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第1章 直流调速系统1

1.1 直流电机的原理和开环调速系统1

1.1.1 直流电机的原理1

1.1.2 直流电机的模型和基本方程2

1.1.3 直流电机的传递函数3

1.1.4 直流电动机的调速方法4

1.1.5 直流电动机开环调速系统5

1.1.6 电力电子变流器及其传递函数5

1.1.7 调速系统的调速指标7

1.2 有静差转速闭环控制直流调速系统9

1.2.1 转速闭环控制直流调速系统的组成9

1.2.2 有静差转速闭环控制直流调速系统的稳态性能分析9

1.2.3 有静差控制直流调速系统的动态性能分析12

1.2.4 有静差控制直流调速系统的稳定性分析15

1.3 无静差转速闭环控制直流调速系统16

1.3.1 积分调节器和比例积分调节器16

1.3.2 无静差控制直流调速系统的原理17

1.3.3 无静差控制直流调速系统的静特性18

1.3.4 无静差控制直流调速系统的动态性能分析18

1.3.5 转速单闭环控制系统转速调节器设计19

1.3.6 转速闭环控制直流调速系统应用举例21

1.4 电压负反馈电流正反馈补偿控制的直流调速系统26

1.4.1 系统的稳态结构图和静特性27

1.4.2 电流补偿控制28

1.5 转速电流双闭环控制直流调速系统29

1.5.1 双闭环控制直流调速系统的组成和工作原理29

1.5.2 双闭环控制直流调速系统的稳态参数和特性32

1.5.3 双闭环控制直流调速系统的动态性能33

1.5.4 控制系统调节器的工程设计方法34

1.5.5 双闭环控制直流调速系统调节器的工程设计40

1.6 直流调速系统仿真48

1.6.1 直流调速系统主电路仿真48

1.6.2 双闭环控制直流调速系统仿真53

本章小结55

习题与思考题55

第2章 直流电动机可逆调速系统和弱磁控制58

2.1 晶闸管直流可逆调速系统58

2.1.1 直流可逆调速系统的主电路58

2.1.2 反并联可逆调速系统的环流60

2.1.3 直流可逆调速系统的控制模式61

2.1.4 直流可逆调速系统的制动过程62

2.1.5 逻辑无环流可逆调速系统64

2.1.6 逻辑无环流系统仿真68

2.2 直流PWM可逆调速系统70

2.2.1 直流PWM可逆调速系统的组成70

2.2.2 直流PWM可逆调速系统的正反转工作状态71

2.2.3 直流PWM可逆调速系统的制动工作状态71

2.2.4 直流PWM可逆调速系统仿真72

2.3 直流调速系统的弱磁控制75

2.3.1 自动弱磁控制方法75

2.3.2 自动弱磁控制直流调速系统75

2.3.3 弱磁控制调节器设计76

本章小结77

习题与思考题77

第3章 异步电动机的稳态数学模型及调速控制系统79

3.1 异步电动机的稳态数学模型和调速方法79

3.1.1 异步电动机的稳态数学模型79

3.1.2 异步电动机的稳态基本方程81

3.1.3 异步电动机的电磁转矩81

3.1.4 异步电动机的功率82

3.1.5 异步电动机的调速方法82

3.2 异步电动机的调压调速83

3.2.1 异步电动机调压调速时的机械特性83

3.2.2 异步电动机调压调速的转速闭环控制系统84

3.3 异步电动机的变压变频调速85

3.3.1 变频调速的基本控制方式85

3.3.2 异步电动机电压频率协调控制时的机械特性86

3.4 转速开环恒压频比控制变频调速系统89

3.4.1 恒压频比控制变频调速系统89

3.4.2 恒压频比VVVF调速系统仿真91

3.5 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统95

3.5.1 转速闭环转差频率控制95

3.5.2 保持气隙磁通φm不变的电流控制96

3.5.3 转速闭环转差频率控制的变频调速系统96

3.5.4 转差频率控制系统仿真99

3.6 绕线转子异步电动机双馈调速系统101

3.6.1 双馈电机的工作原理102

3.6.2 双馈电机的工作模式103

3.6.3 双馈电机的转子电源和控制105

3.6.4 绕线转子异步电动机串级调速系统106

本章小结108

习题与思考题109

第4章 异步电动机的动态数学模型及矢量控制系统110

4.1 三相异步电动机的数学模型110

4.1.1 三相异步电动机的磁链110

4.1.2 三相异步电动机的电压方程112

4.1.3 三相异步电动机的电磁转矩112

4.1.4 三相异步电动机的运动方程113

4.2 坐标变换113

4.2.1 三相静止坐标系和二相静止坐标系的变换（3s/2s变换）114

4.2.2 二相静止坐标系和二相旋转坐标系的变换（2s/2r变换）115

4.3 建立在二相坐标系上的异步电动机数学模型117

4.3.1 二相交流电动机的模型和参数117

4.3.2 异步电动机在一个二相任意旋转坐标系上的模型（dq0模型）120

4.3.3 异步电动机在一个二相静止坐标系上的模型（αβ模型）122

4.3.4 异步电动机在一个二相同步旋转坐标系上的模型123

4.3.5 异步电动机在一个二相同步旋转坐标系上按转子磁场定向的模型（mt模型）123

4.4 转子磁链观测125

4.4.1 转子磁链观测的电流模型法126

4.4.2 转子磁链观测的电压模型法127

4.5 三相异步电动机矢量控制系统128

4.5.1 矢量控制的基本思路128

4.5.2 带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统128

4.5.3 带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真130

4.5.4 磁链开环转差型矢量控制系统133

4.5.5 磁链开环转差型矢量控制系统仿真134

4.5.6 无转速传感器的矢量控制系统137

本章小结138

习题与思考题139

第5章 异步电动机直接转矩控制系统及SVPWM控制系统140

5.1 逆变器开关状态和电压空间矢量140

5.1.1 逆变器开关状态140

5.1.2 电压空间矢量140

5.1.3 磁链轨迹和控制策略142

5.2 异步电动机的定子磁链和转矩观测144

5.2.1 定子磁链观测144

5.2.2 转矩观测146

5.3 异步电动机直接转矩控制系统147

5.3.1 直接转矩控制系统的基本组成147

5.3.2 磁链控制器147

5.3.3 转矩控制器148

5.3.4 逆变器开关状态的选择148

5.3.5 直接转矩控制系统的工作过程149

5.3.6 直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较150

5.4 SVPWM调制原理及变压变频调速系统151

5.4.1 SVPWM调制原理151

5.4.2 SVPWM变压变频调速系统153

本章小结154

习题与思考题154

第6章 同步电动机调速系统155

6.1 同步电机控制基础155

6.1.1 同步电机的原理和分类155

6.1.2 同步电机的基本方程157

6.1.3 同步电机的特殊问题——失步和功率因数控制158

6.1.4 同步电机与直流电机、异步电机的比较159

6.2 同步电动机变频调速系统的分类和稳态控制160

6.2.1 同步电动机变频调速系统的稳态控制160

6.2.2 同步电动机变频调速系统的分类161

6.3 可控励磁同步电动机的数学模型162

6.3.1 同步电动机的磁链方程162

6.3.2 同步电动机在二相旋转坐标系上的电压方程163

6.3.3 同步电动机的转矩方程164

6.4 可控励磁同步电动机按气隙磁场定向的矢量控制系统164

6.4.1 气隙磁场定向和转矩控制164

6.4.2 按气隙磁场定向的可控励磁同步电动机矢量控制系统165

6.5 自控式无换向器电动机变频调速系统166

6.5.1 无换向器电动机的原理166

6.5.2 晶闸管逆变器的换流方式167

6.5.3 无换向器电动机调速系统168

6.6 永磁同步电动机调速控制系统168

6.6.1 永磁同步电动机的动态数学模型169

6.6.2 永磁同步电动机按转子位置定向的矢量控制系统169

6.6.3 永磁同步电动机按转子位置定向的矢量控制系统仿真170

6.6.4 无刷直流电动机调速系统172

6.6.5 无刷直流电动机调速系统仿真173

本章小结175

习题与思考题176

第7章 位置伺服控制系统177

7.1 位置伺服控制系统的组成和控制的基本要求177

7.1.1 位置伺服控制系统的组成177

7.1.2 位置伺服控制的基本要求178

7.2 步进电动机位置开环伺服控制系统179

7.2.1 步进电动机的原理179

7.2.2 步进电动机的参数和特性180

7.2.3 步进电动机的选用181

7.2.4 步进电动机的驱动182

7.2.5 步距细分技术184

7.3 位置闭环伺服控制系统185

7.3.1 位置闭环伺服控制系统的组成185

7.3.2 位置伺服控制系统的数学模型186

7.3.3 位置伺服控制系统的稳态性能186

7.4 位置检测188

7.4.1 光电编码器188

7.4.2 光栅检测190

本章小结190

习题与思考题191

第8章 风力发电控制系统192

8.1 风力发电系统的组成和分类192

8.1.1 风力机192

8.1.2 风力发电机组的组成193

8.1.3 风力发电机的功率调节196

8.1.4 风力发电机的工作模式198

8.2 同步发电机风力发电系统控制199

8.2.1 带全功率变流器的同步发电机风力发电系统199

8.2.2 直流斩波控制200

8.2.3 逆变器控制201

8.3 双馈发电机风力发电系统控制201

8.3.1 双馈发电机的数学模型和定向控制202

8.3.2 转子侧变流器按定子磁链定向的矢量控制系统204

8.3.3 双馈发电机转子网侧PWM变流器的数学模型206

8.3.4 网侧变流器按电压定向的矢量控制系统207

8.3.5 网侧变流器按虚拟电网磁链定向的矢量控制系统210

本章小结211

习题与思考题212

参考文献213