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 2
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 5
1.4.3 风机、泵类负载特性 5
第1篇 直流调速系统 9
第2章 转速开环控制的直流调速系统 9
2.1 晶闸管整流器-直流电动机系统的工作原理及调速特性 9
2.1.1 触发脉冲相位控制 9
2.1.2 电流脉动及波形断续问题 11
2.1.3 晶闸管整流器-直流电动机系统的机械特性 12
2.1.4 晶闸管触发和整流装置的传递函数 13
2.1.5 晶闸管整流器-直流电动机系统的可逆运行 15
2.2 PWM变换器-电动机系统的工作原理及调速特性 16
2.2.1 不可逆PWM变换器-电动机系统 16
2.2.2 可逆PWM变换器-电动机系统 19
2.2.3 直流PWM调速系统的机械特性 21
2.2.4 PWM控制器与变换器的动态数学模型 22
2.2.5 直流PWM调速系统的电能回馈和泵升电压 23
2.3 稳态调速性能指标和开环系统存在的问题 24
2.3.1 转速控制的要求和稳态调速性能指标 24
2.3.2 开环直流调速系统的性能和存在的问题 26
思考题 26
习题 27
第3章 转速闭环控制的直流调速系统 28
3.1 有静差的转速闭环直流调速系统 28
3.1.1 比例控制转速闭环直流调速系统的结构与静特性 28
3.1.2 开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的对比分析 29
3.1.3 闭环直流调速系统的反馈控制规律 32
3.1.4 比例控制转速闭环系统的稳定性 33
3.2 无静差的转速闭环直流调速系统 38
3.2.1 积分调节器和积分控制规律 38
3.2.2 比例积分控制规律 39
3.2.3 无静差的转速闭环直流调速系统稳态参数计算 41
3.3 转速闭环直流调速系统的限流保护 42
3.3.1 转速闭环直流调速系统的限流问题 42
3.3.2 带电流截止负反馈环节的直流调速系统 42
3.4 转速闭环控制直流调速系统的仿真 45
3.4.1 转速闭环直流调速系统仿真平台 45
3.4.2 仿真模型的建立 46
3.4.3 仿真模型的运行 49
3.4.4 调节器参数的调整 50
思考题 51
习题 52
第4章 转速、电流双闭环控制的直流调速系统 53
4.1 转速、电流双闭环控制直流调速系统的组成及其静特性 53
4.1.1 转速、电流双闭环控制直流调速系统的组成 53
4.1.2 稳态结构图与参数计算 55
4.2 转速、电流双闭环控制直流调速系统的数学模型与动态过程分析 57
4.2.1 转速、电流双闭环控制直流调速系统的动态数学模型 57
4.2.2 转速、电流双闭环控制直流调速系统的动态过程分析 57
4.2.3 转速、电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用 61
4.3 转速、电流双闭环控制直流调速系统的设计 61
4.3.1 控制系统的动态性能指标 61
4.3.2 调节器的工程设计方法 64
4.3.3 控制对象的工程近似处理方法 74
4.3.4 按工程设计方法设计转速、电流双闭环控制直流调速系统的调节器 77
4.4 双闭环直流调速系统的弱磁控制 91
4.4.1 弱磁与调压的配合控制 91
4.4.2 励磁电流的闭环控制 92
4.5 转速、电流双闭环控制直流调速系统的仿真 94
思考题 100
习题 100
第5章 直流调速系统的数字控制 102
5.1 采样频率的选择 103
5.2 转速检测的数字化 103
5.2.1 旋转编码器 103
5.2.2 数字测速方法的精度指标 104
5.2.3 M法测速 105
5.2.4 T法测速 106
5.2.5 M/T法测速 106
5.3 数字PI调节器 108
5.4 数字控制器的设计 109
5.5 数字控制的PWM可逆直流调速系统 110
习题 111
第2篇 交流调速系统 116
第6章 基于稳态模型的异步电动机调速系统 116
6.1 异步电动机的稳态数学模型和调速方法 116
6.1.1 异步电动机的稳态数学模型 116
6.1.2 异步电动机的调速方法与气隙磁通 118
6.2 异步电动机的调压调速 119
6.2.1 异步电动机调压调速的主电路 119
6.2.2 异步电动机调压调速的机械特性 119
6.2.3 闭环控制的调压调速系统 120
*6.2.4 降压控制在软起动器和轻载降压节能运行中的应用 121
6.3 异步电动机的变压变频调速 123
6.3.1 变压变频调速的基本原理 123
6.3.2 变压变频调速时的机械特性 124
6.3.3 基频以下的电压补偿控制 126
6.4 电力电子变压变频器 128
6.4.1 交-直-交PWM变频器主回路 129
6.4.2 正弦波脉宽调制（SPWM）技术 129
*6.4.3 消除指定次数谐波的PWM（SHEPWM）控制技术 131
6.4.4 电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术 132
6.4.5 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术（磁链跟踪控制技术） 133
*6.4.6 交流PWM变频器-异步电动机系统的特殊问题 143
6.5 转速开环变压变频调速系统 146
6.5.1 转速开环变压变频调速系统的结构 146
6.5.2 系统实现 147
6.6 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统 148
6.6.1 转差频率控制的基本概念及特点 148
6.6.2 转差频率控制系统结构及性能分析 150
6.6.3 最大转差频率ωsmax的计算 152
6.6.4 转差频率控制系统的特点 152
思考题 152
习题 153
第7章 基于动态模型的异步电动机调速系统 155
7.1 异步电动机动态数学模型的性质 155
7.2 异步电动机的三相数学模型 156
7.2.1 异步电动机三相动态模型的数学表达式 157
7.2.2 异步电动机三相原始模型的性质 160
7.3 坐标变换 161
7.3.1 坐标变换的基本思路 161
7.3.2 三相-两相变换（3/2变换） 163
7.3.3 静止两相-旋转正交变换（2s/2r变换） 165
7.4 异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型 165
7.4.1 静止两相正交坐标系中的动态数学模型 166
7.4.2 旋转正交坐标系中的动态数学模型 167
7.5 异步电动机在正交坐标系上的状态方程 169
7.5.1 状态变量的选取 169
7.5.2 以ω-is-ψr为状态变量的状态方程 169
7.5.3 以ω-is-ψs为状态变量的状态方程 172
7.6 异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统 175
7.6.1 按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程 175
7.6.2 按转子磁链定向矢量控制的基本思想 176
7.6.3 按转子磁链定向矢量控制系统的电流闭环控制方式 178
7.6.4 按转子磁链定向矢量控制系统的转矩控制方式 179
7.6.5 转子磁链计算 180
7.6.6 磁链开环转差型矢量控制系统——间接定向 183
7.6.7 矢量控制系统的特点与存在的问题 184
7.7 异步电动机按定子磁链控制的直接转矩控制系统 185
7.7.1 定子电压矢量对定子磁链与电磁转矩的控制作用 185
7.7.2 基于定子磁链控制的直接转矩控制系统 188
7.7.3 定子磁链和转矩计算模型 189
7.7.4 直接转矩控制系统的特点与存在的问题 190
7.8 直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较 191
*7.9 异步电动机无速度传感器调速系统 191
*7.10 异步电动机和交流调速系统仿真 193
7.10.1 异步电动机的仿真 194
7.10.2 矢量控制系统仿真 196
7.10.3 直接转矩控制系统仿真 198
思考题 200
习题 201
第8章 绕线转子异步电机转子变频控制系统 203
8.1 绕线转子异步电机转子变频控制原理 203
8.1.1 异步电机转子附加电动势的作用 203
8.1.2 转子电路变频器 204
8.2 绕线转子异步电机转子变频控制的四种基本工况 205
8.3 绕线转子异步电机转子变频串级调速系统 207
8.3.1 电气串级调速系统的组成 208
8.3.2 异步电动机串级调速机械特性的特征 209
8.3.3 转子变频器的电压和容量与串级调速系统的效率 210
8.3.4 串级调速系统的双闭环控制 212
8.4 绕线转子异步电机转子变频双馈控制系统 215
8.4.1 双馈控制变频调速系统 215
8.4.2 双馈控制风力发电系统 216
第9章 同步电动机变压变频调速系统 218
9.1 同步电动机的稳态模型与调速方法 218
9.1.1 同步电动机的特点 218
9.1.2 同步电动机的分类 219
9.1.3 同步电动机的转矩角特性 219
9.1.4 同步电动机的稳定运行 221
9.1.5 同步电动机的起动 222
9.1.6 同步电动机的调速 222
9.2 他控变频同步电动机调速系统 223
9.2.1 转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统 223
9.2.2 大功率同步电动机调速系统 223
9.3 自控变频同步电动机调速系统 224
9.3.1 自控变频同步电动机 224
9.3.2 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 225
*9.4 同步电动机矢量控制系统 229
9.4.1 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 229
9.4.2 可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统 232
9.4.3 正弦波永磁同步电动机矢量控制系统 236
*9.5 同步电动机直接转矩控制系统 239
9.5.1 可控励磁同步电动机直接转矩控制系统 240
9.5.2 永磁同步电动机直接转矩控制系统 241
思考题 242
习题 243
第3篇 伺服系统 246
第10章 伺服系统 246
10.1 伺服系统的特征及组成 246
10.1.1 伺服系统的基本要求及特征 246
10.1.2 伺服系统的组成 246
10.1.3 伺服系统的性能指标 250
10.2 伺服系统控制对象的数学模型 254
10.2.1 直流伺服系统控制对象的数学模型 254
10.2.2 交流伺服系统控制对象的数学模型 256
10.3 伺服系统的设计 256
10.3.1 调节器校正及其传递函数 257
10.3.2 单环位置伺服系统 257
10.3.3 双环位置伺服系统 259
10.3.4 三环位置伺服系统 261
10.3.5 复合控制的伺服系统 264
思考题 265
习题 265
参考文献 266