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第1章 闭环控制的直流调速系统 1

1.1 直流调速系统常用的可控直流电源 3

1.1.1 旋转变流机组 3

1.1.2 静止式可控整流器 5

1.1.3 直流斩波器与脉宽调制变换器 7

1.2 晶闸管－电动机系统（V-M）的主要问题 8

1.2.1 触发脉冲的相位控制 9

1.2.2 整流装置电流脉动及其波形的连续与断续 11

1.2.3 抑制电流脉动的措施 12

1.2.4 晶闸管－电动机系统的机械特性 13

1.2.5 晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数 15

1.3 直流脉宽调速系统的主要问题 18

1.3.1 直流PWM变换器的工作状态和电压、电流波形 19

1.3.2 直流脉宽调速系统的机械特性 28

1.3.3 PWM控制与变换器的数学模型 30

1.3.4 电能回馈与泵升电压的限制 32

1.4 反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计 34

1.4.1 转速控制的要求和调速指标 34

1.4.2 直流调压调速系统中调速范围、静差率和额定速降间的关系 36

1.4.3 开环调速系统及其存在的问题 36

1.4.4 转速闭环调速系统的组成及系统的静特性 39

1.4.5 转速开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系 42

1.4.6 反馈控制规律 45

1.4.7 闭环直流调速系统稳态参数计算 47

1.4.8 限流保护——电流截止负反馈 49

1.5 速度负反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计 54

1.5.1 反馈控制闭环直流调速系统的动态数学模型 54

1.5.2 反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件 59

1.5.3 动态校正——PID调节器（控制器）的设计 60

1.6 比例积分控制规律和无静差调速系统 67

1.6.1 积分调节器和积分控制规律 67

1.6.2 比例积分控制规律 70

1.6.3 无静差直流调速系统及其稳态参数计算 71

1.7 电压反馈电流补偿控制的直流调速系统 74

1.7.1 电压负反馈直流调速系统 74

1.7.2 电流正反馈和补偿控制规律 76

1.7.3 电流补偿控制直流调速系统的数学模型和稳定条件 80

第2章 转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法 82

2.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性 82

2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 84

2.1.2 稳态结构框图和静特性 86

2.1.3 各变量的稳态工作点和稳态参数计算 89

2.2 转速、电流双闭环直流调速系统数学模型和动态性能分析 90

2.2.1 双闭环直流调速系统的动态数学模型 90

2.2.2 启动过程分析 91

2.2.3 动态抗扰性能分析 94

2.2.4 转速和电流两个调节器的作用 95

2.3 调节器的工程设计方法 96

2.3.1 工程设计方法的基本思路 97

2.3.2 典型系统 97

2.3.3 控制系统的动态性能指标 100

2.3.4 典型Ⅰ型系统性能指标和参数的关系 102

2.3.5 典型Ⅱ型系统稳态性能指标和参数的关系 110

2.3.6 典型Ⅱ型系统动态性能指标和参数的关系 112

2.3.7 调节器结构的选择和传递函数的近似处理 116

2.4 按工程设计方法设计双闭环系统的调节器 124

2.4.1 电流调节器的设计 125

2.4.2 转速调节器的设计 129

2.4.3 转速调节器退饱和时转速超调量的计算 133

2.5 转速超调的抑制与转速微分负反馈 136

2.5.1 带转速微分负反馈的双闭环调速系统基本原理 137

2.5.2 退饱和时间和退饱和转速 139

2.5.3 转速微分负反馈参数的工程设计方法 141

2.5.4 带转速微分负反馈双闭环调速系统的抗扰性能 141

2.6 弱磁控制的直流调速系统 143

2.6.1 调压与弱磁的配合控制 143

2.6.2 非独立控制励磁的调速系统 144

2.6.3 弱磁过程的直流电机数学模型和弱磁控制系统转速调节器的设计 146

第3章 直流调速系统的数字实现及常用控制算法 148

3.1 数字测速方法 148

3.1.1 绝对式接触式编码器 150

3.1.2 增量式光电编码器的分辨率 152

3.1.3 光电编码器的脉冲数与速度关系 154

3.2 计算机控制系统的过程通道设计 157

3.2.1 过程通道的组成和功能 158

3.2.2 信号转换过程中的采样、量化和编码 159

3.2.3 模拟量输入通道的组成 162

3.2.4 数字量的输出通道 163

3.3 计算机控制系统的PID算法 165

3.3.1 由计算机实现的数字控制系统结构 165

3.3.2 计算机实现的数字PID 172

3.3.3 按离散控制系统D（z）设计数字调节器 175

第4章 可逆直流调速系统 178

4.1 可逆直流调速系统简介 178

4.2 基于数字控制技术的PWM可逆直流调速系统 178

4.3 有环流控制的可逆晶闸管（SCR）－电动机系统 180

4.4 无环流控制的可逆晶闸管（SCR）-直流电动机传动系统 192

第5章 交流拖动控制系统 197

5.1 交流拖动控制简介 197

5.2 三相交流异步电动机改变电压时的机械特性 203

5.3 三相交流异步电动机闭环调压调速时的机械特性 206

5.4 闭环调压调速系统的近似动态结构图 208

5.5 转差功率损耗分析 211

5.6 调压控制在软启动器和轻载降压节能运行中的应用 214

5.6.1 软启动器 214

5.6.2 轻载降压节能运行 216

第6章 三相交流异步电动机变频调速系统 218

6.1 变压变频调速的基本控制方式 219

6.1.1 基频（额定频率）以下的调速 219

6.1.2 基频（额定频率）以上的调速 220

6.2 三相交流异步电动机电压频率协调控制时的机械特性 221

6.2.1 恒压恒频正弦波供电时三相交流异步电动机的机械特性 221

6.2.2 基频以下电压－频率协调控制时的机械特性 222

6.2.3 基频以上恒压变频时的机械特性 227

6.2.4 恒流正弦波供电时的机械特性。 228

6.3 基于电力电子开关元件变频器主要形式 230

6.3.1 交－直－交和交－交两大类变频器 230

6.3.2 电压源型和电流源型逆变器 235

6.3.3 180°导通型逆变器和120°导通型逆变器 238

6.4 变压变频调速系统中的脉宽调制（PWM）技术 239

6.4.1 调制型正弦波脉宽调制（PWM）技术 239

6.4.1 优化型消除指定次数谐波的PWM（SHEPWM）控制技术 246

6.4.3 非线性型 电流滞环跟踪PWM（CHBPWM）控制技术 248

6.4.4 空间矢量PWM（SVPWM）控制技术（磁链跟踪控制技术） 254

6.4.5 开关死区（Deadtime）对PWM变频器性能的影响 265

6.5 基于交流异步电动机稳态模型的变压变频调速闭环控制方式 269

6.5.1 转速开环恒压频比控制调速系统 270

6.5.2 转速闭环转差频率控制的变频调速系统 272

6.6 三相异步电动机动态模型 277

6.6.1 三相交流异步电机的动态数学模型及特性 277

6.6.2 三相交流异步电机的动态数学模型 278

6.6.3 坐标变换与变换矩阵 286

6.6.4 三相交流异步电动机在两相坐标系上的数学模型 293

6.6.5 从控制的观点来描述三相交流异步电动机 298

6.7 基于转子磁链定向的矢量控制（Transvector）系统 301

6.7.1 按转子磁链定向的矢量控制（R-FOC）系统基本原理 301

6.7.2 按转子磁链定向的矢量控制（R-FOC）方程及其解耦作用分析 303

6.7.3 转子磁链（ψr）模型 306

6.7.4 转速、磁链闭环控制的矢量控制系统——直接矢量控制（DFOC）系统 310

6.7.5 磁链开环转差型矢量控制系统——间接矢量控制（IFOC）系统 312

6.8 基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制系统 313

6.8.1 直接转矩控制系统（DTC）的原理与特点 314

6.8.2 直接转矩控制系统的控制规律和特征 315

第7章 绕线式三相交流异步电动机双馈调速系统 318

7.1 三相交流异步电动机双馈工作原理 319

7.1.1 三相交流异步电机在转子侧附加电动势作用 320

7.1.2 转子绕线式交流异步电动机双馈工作方式下的五种工况 322

7.2 三相交流异步电动机在次同步电动状态下的双馈系统串级调速系统 331

7.2.1 串级调速系统的工作原理 331

7.2.2 电气串级调速系统的其他形式 334

7.3 三相交流异步电动机串级调速机械特性 335

7.3.1 三相交流异步电动机串级调速机械特性特点 335

7.3.2 三相交流异步电动机串级调速时的转子整流电路 337

7.3.3 三相交流异步电动机串级调速时机械特性描述 341

7.4 电气串级调速系统经济技术指标及改善方法 346

7.4.1 电气串级调速系统效率 347

7.4.2 电气串级调速系统的功率因数及其改善途径 349

7.4.3 斩波（Chopper）技术在串级调速系统中的应用 350

7.4.4 串级调速装置的电压和容量 352

7.5 电气串级调速系统的闭环控制 354

7.5.1 双闭环控制的电气串级调速系统的构成 354

7.5.2 串级调速系统的动态数学模型 355

7.5.3 相应调节器参数设计 358

7.5.4 电气串级调速系统的启动 358

7.6 转子绕线式三相交流异步电动机双馈调速系统 360

7.6.1 双馈调速的构成 360

7.6.2 双馈调速系统的矢量控制 362

第8章 三相交流同步电动机变频调速系统 364

8.1 交流同步电动机变频调速系统特点及基本类型 364

8.2 它控式同步电动机变频调速系统 366

8.2.1 转速开环恒压频比控制的三相交流同步电动机群调速系统 366

8.2.2 由交－直－交电流型负载换流变频器供电的三相交流同步电动机调速系统 367

8.2.3 由交－交变频器供电的大型低速同步电动机调速系统 368

8.2.4 按气隙磁场定向的（Oriented）同步电动机矢量控制系统 368

8.2.5 同步电动机的动态数学模型 373

8.3 自控式同步电动机变频调速系统 375

8.3.1 梯形波永磁同步电动机（DCBL）的自控式变频调速系统 377

8.3.2 正弦波永磁同步电动机的自控式变频调速系统 381

第9章 伺服控制系统 385

9.1 伺服系统的基本要求、特征及组成 385

9.1.1 伺服系统的基本要求 385

9.1.2 伺服系统的典型特征 385

9.1.3 伺服系统的组成 386

9.1.4 伺服系统的性能指标 386

9.2 直流伺服系统控制对象的数学模型 387

9.3 复合控制的伺服系统 396

参考文献 397