电力拖动自动控制系统 运动控制系统 第5版

本书是在第4版的基础上修订而成的，内容的主线仍然是电力拖动控制系统的原理、分析和设计。编写本书的主要思路是：理论与实际相结合，应用自动控制理论解决运动控制系统的分析和设计等实际问题。以转速、转矩（电流）和磁链（磁通）控制规律为主线，由简入繁、由低及高地循序渐进，按照从开环到闭环、从直流到交流、从调速到伺服的层次论述运动控制系统的静、动态性能和设计方法。

目录序前言常用符号表第1章绪论11运动控制系统及其组成111电动机112功率放大与变换装置113控制器114信号检测与处理12运动控制系统的历史与发展13运动控制系统的转矩控制规律14生产机械的负载转矩特性141恒转矩负载特性142恒功率负载特性143风机、泵类负载特性第1篇直流调速系统第2章转速开环控制的直流调速系统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211触发脉冲相位控制212电流脉动及波形断续问题213晶闸管整流器直流电动机系统的机械特性214晶闸管触发和整流装置的传递函数215晶闸管整流器直流电动机系统的可逆运行22PWM变换器电动机系统的工作原理及调速特性221不可逆PWM变换器电动机系统222可逆PWM变换器电动机系统223直流PWM调速系统的机械特性224PWM控制器与变换器的动态数学模型225直流PWM调速系统的电能回馈和泵升电压23稳态调速性能指标和开环系统存在的问题231转速控制的要求和稳态调速性能指标232开环直流调速系统的性能和存在的问题思考题习题第3章转速闭环控制的直流调速系统31有静差的转速闭环直流调速系统311比例控制转速闭环直流调速系统的结构与静特性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313闭环直流调速系统的反馈控制规律314比例控制转速闭环系统的稳定性32无静差的转速闭环直流调速系统321积分调节器和积分控制规律322比例积分控制规律323无静差的转速闭环直流调速系统稳态参数计算33转速闭环直流调速系统的限流保护331转速闭环直流调速系统的限流问题332带电流截止负反馈环节的直流调速系统34转速闭环控制直流调速系统的仿真341转速闭环直流调速系统仿真平台342仿真模型的建立343仿真模型的运行344调节器参数的调整思考题习题第4章转速、电流双闭环控制的直流调速系统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411转速、电流双闭环控制直流调速系统的组成412稳态结构图与参数计算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423转速、电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用43转速、电流双闭环控制直流调速系统的设计431控制系统的动态性能指标432调节器的工程设计方法433控制对象的工程近似处理方法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44双闭环直流调速系统的弱磁控制441弱磁与调压的配合控制442励磁电流的闭环控制45转速、电流双闭环控制直流调速系统的仿真思考题习题第5章直流调速系统的数字控制51采样频率的选择52转速检测的数字化521旋转编码器522数字测速方法的精度指标523M法测速524T法测速525M/T法测速53数字PI调节器54数字控制器的设计55数字控制的PWM可逆直流调速系统习题第2篇交流调速系统第6章基于稳态模型的异步电动机调速系统61异步电动机的稳态数学模型和调速方法611异步电动机的稳态数学模型612异步电动机的调速方法与气隙磁通62异步电动机的调压调速621异步电动机调压调速的主电路622异步电动机调压调速的机械特性623闭环控制的调压调速系统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63异步电动机的变压变频调速631变压变频调速的基本原理632变压变频调速时的机械特性633基频以下的电压补偿控制64电力电子变压变频器641交直交PWM变频器主回路642正弦波脉宽调制（SPWM）技术643消除指定次数谐波的PWM（SHEPWM）控制技术644电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术645电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术（磁链跟踪控制技术）646交流PWM变频器异步电动机系统的特殊问题65转速开环变压变频调速系统651转速开环变压变频调速系统的结构652系统实现66转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统661转差频率控制的基本概念及特点662转差频率控制系统结构及性能分析663转差频率ωsmax的计算664转差频率控制系统的特点思考题习题第7章基于动态模型的异步电动机调速系统71异步电动机动态数学模型的性质72异步电动机的三相数学模型721异步电动机三相动态模型的数学表达式722异步电动机三相原始模型的性质73坐标变换731坐标变换的基本思路732三相两相变换（3/2变换）733静止两相旋转正交变换（2s/2r变换）74异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型741静止两相正交坐标系中的动态数学模型74

前言本书适用于高等院校电气工程及其自动化、自动化专业本科“运动控制系统”或“电力拖动自动控制系统”课程教学，其深入部分也可作为电力电子与电力传动、工业自动化等相关学科研究生用书，还可供从事电力拖动控制系统的工程技术人员参考。 本书第1版的书名是《自动控制系统》，于1981年出版，第2版改名为《电力拖动自动控制系统》，于1992年出版，并荣获第三届机械部优秀教材一等奖。作为普通高等教育“九五”重点教材的第3版改名为《电力拖动自动控制系统——运动控制系统》，于2003年出版。2009年修订出版第4版，2011年，本书获上海市普通高校优秀教材奖一等奖和中国机械工业科学技术奖二等奖。本书自第1版出版以来，社会反响良好，获得相关课程授课教师的广泛选用及好评。为了进一步促进和提高相关课程的教学质量，为教师、学生提供更好的教材，机械工业出版社将本书第5版再次列入了重点教材精品化建设计划，以期继续完善、提高教材的质量。 本书第5版的主线仍然是电力拖动控制系统的原理、分析和设计。主要思路是：理论与实际相结合，应用自动控制理论解决运动控制系统的分析和设计等实际问题。以转速、转矩（电流）和磁链（磁通）控制规律为主线，由简入繁、由低及高地循序渐进，按照从开环到闭环、从直流到交流、从调速到伺服的层次论述运动控制系统的静、动态性能和设计方法。 交流调速系统是现代实际应用的主流，但直流调速系统仍是其理论基础，所以本书仍从直流系统入门，在建立了扎实的控制系统分析与设计的概念和能力以后，再进入交流调速系统的学习，后在掌握了调速系统的基本规律和设计方法的基础上，进一步学习伺服系统的分析与设计。根据编著者的教学经验，交流电动机的动态模型、矢量控制系统与直接转矩控制系统在本科教学中难度较大，应该让学生掌握其基本概念和分析方法，授课教师可在实际教学中灵活处理其深度。 直流调速系统部分在沿承第3版的经典结构和内容、吸收第4版数字控制精华的基础上，主要做了如下改动： 1）考虑到中小功率直流调速系统中已用PWM变换器取代了晶闸管整流器，因此删减了VM可逆直流调速系统部分，以PWM变换器为主要供电方式，并在第4章中先后分析了起动过程和转速反向过渡过程。 2）更加强调运动控制系统概念。在第2章阐述电力电子变换器和电动机机械特性时，结合PWM脉冲产生原理，推导控制电压对电枢电压和电动机机械特性的控制调节作用。在分析起动过程和制动过程时，结合控制电压变化分析了各阶段转速、电流变化规律。 3）第4章补充了按照典型Ⅱ型系统进行电流调节器设计。 4）第5章结合运动控制系统讨论电流环和转速环采样频率确定方法；将转速调节器输出与控制对象之间的零阶保持器用一阶惯性环节来近似，再按照模拟系统设计方法设计数字调节器，保留原工程设计方法简单明了的优势，又兼顾系统动态性能。 交流调速系统基本保留了第4版的内容和风格。第6章包括异步电动机稳态模型、PWM技术、调压调速、转速开环变压变频调速和转速闭环转差控制系统。第7章包括异步电动机动态模型、矢量控制系统与直接转矩控制系统，对直接转矩控制系统做了较大的改动，以切合实际工程应用。第8章的标题改为“绕线转子异步电机转子变频控制系统”，以强调重点是“转子变频控制”，内容包括串级调速系统、双馈调速系统和双馈风力发电系统。第9章为同步电动机调速系统，对同步电动机的稳定运行、矢量控制和直接转矩控制做了分析与讨论。 第10章为伺服系统，包括直流和交流伺服系统，建立直流和交流伺服系统的统一模型，讨论系统结构，并分析系统的设计方法及稳定性。 本书按64学时编写，根据编著者的教学经验，在64学时内，难以全部完成10章内容的教学。考虑到各校相应专业对课程的要求不同，在实际教学中可选用部分内容，以第2~7章为重点，带*部分可作为选讲内容。本书给出一定数量的习题和思考题，以供任课教师选用。 本课是一门实践性很强的课程，实验是学好本课程必不可少的重要环节,可以随课堂教学过程进行，也可以开设单独的实验课，其目的在于培养学生掌握实验方法和运用理论分析解决实际问题的能力。 本书第5版由上海大学阮毅教授、杨影副教授和陈伯时教授修改编写，其中直流调速系统部分（第2~5章）由杨影副教授修改编写，陈伯时教授协助讨论；交流调速系统部分第8章由陈伯时教授修改编写；其余各章均由阮毅教授修改编写。 本书由清华大学杨耕教授主审，杨耕教授认真审阅了全部书稿，提出了许多宝贵而中肯的修改意见，在此谨致衷心的感谢。上海交通大学陈敏逊教授、陈维钧副教授，上海大学倪国宗副教授和沙立民副教授参加过本教材前几版的编写工作，东南大学赵家璧教授曾承担前几版的主审工作，自然有其不可磨灭的贡献。天津大学马小亮教授根据自身的工作经验，对调节器的设计和数字调节器设计提出了宝贵的意见，在此深表谢意。 我们在修改编写过程中虽然花了不少精力，但仍难免有错误与不足之处，殷切期望广大读者批评指正。 编著者