运动控制系统PDF电子书下载

绪论 1

0.1运动控制系统组成结构及其相关学科 1

0.1.1运动控制系统组成及其控制结构 1

0.1.2运动控制系统及其相关学科 2

0.2课程的目的和主要内容 4

0.2.1课程的目的 4

0.2.2课程的主要内容 5

0.3前期基础 6

0.3.1电机的机械特性与负载的转矩特性 6

0.3.2运动控制系统的转矩控制规律 8

0.3.3运动控制系统的稳定运行条件 9

0.4生产机械的调速要求及调速系统的性能指标 10

0.4.1生产机械的调速要求 10

0.4.2调速系统的性能指标 11

0.5运动控制系统的发展趋势 14

第一篇 直流调速系统 19

第1章 单闭环直流调速系统 19

1.1直流电动机的调速方法 19

1.1.1调节电枢电压调速 19

1.1.2调节电动机励磁调速 20

1.1.3改变电枢回路电阻调速 21

1.2可控直流电源-电动机系统 22

1.2.1晶闸管相控整流器-直流电动机（V-M）系统 22

1.2.2脉宽调制变换器-直流电动机（PWM-M）系统 24

1.3开环调速系统存在的问题及解决途径 28

1.4具有转速负反馈的闭环直流调速系统 30

1.4.1系统的组成及工作原理 30

1.4.2系统的静态性能分析 31

1.4.3系统的动态性能分析 35

1.4.4校正环节（控制器、调节器）及其控制规律 42

1.4.5转速无静差单闭环直流调速系统动态响应 45

1.5最佳过渡过程及单闭环直流调速系统存在的问题 48

1.5.1快速系统与最佳过渡过程 48

1.5.2单闭环直流调速系统存在的问题 49

小结 50

思考题与习题 51

第2章 转速、电流双闭环直流调速系统 53

2.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成及静特性 53

2.1.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成 53

2.1.2双闭环调速系统静特性 53

2.2双闭环直流调速系统的动态性能 56

2.2.1双闭环直流调速系统的跟随响应 56

2.2.2双闭环直流调速系统的抗扰性能 58

2.3直流调速系统的工程设计 60

2.3.1典型系统的性能指标与参数关系 61

2.3.2系统的校正——调节器设计 70

2.3.3控制对象的工程近似处理方法 71

2.3.4双闭环直流调速系统的工程设计 75

小结 87

思考题与习题 89

第3章 可逆直流调速系统及其应用 92

3.1晶闸管变流装置-直流电动机（V-M）可逆调速系统 92

3.1.1晶闸管变流装置-直流电动机可逆调速系统主电路及特点 92

3.1.2电枢可逆系统中的环流 94

3.1.3有环流可逆调速系统 96

3.1.4逻辑无环流可逆调速系统 101

3.2脉宽调制变换器-直流电动机（PWM-M）可逆调速系统主电路及其控制方式 105

3.2.1双极式可逆PWM-M系统控制方式 106

3.2.2单极式可逆PWM-M系统控制方式 107

3.2.3受限单极式可逆PWM-M系统控制方式 108

3.3数字式直流调速系统 109

3.3.1数字调速系统的特点 109

3.3.2数字式直流调速系统的基本组成 110

3.3.3数字直流调速器E-590概述 111

3.4直流传动的工程应用——直流调速器在冷拔机上的应用 114

3.5直流传动的其他应用——直流调速器在张力控制系统的应用 116

3.5.1张力系统概述 116

3.5.2张力控制系统概述 117

3.5.3直流调速器在800粗轧机上的工程应用 121

小结 124

思考题与习题 125

第二篇 交流调速系统 129

第4章 交流异步电动机变频调速系统 129

4.1引言 129

4.1.1交流调速系统与直流调速系统的比较 129

4.1.2交流电动机的调速方法及其主要应用领域 133

4.2异步电动机变频调速控制特性 136

4.2.1基频以下恒压频比调速特性 136

4.2.2基频以上恒压变频调速特性 137

4.2.3异步电动机变频调速特性 137

4.3变频调速装置及其电源特性 138

4.3.1交-直-交电压型变频器 139

4.3.2交-直-交电流型变频器 140

4.3.3电压型变频器和电流型变频器的比较 141

4.3.4交-交变频器 142

4.4变频器简介 143

4.4.1变频器的分类 143

4.4.2变频器组成 145

4.5变频调速系统中的脉宽调制（PWM）控制技术 149

4.5.1电压正弦PWM法 149

4.5.2 PWM模式的优化-消除特定谐波法 153

4.5.3电流正弦PWM技术 154

4.5.4电压空间矢量PWM技术（SVPWM） 156

4.6基于稳态数学模型的异步电动机变频调速系统 162

4.6.1异步电动机变频调速的机械特性 162

4.6.2恒压频比控制的异步电动机变频调速系统 166

4.6.3转差频率控制的异步电动机变频调速系统 169

4.7基于动态数学模型的异步电动机矢量控制变频调速系统 173

4.7.1矢量控制的基本概念 173

4.7.2异步电动机在不同坐标系上的数学模型 178

4.7.3磁场定向和矢量控制的基本结构 191

4.7.4按转子磁场定向的异步电动机矢量控制变频调速系统 195

4.8异步电动机直接转矩控制变频调速系统 199

4.8.1直接转矩控制的基本思想及控制方案 200

4.8.2电压空间矢量的概念及与磁链空间矢量的关系 204

4.8.3电压空间矢量对电动机转矩的影响及其正确选择 208

4.8.4异步电动机直接转矩控制系统的基本组成及工作原理 211

4.9变频器的应用 216

4.9.1变频器功能 216

4.9.2变频器及外部设备选择 217

4.9.3典型工程应用实例1——变频器在恒压给水系统的应用 219

4.9.4典型工程应用实例2——矢量控制型变频器在薄膜卷绕系统的应用 225

4.9.5典型工程应用实例3——直接转矩控制型变频器在高炉上料系统的应用 228

小结 233

思考题与习题 235

第5章 异步电动机软起动及优化节能控制技术 237

5.1异步电动机的软起动 237

5.1.1直接起动的危害 238

5.1.2传统降压起动方式的适用场合及性能比较 238

5.1.3软起动器 239

5.2软起动器在斗轮堆取料机控制系统中的应用 243

5.2.1斗轮堆取料机简介 243

5.2.2软起动器的工程应用 243

5.2.3几种起动方式性能比较 245

5.2.4系统特点 245

5.3异步电动机经济运行和优化节能控制技术 246

5.3.1异步电动机降压节能技术概述 246

5.3.2优化节能的控制依据 247

5.3.3优化节能的适用对象 248

5.3.4降压起动优化节能计算实例 248

小结 249

思考题与习题 250

第6章 绕线型异步电动机的串级调速及双馈调速系统 251

6.1引言 251

6.2串级调速的工作原理及晶闸管串级调速系统 252

6.2.1绕线型异步电动机串级调速的工作原理 253

6.2.2晶闸管串级调速系统 253

6.3绕线型异步电动机在串级调速时的机械特性 256

6.3.1转子整流器的外特性 256

6.3.2串级调速系统的调速特性 258

6.3.3串级调速系统的机械特性 259

6.4串级调速系统的技术经济指标 262

6.4.1串级调速系统的效率 262

6.4.2串级调速系统的功率因数及其改善途径 262

6.4.3串级调速装置的电压和容量 263

6.4.4斩波控制的串级调速系统 264

6.5双闭环串级调速系统 265

6.5.1双闭环串级调速系统的组成 265

6.5.2串级调速系统的动态数学模型 265

6.5.3串级调速系统的起动方式 267

6.6串级调速系统的工程应用——在穿孔轧机上的应用 268

6.7绕线型异步电动机双馈调速系统 270

6.7.1绕线型异步电动机双馈调速系统的工作原理 270

6.7.2双馈调速系统的各种运行状态及功率传递关系 271

6.7.3双馈调速的应用——绕线型异步风力发电机组 273

小结 274

思考题与习题 275

第7章 同步电动机变压变频调速系统 276

7.1同步电动机与异步电动机对比 276

7.2同步电动机的稳态模型与调速方法 277

7.2.1同步电动机的分类 277

7.2.2同步电动机的转矩角特性 278

7.2.3同步电动机的稳定运行 280

7.2.4同步电动机的调速方式及机械特性 280

7.3他控变频同步电动机调速系统 281

7.3.1转速开环恒压频比控制的小容量同步电动机群调速系统 281

7.3.2交-交变频器供电的大容量低速同步电动机调速系统 282

7.4自控变频同步电动机调速系统 283

7.4.1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 284

7.4.2正弦波永磁同步电动机的自控变频调速系统 287

7.4.3交-直-交电流型变频器供电的同步电动机调速系统 288

7.4.4交-交自控变频同步电动机调速系统 289

7.4.5按气隙磁场定向的普通同步电动机矢量控制系统 290

7.5同步电动机的工程应用——大型热连轧机主传动交-交变频调速系统 296

小结 299

思考题与习题 299

第三篇 伺服系统 303

第8章 伺服系统 303

8.1引言 303

8.1.1伺服系统应用及发展 303

8.1.2典型工程应用的引出——PMSM伺服驱动器在直线飞剪中的应用 304

8.2伺服系统基本概念 305

8.2.1伺服系统的定义 305

8.2.2位置伺服系统的组成 305

8.2.3位置伺服系统的分类 306

8.2.4伺服系统的性能指标 307

8.3伺服系统的位置检测 308

8.3.1旋转变压器 308

8.3.2光电编码器 310

8.4位置伺服系统的控制结构 313

8.4.1直流位置伺服系统的组成 313

8.4.2交流位置伺服系统的组成 313

8.5三相永磁同步伺服电动机控制系统 315

8.5.1三相永磁伺服电动机的组成结构及其数学模型 315

8.5.2三相永磁伺服电动机的控制策略 323

8.5.3三相永磁伺服电动机的矢量控制 329

8.5.4 PMSM伺服驱动器在直线飞剪中的应用 337

小结 340

思考题与习题 341

参考文献 342