电力拖动控制系统 运动控制系统 motion control systemPDF电子书下载

绪论 1

0.1 电力拖动及其自动控制系统 1

0.2 电力拖动控制系统的发展概况与趋势 2

0.2.1 电力拖动调速系统的发展概况和趋势 2

0.2.2 电力拖动伺服系统的发展概况和趋势 10

0.2.3 电力拖动自动控制系统的网络控制 13

第一篇 直流电力拖动控制系统 17

第1章 直流电动机的数学模型及其闭环控制结构 19

1.1 闭环直流调速系统被控对象的数学模型及其动态结构图 19

1.1.1 旋转电枢系统的数学模型及其动态结构图 19

1.1.2 他励直流电动机励磁回路的数学模型及其动态结构图 28

1.2 直流调速系统的闭环控制结构及其相应的闭环直流调速系统 30

1.2.1 转速单闭环的控制结构 30

1.2.2 转速、电流双闭环控制结构及相应的控制系统 32

1.2.3 他励直流电动机闭环励磁控制系统的动态结构及相应的控制系统 34

1.2.4 直流电动机双域闭环控制调速系统（先升压后弱磁调速系统） 35

第2章 闭环控制直流调速系统的稳态分析 39

2.1 直流调速系统的静态调速指标及开环系统存在的问题 39

2.1.1 生产工艺对转速控制的要求和调速指标 39

2.1.2 开环调速系统存在的问题 41

2.2.1 ASR为比例调节器时的转速单闭环直流调速系统稳态分析与计算 42

2.2 单闭环直流调速系统的稳态分析 42

2.2.2 ASR采用PI调节器的转速单闭环直流调速系统 47

2.2.3 带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统稳态分析 48

2.3 转速、电流双闭环调速系统稳态分析及计算 52

习题及思考题 55

第3章 闭环直流调速系统的动态分析 58

3.1 单闭环直流调速系统的动态分析 58

3.1.1 ASR为比例调节器的单闭环直流调速系统的动态分析 58

3.1.2 ASR采用PI调节器的单闭环直流调速系统动态分析 60

3.2.1 快速系统与最佳过渡过程的概念 69

3.2 转速、电流双闭环直流调速系统的动态分析 69

3.2.2 转速、电流双闭环直流调速系统的动态特性分析 72

3.3 闭环直流调速系统的自适应控制 77

3.3.1 电流自适应调节器 77

3.3.2 转速自适应调速器 81

3.4 闭环电力拖动控制系统的动态性能指标及动态校正——调节器设计 84

3.4.1 闭环控制系统的动态性能指标 84

3.4.2 动态校正——调节器设计 86

习题及思考题 86

4.1 晶闸管—电动机可逆调速系统（V-M可逆系统） 88

4.1.1 晶闸管—电动机可逆调速系统的基本结构 88

第4章 可逆直流调速系统 88

4.1.2 电枢可逆系统中的环流 89

4.1.3 有环流可逆调速系统 91

4.1.4 无环流可逆调速系统 97

4.2 可逆直流脉宽调速系统（PWM可逆系统） 101

习题及思考题 104

第5章 数字（计算机）控制的电力拖动系统 106

5.1 数字电力拖动控制系统的硬件系统 106

5.1.1 数字控制器（计算机系统） 107

5.1.2 常用（微）处理器和控制芯片 110

5.2.1 电力拖动自动控制系统的数字化设计内容、原则与步骤 111

5.2 电力拖动自动控制系统的数字化设计 111

5.2.2 直流双闭环调速系统全数字化设计 112

5.3 数字（计算机）控制的直流位置随动（伺服）系统 125

5.3.1 数字控制直流位置随动系统的基本组成及控制结构 126

5.3.2 位置控制的基本要求和理想定位过程的控制算法 127

5.3.3 程序的组成 134

习题及思考题 135

第二篇 交流电力拖动控制系统 137

第6章 基于稳态数学模型的异步电动机变压变频调速系统 139

6.1 基于异步电动机稳态数学模型的变压变频调速系统控制方式 139

6.1.1 电压－频率协调控制方式 140

6.1.2 转差频率控制方式 145

6.2 电力电子变频调速装置及其电源特性 148

6.3 电压源型转速开环恒压频比控制的异步电动机变压变频调速系统 152

6.4 电流源型转速开环恒压频比控制的异步电动机变压变频调速系统 156

6.5 异步电动机转差频率控制（SF）变压变频调速系统 158

6.5.1 电流源型转差频率控制的异步电动机变压变频调速系统构成及工作原理 158

6.5.2 电压源型转差频率控制（SF）的异步电动机变压变频调速系统 160

习题及思考题 161

7.1 矢量控制的基本概念 162

7.1.1 直流电动机和异步电动机的电磁转矩 162

第7章 基于动态数学模型的异步电动机矢量控制变压变频调速系统 162

7.1.2 矢量控制的基本思想 166

7.2 异步电动机在不同坐标系上的数学模型 168

7.2.1 交流电动机的坐标系与空间矢量的概念 169

7.2.2 异步电动机在静止坐标系上的数学模型 170

7.2.3 坐标变换及变换矩阵 177

7.2.4 异步电动机在二相静止坐标系上的数学模型 189

7.2.5 异步电动机在任意二相旋转坐标系上的数学模型 195

7.2.6 异步电动机在二相同步旋转坐标系上的数学模型 197

7.2.7 异步电动机在二相坐标系上的状态方程 198

7.3 磁场定向和矢量控制的基本控制结构 200

7.3.1 转子磁场定向的异步电动机矢量控制结构 201

7.3.2 异步电动机其他两种磁场定向方法 204

7.4 转子磁链观测器 207

7.4.1 开环方式转子磁链观测器 207

7.4.2 闭环方式转子磁链观测器 210

7.5 异步电动机矢量控制系统 215

7.5.1 具有转矩内环的转速、磁链闭环异步电动机直接矢量控制系统 215

7.5.2 转差型异步电动机间接矢量控制系统 218

7.5.3 无速度传感器矢量控制系统 222

7.6 具有双PWM变流器的矢量控制系统 226

7.7.1 绕线式异步电动机双馈调速系统 227

7.7 绕线式异步电动机双馈矢量控制系统 227

7.7.2 绕线式异步电动机双馈矢量控制系统 228

7.7.3 双馈电动机矢量控制的其他方案 234

7.8 数字化异步电动机矢量控制系统设计 235

7.8.1 以DSP为控制核心的数字异步电动机矢量控制系统的硬件系统 235

7.8.2 软件设计（运算程序和控制算法） 237

习题及思考题 247

第8章 异步电动机直接转矩控制变压变频调速系统 249

8.1 异步电动机直接转矩控制系统的基本理论 249

8.1.1 直接转矩控制的理论依据 249

8.1.2 异步电动机定子轴系的数学模型 250

8.1.3 逆变器的8种开关状态和逆变器的电压状态 255

8.1.4 电压空间矢量的概念 258

8.1.5 电压空间矢量与磁链空间矢量的关系 261

8.1.6 电压空间矢量对电动机转矩的影响 262

8.1.7 电压空间矢量的正确选择 263

8.1.8 异步电动机直接转矩控制的基本结构 266

8.2 异步电动机直接转矩控制系统的基本组成及工作原理 270

8.2.1 磁链自控制 271

8.2.2 转矩调节 279

8.2.3 磁链调节 286

8.2.4 电压状态的选择 289

8.2.5 最小开关持续时间 294

8.2.6 逆变器的开关频率调节 298

8.3 在低速范围内直接转矩控制系统的转矩控制与调节方法 299

8.3.1 在低速范围内直接转矩控制系统的结构特点 299

8.3.2 区段的电压状态选择 301

8.3.3 低速范围内转矩与磁链调节的协调 304

8.3.4 使用－120°电压的磁链调节 306

8.4 在弱磁范围内直接转矩控制系统的转矩控制及恒功率调节 307

8.4.1 弱磁范围内直接转矩控制系统的结构特点 307

8.4.2 弱磁范围内的转矩控制与调节 308

8.4.3 弱磁范围内的功率调节 309

8.5 圆形磁链轨迹的直接转矩控制系统 312

8.5.1 圆形磁链控制 312

8.5.2 电磁转矩控制 314

8.6 异步电动机间接转矩控制（ISC）系统 317

8.7 直接转矩控制系统的特点——本章结论 319

习题及思考题 320

第9章 同步电动机变压变频调速系统 322

9.1 同步电动机变压变频调速的特点及基本类型 322

9.2.1 同步电动机交－直－交型变压变频调速系统逆变器中晶闸管的换流 323

9.2 同步电动机变压变频调速系统主电路晶闸管换流原理及其方法 323

9.2.2 交－交变频同步电动机调速系统主电路晶闸管的换流 328

9.3 他控变频同步电动机调速系统 330

9.3.1 转速开环恒压频比控制的同步电动机调速系统 330

9.3.2 交－直－交型他控变频同步电动机调速系统 330

9.3.3 交－交型他控变频同步电动机调速系统 332

9.4 自控变频同步电动机（无换向器电动机）调速系统 332

9.4.1 自控变频同步电动机（无换向器电动机）调速原理及特性 332

9.4.2 自控变频同步电动机调速系统 341

9.5 按气隙磁场定向的普通三相同步电动机矢量控制系统 345

9.5.1 普通三相同步电动机的多变量数学模型 345

9.5.2 按气隙磁场定向的绕组励磁式普通三相同步电动机交－直－交变频矢量控制系统 347

9.6 正弦波永磁同步电动机变压变频调速系统 351

9.7 梯形波永磁同步电动机变压变频调速系统 354

习题及思考题 358

第10章 交流位置随动（伺服）系统 360

10.1 以DSP为核心的交流位置随动系统 361

10.2 基于PC（或PLC）的交流位置随动系统及基于现场总线的交流位置随动系统 361

10.3 数控机床及其插补算法 363

附录A 电力拖动控制系统中的检测技术 372

A.1 位置检测 372

A.1.1 光电编码器 372

A.2 速度（转速）测量 377

A.2.1 数字测速法 378

A.3 电压、电流检测 381

A.3.1 直接检测式霍尔传感器 382

A.3.2 磁平衡式（或称磁补偿式）霍尔传感器 382

附录B 常用符号表 385

B.1 元件和装置用的文字符号（按国家标准GB/T7159—1987） 385

B.2 参数和物理量文字符号 386

B.3 常用下角标 388

B.4 常用缩写符号 389

参考文献 391