速方法与气隙磁通 117

5.2 异步电动机的调压调速 118

5.2.1 异步电动机调压调速的主电路 118

5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性 118

5.2.3 闭环控制的调压调速系统 119

5.2.4 降压控制在软起动器和轻载降压节能运行中的应用 120

5.3 异步电动机的变压变频调速 122

5.3.1 变压变频调速的基本原理 122

5.3.2 变压变频调速时的机械特性 123

5.3.3 基频以下的电压补偿控制 125

5.4 电力电子变压变频器 128

5.4.1 交-直-交PWM变频器主回路 128

5.4.2 正弦波脉宽调制（SPWM）技术 129

5.4.3 消除指定次数谐波的PWM（SHEPWM）控制技术 131

5.4.4 电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术 132

5.4.5 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术（磁链跟踪控制技术） 133

5.4.6 交流PWM变频器-异步电动机系统的特殊问题 143

5.5 转速开环变压变频调速系统 146

5.5.1 转速开环变压变频调速系统的结构 146

5.5.2 系统实现 147

5.6 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统 148

5.6.1 转差频率控制的基本概念及特点 148

5.6.2 转差频率控制系统结构及性能分析 150

5.6.3 最大转差频率ωsmax的计算 152

5.6.4 转差频率控制系统的特点 152

思考题 153

习题 153

第6章 基于动态模型的异步电动机调速系统 155

6.1 异步电动机动态数学模型的性质 155

6.2 异步电动机的三相数学模型 156

6.2.1 异步电动机三相动态模型的数学表达式 157

6.2.2 异步电动机三相原始模型的性质 161

6.3 坐标变换 162

6.3.1 坐标变换的基本思路 162

6.3.2 三相-两相变换（3/2变换） 163

6.3.3 静止两相-旋转正交变换（2s/2r变换） 165

6.4 异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型 166

6.4.1 静止两相正交坐标系中的动态数学模型 166

6.4.2 旋转正交坐标系中的动态数学模型 168

6.5 异步电动机在正交坐标系上的状态方程 169

6.5.1 状态变量的选取 170

6.5.2 以ω-is-ψr为状态变量的状态方程 170

6.5.3 以ω-is-ψs为状态变量的状态方程 173

6.5.4 异步电动机的仿真 176

6.6 异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统 179

6.6.1 按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程 179

6.6.2 按转子磁链定向矢量控制的基本思想 180

6.6.3 按转子磁链定向矢量控制系统的电流闭环控制方式 182

6.6.4 按转子磁链定向矢量控制系统的转矩控制方式 183

6.6.5 转子磁链计算 185

6.6.6 磁链开环转差型矢量控制系统——间接定向 188

6.6.7 矢量控制系统的特点与存在的问题 189

6.6.8 矢量控制系统的仿真 189

6.7 异步电动机按定子磁链控制的直接转矩控制系统 191

6.7.1 定子电压矢量对定子磁链与电磁转矩的控制作用 192

6.7.2 基于定子磁链控制的直接转矩控制系统 194

6.7.3 定子磁链和转矩计算模型 195

6.7.4 直接转矩控制系统的特点与存在的问题 196

6.7.5 直接转矩控制系统的仿真 197

6.8 直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较 199

6.9 异步电动机无速度传感器调速系统 199

思考题 202

习题 202

第7章 绕线转子异步电动机双馈调速系统 204

7.1 绕线转子异步电动机双馈调速工作原理 204

7.1.1 绕线转子异步电动机转子附加电动势的作用 205

7.1.2 绕线转子异步电动机双馈调速的五种工况 206

7.2 绕线转子异步电动机串级调速系统 208

7.2.1 串级调速系统的工作原理 208

7.2.2 串级调速系统的其他类型 210

7.3 串级调速的机械特性 211

7.3.1 串级调速机械特性的特征 211

7.3.2 串级调速的转子整流电路 212

7.3.3 串级调速的机械特性方程式 214

7.4 串级调速系统的技术经济指标 217

7.4.1 串级调速系统的效率 217

7.4.2 串级调速系统的功率因数 218

7.4.3 串级调速装置的电压和容量 219

7.5 双闭环控制的串级调速系统 220

7.6 串级调速系统的起动方式 221

7.6.1 间接起动 221

7.6.2 直接起动 222

7.7 绕线转子异步风力发电机组 222

思考题 223

习题 223

第8章 同步电动机变压变频调速系统 224

8.1 同步电动机的稳态模型与调速方法 224

8.1.1 同步电动机的特点 224

8.1.2 同步电动机的分类 225

8.1.3 同步电动机的转矩角特性 225

8.1.4 同步电动机的稳定运行 227

8.1.5 同步电动机的起动 228

8.1.6 同步电动机的调速 228

8.2 他控变频同步电动机调速系统 229

8.2.1 转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统 229

8.2.2 大功率同步电动机调速系统 229

8.3 自控变频同步电动机调速系统 230

8.3.1 自控变频同步电动机 230

8.3.2 梯形波永磁同步电动机（无刷直流电动机）的自控变频调速系统 231

8.4 同步电动机矢量控制系统 235

8.4.1 基于转子旋转正交坐标系的可控励磁同步电动机动态数学模型 235

8.4.2 可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统 239

8.4.3 正弦波永磁同步电动机矢量控制系统 243

8.5 同步电动机直接转矩控制系统 246

8.5.1 可控励磁同步电动机直接转矩控制系统 246

8.5.2 永磁同步电动机直接转矩控制系统 248

思考题 249

习题 249

第3篇 伺服系统 253

第9章 伺服系统 253

9.1 伺服系统的特征及组成 253

9.1.1 伺服系统的基本要求及特征 253

9.1.2 伺服系统的组成 254

9.1.3 伺服系统的性能指标 257

9.2 伺服系统控制对象的数学模型 261

9.2.1 直流伺服系统控制对象的数学模型 261

9.2.2 交流伺服系统控制对象的数学模型 263

9.3 伺服系统的设计 264

9.3.1 调节器校正及其传递函数 264

9.3.2 单环位置伺服系统 265

9.3.3 双环位置伺服系统 266

9.3.4 三环位置伺服系统 269

9.3.5 复合控制的伺服系统 271

思考题 272

习题 273

参考文献 274