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绪论 1

第1章 自动控制系统的静态特性 6

1.1　调速系统的基本概念 6

1.1.1 转速控制的要求和调速指标 6

1.1.2　开环调速系统的性能和存在的问题 9

1.2　转速负反馈自动调速系统 11

1.2.1 闭环调速系统组成及工作原理 11

1.2.2　闭环调速系统静特性方程 13

1.2.3　开环系统机械特性和闭环系统静特性的比较 18

1.2.4　反馈控制系统的基本特征 19

1.3　转速负反馈调速系统的稳态参数计算 22

1.3.1　设定系统数据 22

1.3.2　稳态参数计算 23

1.4　单环控制系统的限流保护——电流截止负反馈 25

1.4.1　转速负反馈系统的问题 25

1.4.2　引入电流负反馈 26

1.4.3　带有电流截止环节的电流负反馈 28

1.5　静态无差调速系统 36

1.5.1　实现无静差的原理 36

1.5.2　无静差系统的调节过程 38

1.5.3　无静差调速系统的静特性 40

1.6 自动调速系统的检测装置 40

1.6.1　测速发电机 41

1.6.2　电流检测装置 41

1.7　小结 45

1.8　习题 46

第2章 自动控制系统的动态特性 48

2.1 反馈控制闭环直流调速系统的数学模型 48

2.1.1　额定励磁下直流电动机的传递函数 48

2.1.2 晶闸管触发和整流装置的传递函数 50

2.1.3 调节器和测速发电机的传递函数 53

2.1.4　闭环直流调速系统的数学模型和传递函数 54

2.2　系统的稳定与动态校正 55

2.2.1 闭环直流调速系统的稳定条件 56

2.2.2　动态校正方法 57

2.3　稳态抗扰误差分析 62

2.3.1 比例控制系统的稳态抗扰误差 63

2.3.2　积分控制系统的稳态抗扰误差 64

2.3.3 比例积分控制系统的稳态抗扰误差 65

2.4　无静差直流调速系统举例 66

2.3.4　稳态抗扰误差与系统结构的关系 66

2.5　给定积分器及其作用 68

2.5.1　给定积分器的作用及意义 68

2.5.2　给定积分器的工作原理 69

2.6　小结 72

2.7 习题 72

第3章 晶闸管直流电动机调速系统及其工程设计 73

3.1　转速、电流双闭环直流调速系统 73

3.1.1　转速、电流双闭环直流调速系统的形成 73

3.1.2　双闭环直流调速系统的稳态分析 76

3.2　双闭环直流调速系统的起动过程 78

3.2.1 双闭环直流调速系统的动态数学模型 78

3.2.2　双闭环直流调速系统的起动过程 79

3.2.3　起动过程的特点 82

3.2.4　动态性能及调节器的作用 83

3.3　工程设计方法 84

3.3.1　工程设计方法遵循的原则与步骤 84

3.3.2　典型Ⅰ型系统 85

3.3.3　典型Ⅱ型系统 91

3.3.4　非典型系统的典型化 96

3.4　双闭环直流调速系统的工程设计 100

3.4.1　电流调节器设计 101

3.4.2　转速调节器设计 105

3.4.3　转速调节器退饱和时的转速超调量 109

3.5　设计举例 114

3.5.1　设计实例 114

3.5.2　调速系统的并联微分校正 117

3.6　其他多环控制的直流调速系统 120

3.6.1 带电流变化率内环的三环调速系统 120

3.6.2　弱磁控制的直流调速系统 121

3.7　小结 124

3.8　习题 125

第4章　α＝β配合控制的有环流可逆直流调速系统 128

4.1 晶闸管-电动机系统的可逆线路 128

4.1.1 电枢反接可逆线路 128

4.1.2　励磁反接可逆线路 129

4.2　两组晶闸管可逆线路中的环流 130

4.2.1　环流及其种类 130

4.2.2　直流环流与配合控制 131

4.2.3　交流环流及其抑制措施 133

4.3　α＝β工作制调速系统及制动过程分析 135

4.3.1　系统组成原理 135

4.2.4　动态环流 135

4.3.2　系统制动过程分析 137

4.4　其他可逆直流调速系统 143

4.4.1 给定环流和可控环流的可逆系统 143

4.4.2　无环流的可逆系统 143

4.5　小结 146

4.6　习题 147

第5章　直流脉宽调速系统 148

5.1　脉宽调制变换器 148

5.1.1　不可逆PWM变换器 148

5.1.2　可逆PWM变换器 151

5.2　脉宽调速系统的稳态分析 155

5.2.1　脉宽调速系统的开环机械特性 155

5.2.2 电流脉动波形与最大脉动量 157

5.2.3　转速脉动波形与最大脉动量 160

5.3　双闭环直流脉宽调速控制系统 163

5.3.1　脉宽调制器 164

5.3.2　逻辑延时环节 165

5.3.3　直流脉宽调速系统的数学模型 166

5.4　滤波电容与泵升电压的限制 167

5.6 习题 168

5.5　小结 168

第6章 交流异步电动机转差功率消耗型调速系统 170

6.1　交流异步电动机调压调速系统 171

6.1.1　交流异步电动机调压调速原理 171

6.1.2　交流异步电动机调压调速方法 172

6.1.3 晶闸管三相交流调压电路 173

6.1.4　闭环控制的调压调速系统及其静特性 175

6.1.5 闭环控制的调压调速系统动态特性 176

6.2 电磁转差离合器调速系统 178

6.2.1 电磁转差离合器的基本结构和工作原理 178

6.2.2 电磁转差离合器调速系统的组成及机械特性 179

6.3　小结 180

6.4　习题 181

第7章 交流异步电动机转差功率回馈型调速系统 182

7.1　异步电动机串级调速原理及其基本类型 182

7.1.1　异步电动机串级调速原理 182

7.1.2 串级调速的各种运行状态及功率传递关系 183

7.1.3 串级调速系统的基本类型 185

7.2 串级调速系统的调速特性和机械特性 188

7.2.1 串级调速系统转子整流电路的工作特性 188

7.2.2 串级调速系统的调速特性 189

7.2.3 串级调速系统的机械特性 191

7.3　转速、电流双闭环串级调速系统 194

7.3.1　转速、电流双闭环串级调速系统的组成 194

7.3.2　双闭环串级调速系统的动态数学模型 195

7.3.3　双闭环串级调速系统调节器的设计 197

7.4 串级调速系统的功率特性 197

7.4.1 串级调速系统的功率流程 198

7.4.2　串级调速系统的效率 199

7.4.3 串级调速系统的功率因数 200

7.5.1　双馈调速系统的工作原理 201

7.5　双馈调速系统 201

7.5.2　双馈调速系统的再生制动 202

7.5.3　双馈调速系统的特点 202

7.6　小结 202

7.7 习题 203

第8章 交流异步电动机转差功率不变型调速系统 204

8.1　交流异步电动机变频调速基础 204

8.1.1　变频调速的基本控制方式 204

8.1.2　变频调速的机械特性 206

8.1.3　变频器的分类及特点 211

8.1.4　变频器的工作原理 216

8.2　交-直-交变频调速系统 218

8.2.1　交-直-交电压型变频调速系统 218

8.2.2　交-直-交电流型变频调速系统 220

8.2.3　转差频率控制的转速闭环变频调速系统 223

8.3　SPWM变频调速系统 227

8.3.1　正弦波脉宽调制变频器 227

8.3.2　SPWM变频调速系统 230

8.4　异步电动机矢量变换控制 234

8.4.1　异步电动机矢量变换控制的工作原理 234

8.4.2　矢量变换运算规律及实现 236

8.4.3　异步电动机的数学模型及其矢量变换 242

8.4.4　异步电动机矢量变换控制基本方程式 251

8.4.5 磁链开环、转差型矢量控制的交-直-交电流源变频调速系统 253

8.5　通用变频器的选择及使用 255

8.5.1　通用变频器的构成及主要功能 255

8.5.2　通用变频器及外部设备选择 257

8.5.3　通用变频器的安装、接线、调试和使用方法 260

8.6　小结 264

8.7　习题 265

教学实验 266

参考文献 305