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第一章 绪论 1
1-1 电力传动技术在国民经济中 1
的意义 1
一、电力传动自动控制系统 1
二、电力传动自动控制系统的特征 1
1-2 电力传动技术发展的长远目标 1
1-3 电力传动自动控制系统的特征 2
及使用形式 2
一、电力传动自动控制系统的特性 2
二、电力传动自动控制系统的 4
使用形式 4
1-4 电力传动自动控制系统的分类 5
二、交流传动技术概况 6
一、直流传动技术概况 6
1-5 电力传动技术概况 6
三、计算机应用技术 7
1-6 电力传动技术工程师的任务 7
练习题 7
第一篇 直流调速系统 9
第二章 单闭环直流调速系统 9
2-1 概述 9
一、调速的定义 9
二、直流调速的方案 9
三、调速指标 10
2-2 单闭环直流调速系统的组成 13
及其特性 13
一、系统组成 13
二、单闭环调速系统的稳态特性 14
三、单闭环调速系统的动态特性 18
2-3 单闭环调速系统中的电流 23
截止环节及其特性 23
一、问题的提出 23
二、电流截止负反馈装置 23
三、带电流截止负反馈的单闭环调速 24
系统稳态结构图和静特性 24
2-4 单闭环无静差调速系统 26
一、引言 26
二、积分调节器（I调节器） 26
三、比例积分（PI）调节器 27
四、采用积分调节器的单闭环无静差 28
调速系统 28
五、采用比例积分（PI）调节器的单闭环无静差调速系统 29
一、系统组成 33
控制方案的调速系统 33
2-5 采用电压负反馈和电流正反馈 33
二、电压负反馈调速系统 34
三、电流正反馈 35
四、电流补偿控制调速系统的稳定性 37
2-6 单闭环直流调速系统的非线性 37
特性 37
2-7 单闭环调速系统的问题及其 39
解决办法 39
一、电流脉动的影响及其抑制措施 39
二、交流分量会破坏系统的正常工作，需引入滤波器 39
三、电压负反馈调速系统中的电压 39
隔离变换器 39
二、转速、电流双闭环调速系统的组成 46
一、引言 46
3-1 转速、电流双闭环调速系统 46
第三章 多环直流调速系统 46
三、双闭环调速系统的静特性 47
四、稳态工作点和稳态参数的计算 48
五、双闭环调速系统的动态特性 49
六、双闭环调速系统中两个调节器 52
的作用 52
3-2 转速超调的抑制——转速微分 52
负反馈 52
一、问题的提出 52
二、带转速微分负反馈双闭环调速系统的数学模型 52
3-3 带负载观测器、补偿器的 54
双闭环调速系统 54
一、复合控制系统及不变性原理 54
的基本概念 54
双环调速系统 55
二、具有外扰观测器、补偿器的 55
3-4 三环调速系统 59
一、带电流变化率调节器的三环系统 59
二、带电压内环的三环调速系统 62
3-5 带有励磁控制的调速系统 64
一、电枢电压与励磁配合控制 64
二、非独立控制励磁的调速系统 64
3-6 例题 66
练习题 69
第四章 直流调速系统的工程设计方法 71
4-1 工程设计的基本方法 71
一、工程设计方法与步骤 71
二、典型系统 72
一、引言 79
4-2 单闭环调速系统的设计 79
二、工程设计中的近似处理 80
三、单闭环调速系统中调节器的选择 84
4-3 双闭环调速系统的设计 86
一、基本思路 86
二、电流环设计 86
三、转速环的设计 90
四、转速调节器饱和限幅工作状态 92
超调量的计算 92
4-4 转速环的并联微分校正 94
一、引言 94
二、Ⅱ型典型系统微分负反馈并联校正的结构图和对数频率特性 94
三、T0、T0与系统性能的关系 96
一、仿真的数学模型 99
4-5 调速系统的计算机仿真 99
二、编制系统仿真程序TSF.FOR 100
三、仿真过程 102
四、结果分析 102
4-6 例题 103
练习题 110
第五章 可逆直流调速系统 113
5-1 可逆调速 113
一、可逆调速问题的提出 113
二、定义 113
5-2 可逆调速系统的原理方案 113
一、电枢反接可逆线路 114
二、励磁反接可逆线路 115
三、电枢可逆系统和磁场百逆系统 115
的比较 115
一、逆变状态 116
5-3 可逆直流调速系统的回馈制动 116
二、产生逆变的条件 117
三、电动机的回馈制动 117
四、如何在V-M系统中实现回馈 118
制动 118
5-4 可逆直流调速系统的环流 119
一、环流及其种类 119
二、配合控制与直流环流 120
三、脉动环流产生的原因及其 121
抑制方法 121
5-5 有环流可逆调速系统 122
一、α＝β工作制配合控制的有 122
环流可逆系统 122
二、制动过程 124
一、采用无环流系统的理由 127
二、分类 127
三、有环流可逆系统的优、缺点 127
5-6 无环流可逆调速系统 127
三、逻辑控制的无环流可逆调速系统 128
四、错位控制的无环流可逆调速系统 130
5-7 例题 133
练习题 139
第六章 直流脉宽调速系统 141
6-1 脉宽调制的理论 141
一、定义 141
二、PWM变换器的分类 141
三、PWM变换器的工作原理 141
四、PWM变换器的优点 144
特性 145
6-2 脉宽调速系统的开环机械 145
五、PWM变换器的缺点 145
变换器的比较 145
六、双极式和单极式可逆PWM 145
6-3 脉宽调速系统的控制回路 146
一、脉宽调制器 146
二、逻辑延时电路 147
三、功率输出级的驱动电路 148
6-4 晶体管脉宽调速系统的 148
特殊问题 148
一、电流脉动量 148
二、转速脉动量 150
三、最佳开关频率 152
四、泵升电压 152
6-5 设计实例 153
传递函数 153
五、脉宽调制器和PWM变换器的 153
练习题 163
第二篇 随动系统 165
第七章 随动系统的基本原理 165
7-1 概述 165
一、定义 165
二、随动系统的应用 165
7-2 随动系统的基本结构形式 166
7-3 随动系统的分类 166
一、按系统控制方式分类 167
二、按组成系统元件的物理性质分类 167
三、按系统信号特点分类 167
7-4 随动系统的品质指标 168
五、按执行元件功率大小来分类 168
四、按系统部件输入-输出特性的 168
不同分类 168
7-5 位置随动系统与调速系统 171
的比较 171
练习题 171
第八章 随动系统的误差测量 172
8-1 常用的测量元件 172
一、电位计 172
二、差动变压器 173
三、自整角机 174
四、旋转变压器 177
五、感应同步器 178
一、粗-精测角的原理 180
二、粗-精测信号切换区的选择 180
8-2 粗-精测角线路 180
六、三自由度陀螺仪 180
三、假零点的产生及消除办法 181
四、粗-精测信号选择电路 182
五、精-精测角装置之间速比的选择 183
六、带电气速比的粗-精测角装置 184
8-3 编码盘式角位移传感器 184
二、增量式编码器 185
一、绝对式编码器 185
8-4 激光式角度传感器 186
8-5 应用霍尔元件的旋转传感器 187
8-6 其它测量元件 188
一、角度和角位移传感器 188
二、线性位移传感器 188
练习题 189
二、将交流载波信号变换为直流信号 190
一、将直流信号变换为交流载波信号 190
9-1 概述 190
第九章 调制器与相敏解调器 190
9-2 调制器 191
一、调制的作用 191
二、调制方法及其分类 192
三、振幅调制器的基本工作原理 193
四、对调制器的基本要求 194
五、由理想开关构成的串、并联调制器 198
六、振幅调制器的分类 198
9-3 调制器线路实例 198
一、二极管调制器线路 198
二、三极管调制器线路 200
三、场效应管调制器 201
四、乘积调制器的线路 202
二、振幅调制波的解调工作原理 203
一、概述 203
9-4 相敏解调器 203
三、对解调器的基本要求 206
9-5 解调器线路实例 206
一、二极管环形解调器 206
二、三极管解调器 208
三、乘积解调器 211
9-6 正交切除器 212
练习题 215
第十章 功率放大装置 217
10-1 概述 217
10-2 晶体管线性放大线路 217
一、控制直流电动机的不可逆放大线路 217
二、控制直流电动机的可逆放大线路 218
放大器 221
三、控制两相异步电动机的功放电路 221
10-3 晶体管脉冲宽度调制式 221
一、控制直流电动机的不可逆控制电路 222
二、控制直流电动机的可逆电路 223
三、应用实例 226
10-4 晶闸管整流电路 227
一、控制直流电动机的不可逆 227
整流电路 227
二、控制直流电动机的可逆整 229
流电路 229
三、其它晶闸管整流电路 232
四、晶闸管触发电路 236
五、晶闸管整流器的传递函数 238
练习题 239
11-1 设计步骤 240
第十一章 随动系统的设计 240
11-2 系统技术要求的确定 241
11-3 控制方案选择和主要元部件 243
选择 243
一、测量元件的选择 243
二、执行元件和减速器的选择 243
三、伺服放大器设计中的几个问题 254
11-4 稳态和动态的分析计算 257
一、概述 257
二、稳态计算 258
第一十二章 复合控制随动系统 267
12-1 概述 267
一、引言 267
二、复合控制与扰动补偿 267
一、不变性 268
12-2 不变性原理 268
二、随动系统的不变性分类 269
12-3 实现不变性条件的结构 270
一、复合控制系统的等效传递 270
函数设计 270
二、扰动补偿设计 271
12-4 复合控制随动系统设计实例 274
练习题 281
第十三章 非线性控制和自适应控制随动系统的设计 281
13-1 非线性控制随动系统 283
一、利用局部负反馈削弱非线性因素 283
的影响 283
二、非线性并联校正（非线性阻尼 284
控制） 284
益校正） 285
三、非线性串联校正（非线性变增 285
四、利用系统的固有饱和特性，组成 287
改善系统品质的有效装置 287
五、非线性积分器及其应用 288
六、非线性相位超前装置 290
七、利用非线性特性改善系统品质 291
的实例 291
13-2 非线性系统的最佳控制 293
13-3 自适应调节 296
一、自适应调节原理 296
二、直流传动系统中电枢电流的 297
自适应调节 297
二、变结构理论的基本概念 300
一、概述 300
13-4 变结构滑动模态控制系统的 300
设计方法 300
三、滑动模态的基本概念 302
四、单输入系统的滑动模态 304
五、消除抖动的方法 305
练习题 307
第三篇 交流调速系统 309
第十四章 交流调速系统概况 309
14-1 引言 309
14-2 交流调速的重要作用 310
14-3 交流调速的基本类型 310
的因素 311
练习题 311
14-5 选择交流调速方案时考虑 311
14-4 交流调速的主要问题 311
第十五章 异步电动机的调压调速系统 313
15-1 控制方式 313
15-2 异步电动机调压时的机械特性 314
15-3 闭环控制的变压调速系统 315
及其特性 315
一、具有速度反馈的调压调速系统 315
及其静特性 315
二、异步电动机变压调速系统动态 316
结构图 316
练习题 320
第十六章 异步电动机的变频调速 321
16-1 概述 321
16-2 变频调速的基本控制方式 321
16-3 变频装置 322
二、基频以上调速 322
一、基频以下调速 322
一、变频装置的分类 323
二、间接变频装置（即交-直-交 323
变频装置） 323
三、直接变频装置（即交-交变频装置） 323
四、电压源和电流源变频器 325
16-4 正弦波脉宽调制（SPWM） 327
逆变器 327
一、引言 327
二、SPWM逆变器的工作原理 327
三、脉宽调制的制约条件 328
四、SPWM逆变器的调制方式 329
一、恒压恒频控制 331
二、电压、频率协调控制 331
16-5 异步电动机变频控制的机械特性 331
16-6 交流电动机变频调速方式 334
及其性能的比较 334
16-7 转速开环变频调速系统 336
一、转速开环的交-直-交电压源变频 336
调速系统 336
二、转速开环的交-直-交电流源变频 341
调速系统 341
16-8 转差频率控制的转速闭环 344
调速系统 344
一、基本概念 344
二、转差频率控制规律 345
三、转差频率控制的变频调速系统 346
结构和原理 346
四、转差频率控制系统的动态结构图 350
一、矢量控制的基本概念 351
变频调速系统 351
16-9 异步电动机矢量控制的 351
二、矢量变换规律及其实现 352
三、矢量变换控制方程 357
四、磁通观测器 358
五、矢量控制系统的设计 360
练习题 361
第十七章 异步电动机串级调速系统 363
17-1 概述 363
一、引言 363
二、改变电枢电阻调速的缺点 363
三、提高交流调速性能的方案 363
17-2 串级调速的原理 364
工作情况 364
一、异步电动机转子附加电动势时的 364
五、串级调速的方法 364
四、串级调速的定义 364
二、串级调速的功率传递关系 365
三、电气串级调速系统及其附加电动势的获得 366
四、其它类型的串级调速系统 368
17-3 具有双闭环控制的串级 369
调速系统 369
一、用途 369
二、闭环调速系统的组成 369
三、串级调速系统的动态数学模型 369
17-4 串级调速系统的性能 372
一、串级调速系统的机械特性 372
二、串级调速装置的容量 376
三、串级调速系统的效率 377
改善途径 379
四、串级调速系统的功率因素及其 379
17-5 超同步串级调速系统 383
一、定义 383
二、超同步串级调速工作原理 383
三、超同步串级调速系统的再生制动 384
工作 384
17-6 串级调速系统的设计 385
一、串调系统中异步电动机容量的 385
选择 385
二、逆变变压器容量选择 386
三、调速系统调节器参数的确定 386
四、启动方式的选择与操作顺序 387
五、转子感应过电压保护与停车操作 388
顺序 388
练习题 389
第十八章 同步电动机的变频调速系统 390
18-1 概述 390
18-2 他控变频同步电动机调速系统 391
和矢量控制 391
一、转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统 391
二、由交-交变频器供电的大型低速 391
同步电动机调速系统 391
三、同步电动机的矢量控制系统 392
四、同步电动机的多变量数学模型 395
18-3 自控变频同步电动机调速系统 396
练习题 398
第十九章 无换向器电动机调速系统 400
19-1 概述 400
直流电动机模型 402
一、无换向器电动机的构成及其等效 402
19-2 无换向器电动机的基本原理 402
二、无换向器电动机的电磁转矩 403
三、无换向器电动机逆变器的换流 405
19-3 无换向器电动机的基本特性 406
一、性能分析 406
二、过载能力 408
19-4 无换向器电动机调速系统 409
一、无换向器电动机调速系统的 409
基本组成 409
二、电机不同运行情况时，触发 411
脉冲分配 411
三、交-交系统无换向器电动机 414
控制系统 414
——光电式位置检测器 415
四、四极电动机的位置信号检测 415
练习题 416
第四篇 数字计算机在电力传动控制系统中的应用第二十章 电力传动系统的数字计算机控制 416
20-1 概述 417
一、引言 417
二、系统的组成与工作原理 417
三、系统的主要特点和优点 419
四、计算机应用系统的构成 420
五、数字计算机控制系统方案举例 421
六、系统的设计与实现问题 424
20-2 电力传动数字控制系统的稳态 425
误差和系统稳定性 425
-、电力传动数字控制系统的 425
稳态误差 425
稳定条件 427
二、电力传动数字控制系统的 427
三、劳斯稳定判据在线性数字系统 428
中的应用 428
四、采样系统稳定性的频域分析法 429
五、电力传动数字控制系统稳态误差 429
和稳定性分析实例 429
20-3 电力传动数字计算机控制 431
系统的设计 431
一、直流调速计算机控制系统的设计 431
二、位置随动数字计算机控制系统的 442
设计 442
三、交流电动机的微机变频控制装置 445
设计 445
第二十一章 电力传动自动控制系统的数字计算机仿真 448
练习题 448
21-1 系统、模型、仿真 450
21-2 控制系统仿真软件SIMULINK 451
一、软件概况 451
二、控制系统框图模型 452
三、建立控制系统的仿真结构框图 454
四、利用SIMULINK进行数字仿真 455
21-3 SIMULINK使用的高级技术 458
一、SIMULINK模块的安排 458
二、构造SIMULINK型模块 460
三、模型线性化方法及SIMULINK 461
实现 461
四、S函数的编写与使用 462
五、SIMULINK界面设置 464
21-4 SIMULINK仿真应用实例 465
参考文献 471