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出版说明1

前言1

常用符号表1

绪论1

0.1 电力拖动及其自动控制系统1

0.2 电力拖动自动控制系统的发展概况与趋势1

0.2.1 电力拖动调速系统的发展概况和趋势2

0.2.2 电力拖动位置伺服系统的发展概况和趋势6

第1篇 电力拖动直流调速系统10

第1章 直流电动机的数学模型及其闭环控制系统10

1.1 闭环直流调速系统广义被控对象的数学模型及其动态结构图10

1.1.1 旋转电枢系统的数学模型及其动态结构图10

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17

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19

1.2.1 转速单闭环的控制结构19

1.2.2 转速、电流双闭环控制结构及相应的控制系统20

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22

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）22

第2章 闭环控制直流调速系统的稳态分析和计算25

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25

2.1.1 生产工艺对转速控制的要求和调速指标25

2.1.2 开环调速系统存在的问题27

2.2 单闭环直流调速系统的稳态分析和计算28

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28

2.2.2 ASR采用PI调节器时的转速单闭环直流调速系统31

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32

2.3 转速、电流双闭环调速系统稳态分析及计算35

2.4 习题37

第3章 闭环直流调速系统的动态分析39

3.1 单闭环直流调速系统的动态分析39

3.1.1 ASR为比例调节器的单闭环直流调速系统的稳定性分析39

3.1.2 ASR采用PI调节器的单闭环直流调速系统动态分析41

3.2 转速、电流双闭环直流调速系统的动态分析44

3.2.1 快速系统与最佳过渡过程的概念44

3.2.2 转速、电流双闭环直流调速系统的动态特性分析46

3.3 闭环直流调速系统的自适应控制52

3.3.1 电流自适应调节器52

3.3.2 转速自适应调速器55

3.4 习题58

第4章 可逆直流调速系统59

4.1 晶闸管-电动机可逆调速系统（V-M可逆系统）59

4.1.1 晶闸管-电动机可逆调速系统的基本结构59

4.1.2 电枢可逆系统中的环流60

4.1.3 有环流可逆调速系统62

4.1.4 无环流可逆调速系统66

4.2 可逆直流脉宽调速系统（PWM可逆系统）70

4.3 习题72

第5章 调节器的工程设计方法73

5.1 调节器工程设计方法的基本思想和意义73

5.2 典型系统74

5.3 闭环控制系统的动态性能指标76

5.4 典型系统的参数和性能指标的关系77

5.4.1 典型Ⅰ型系统参数与性能指标的关系77

5.4.2 典型Ⅱ型系统参数与性能指标的关系81

5.5 非典型系统的典型化85

5.5.1 直接校正成典型系统85

5.5.2 低频大惯性环节的近似处理86

5.5.3 高频小惯性群的近似处理89

5.6 双闭环不可逆直流调速系统的工程设计93

5.6.1 电流环的设计94

5.6.2 转速环的设计97

5.7 习题104

第2篇 电力拖动交流调速系统108

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108

6.1 基于稳态数学模型的异步电动机变压变频调速系统控制方式108

6.1.1 电压-频率协调控制方式108

6.1.2 转差频率控制方式112

6.2 电力电子变频调速装置及其电源特性115

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118

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121

6.5 异步电动机转差频率控制的变压变频调速系统123

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123

6.5.2 电压源型转差频率控制的异步电动机变压变频调速系统124

6.6 习题126

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127

7.1 矢量控制的基本概念127

7.1.1 直流电动机和异步电动机的电磁转矩127

7.1.2 矢量控制的基本思想129

7.2 异步电动机在不同坐标系上的数学模型131

7.2.1 交流电动机的坐标系与空间矢量的概念132

7.2.2 异步电动机在静止坐标系上的数学模型133

7.2.3 坐标变换及变换矩阵138

7.2.4 异步电动机在二相静止坐标系上的数学模型148

7.2.5 异步电动机在任意二相旋转坐标系上的数学模型153

7.2.6 异步电动机在二相同步旋转坐标系上的数学模型155

7.2.7 异步电动机在二相坐标系上的状态方程156

7.3 磁场定向和矢量控制的基本控制结构158

7.3.1 转子磁场定向的异步电动机矢量控制系统158

7.3.2 异步电动机的其他两种磁场定向方法161

7.4 转子磁链观测器163

7.4.1 计算转子磁链的电流模型法163

7.4.2 计算转子磁链的电压模型法165

7.5 异步电动机矢量控制系统166

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166

7.5.2 转差型异步电动机间接矢量控制系统168

7.5.3 无速度传感器矢量控制系统172

7.6 具有双PWM变流器的矢量控制系统175

7.7 习题176

第8章 异步电动机直接转矩控制变压变频调速系统178

8.1 异步电动机直接转矩控制系统的基本理论178

8.1.1 直接转矩控制的基本思想178

8.1.2 逆变器的8种开关状态和逆变器的电压状态178

8.1.3 电压空间矢量的概念181

8.1.4 电压空间矢量与磁链空间矢量的关系183

8.1.5 电压空间矢量对电动机转矩的影响184

8.1.6 电压空间矢量的正确选择185

8.1.7 异步电动机直接转矩控制的基本结构187

8.1.8 异步电动机定子轴系的数学模型188

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191

8.2.1 磁链自控制192

8.2.2 转矩调节198

8.2.3 磁链调节203

8.2.4 电压状态的选择206

8.2.5 最小开关持续时间210

8.2.6 逆变器的开关频率调节211

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212

8.3.1 在低速范围内直接转矩控制系统的结构特点212

8.3.2 区段的电压状态选择213

8.3.3 低速范围内转矩与磁链调节的协调215

8.3.4 使用-120°电压的磁链调节217

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218

8.4.1 弱磁范围内直接转矩控制系统的结构特点218

9.4.2 弱磁范围内的转矩控制与调节218

8.4.3 弱磁范围内的功率调节219

8.5 圆形磁链轨迹的直接转矩控制系统222

8.6 无速度传感器直接转矩控制系统224

8.7 异步电动机的一种低速直接转矩控制（ISC）系统229

8.8 直接转矩控制系统的特点231

8.9 习题232

第9章 同步电动机变压变频调速系统233

9.1 同步电动机变压变频调速的特点及基本类型233

9.2 同步电动机变压变频调速系统主电路晶闸管换流关断机理及其方法234

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关断机理及其方法234

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237

9.3 他控变频同步电动机调速系统239

9.3.1 转速开环恒压频比控制的同步电动机调速系统239

9.3.2 交-直-交型他控变频同步电动机调速系统239

9.4 自控变频同步电动机（无换向器电动机）调速系统241

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241

9.4.2 自控变频同步电动机调速系统248

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251

9.5.1 普通三相同步电动机的多变量数学模型251

9.5.2 按气隙磁场定向的三相同步电动机交-直-交变频矢量控制系统253

9.6 正弦波永磁同步电动机变压变频调速系统256

9.7 梯形波永磁同步电动机变压变频调速系统266

9.8 习题269

第10章 电力拖动自动控制系统的先进控制策略270

10.1 交流电动机变压变频调速系统新型控制策略综述270

10.2 交流电动机的逆系统控制方法274

10.2.1 逆系统控制方法的理论基础275

10.2.2 交流电动机动态模型的可逆性及其逆系统276

10.2.3 闭环控制器的设计279

10.3 内模控制技术在异步电动机调速领域内的应用280

10.3.1 内模控制的基本原理和特点280

10.3.2 定子电流的内模解耦控制282

10.3.3 二自由度内模控制策略283

10.3.4 异步电动机调速系统的二自由度内模控制方法285

10.4 智能控制方法在异步电动机调速系统中的应用287

10.4.1 异步电动机的神经网络模型参考自适应控制方法287

10.4.2 异步电动机模糊控制方法290

10.4.3 异步电动机的自适应模糊神经网络控制方法294

第3篇 位置伺服系统300

第11章 位置伺服系统300

11.1 位置伺服系统的基本组成及分类300

11.1.1 位置伺服系统的基本组成300

11.1.2 位置伺服系统的分类301

11.2 位置伺服系统的控制结构及相应的控制系统304

11.2.1 直流位置伺服系统的控制结构及相应的控制系统304

11.2.2 交流位置伺服系统的控制结构及相应的控制系统306

11.3 位置伺服系统的稳态分析308

11.3.1 位置伺服系统稳态分析及稳态基本性能指标308

11.3.2 提高位置伺服系统精度的方法312

11.4 位置伺服系统的动态分析和设计314

11.4.1 单闭环位置伺服系统的动态分析和设计315

11.4.2 双环位置伺服系统的动态分析与设计317

11.4.3 交流位置伺服系统的动态分析和设计319

11.4.4 提高位置伺服系统动态性能的方法323

11.5 位置伺服系统324

11.5.1 直流位置伺服系统324

11.5.2 交流位置伺服系统330

11.6 数控机床及其插补算法332

11.6.1 数控机床简介332

11.6.2 数控机床的工作过程333

11.6.3 数控机床的插补算法334

11.7 机器人中的伺服系统338

11.7.1 机器人简述338

11.7.2 工业机器人基本控制系统的组成340

11.7.3 机器人关节伺服控制341

11.7.4 机器人关节的力伺服控制342

11.8 习题342

第4篇 数字（计算机）电力拖动自动控制系统346

第12章 数字（计算机）控制的电力拖动系统346

12.1 数字（计算机）自动控制系统的基本特点3

12.1.1 离散和采样346

12.1.2 连续变量的量化347

12.1.3 增量式编码器脉冲信号的量化348

12.1.4 电压、电流等模拟量的量化350

12.1.5 模拟和数字调节器352

12.1.6 开环前馈补偿（预控）354

12.2 数字控制系统的组成及其数字控制器355

12.2.1 数字控制器（计算机系统）的硬件系统355

12.2.2 数字控制器的软件系统359

12.3 数字电力拖动自动控制系统及其数字化设计359

12.3.1 变量的相对值359

12.3.2 直流双闭环调速系统全数字化设计361

12.3.3 异步电动机矢量控制系统数字化设计371

12.3.4 永磁同步电动机直接转矩控制系统数字化设计380

12.3.5 数字控制的位置伺服（随动）系统385

12.4 数字电力拖动自动控制系统中的检测技术387

12.4.1 位置检测387

12.4.2 速度（转速）测量391

12.4.3 电压、电流检测394

12.5 习题396

附录 教学实验参考398

实验1 晶闸管直流调速系统参数和基本环节特性测定400

实验2 转速、电流双闭环直流调速系统407

实验3 SPWM正弦脉宽调制变频器-异步电动机变压变频调速系统410

实验4 KR-LZH三相异步电动机矢量控制实验系统及相关的实验413

实验5 KR-PMSM交流伺服实验系统及相关的实验417

参考文献420