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绪论1

0.1 运动控制及其相关学科1

0.2 运动控制系统及其组成3

0.3 运动控制系统的转矩控制规律5

第1篇 直流调速系统11

第1章 可控直流电源-电动机系统11

1.1 相控整流器-电动机系统11

1.1.1 相控整流器11

1.1.2 相控整流器-电动机系统的特殊问题13

1.1.3 相控整流直流调速系统的机械特性及数学模型14

1.2 直流PWM变换器-电动机系统18

1.2.1 直流PWM变换器18

1.2.2 直流PWM变换器-电动机系统的能量回馈问题23

1.2.3 直流PWM调速系统的数学模型及机械特性24

1.3 调速系统性能指标26

1.3.1 调速范围和静差率26

1.3.2 开环调速系统的机械特性及性能指标28

思考题30

习题31

第2章 闭环控制的直流调速系统33

2.1 转速单闭环直流调速系统33

2.1.1 转速单闭环直流调速系统的控制规律33

2.1.2 转速单闭环直流调速系统的限流保护39

2.1.3 转速单闭环直流调速系统的动态数学模型43

2.1.4 PI控制规律及调节器的设计47

2.2 转速、电流双闭环直流调速系统54

2.2.1 双闭环系统的控制规律54

2.2.2 稳态结构与稳态参数计算56

2.2.3 双闭环直流调速系统的数学模型与性能分析58

2.3 转速、电流双闭环直流调速系统的数字实现61

2.3.1 微机数字控制的特点62

2.3.2 转速检测的数字化63

2.3.3 数字PI调节器68

2.4 调节器的设计方法70

2.4.1 控制系统的动态性能指标70

2.4.2 典型系统性能指标与参数间的关系72

2.4.3 调节器的设计86

2.4.4 设计举例94

2.5 直流调速系统的仿真97

思考题105

习题106

第3章 可逆、弱磁控制的直流调速系统112

3.1 可逆直流调速系统112

3.1.1 相控整流器可逆直流调速系统的主回路结构113

3.1.2 可逆V-M系统的环流115

3.1.3 转速制动过程的分析120

3.1.4 无环流控制的可逆晶闸管电动机系统123

3.1.5 PWM可逆直流调速系统127

3.2 弱磁控制的直流调速系统129

3.2.1 弱磁与调压的配合控制129

3.2.2 调压与弱磁配合控制的调速系统130

思考题132

习题133

第2篇 交流调速系统137

第4章 基于稳态模型的异步电动机调速系统137

4.1 异步电动机变压变频调速基本原理137

4.1.1 异步电动机稳态数学模型137

4.1.2 变压变频调速基本原理139

4.1.3 基频以下电流补偿控制142

4.2 交流PWM变频技术144

4.2.1 交-直-交PWM变频器主回路145

4.2.2 正弦波脉宽调制（SPWM）技术146

4.2.3 电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术148

4.2.4 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术153

4.2.5 交流PWM变频器-异步电动机系统的特殊问题162

4.3 转速开环变压变频调速系统166

4.3.1 转速开环变压变频调速系统结构166

4.3.2 系统实现167

4.4 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统168

4.4.1 转差频率控制的基本概念及特点169

4.4.2 转差频率控制系统结构及性能分析170

4.4.3 最大转差频率ωsmax的计算172

4.4.4 转差频率控制系统的特点173

4.5 变频调速在恒压供水系统中的应用173

思考题175

习题176

第5章 基于动态模型的异步电动机调速系统179

5.1 异步电动机动态数学模型179

5.1.1 异步电动机动态数学模型的性质180

5.1.2 异步电动机三相原始数学模型180

5.1.3 坐标变换186

5.1.4 异步电动机在两相坐标系上的动态数学模型190

5.1.5 异步电动机在两相坐标系上的状态方程193

5.2 异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统196

5.2.1 按转子磁链定向同步旋转坐标系mt中的状态方程197

5.2.2 按转子磁链定向矢量控制的基本思想198

5.2.3 按转子磁链定向矢量控制系统的实现199

5.2.4 按转子磁链定向矢量控制系统的转矩控制方式201

5.2.5 转子磁链计算202

5.2.6 磁链开环转差型矢量控制系统——间接定向206

5.3 异步电动机按定子磁链控制的直接转矩控制系统207

5.3.1 定子电压矢量对定子磁链与电磁转矩的控制作用208

5.3.2 基于定子磁链控制的直接转矩控制系统211

5.3.3 定子磁链和转矩计算模型213

5.4 直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较214

5.5 矢量控制系统在塑料挤出机主传动中的应用215

思考题216

习题217

第6章 同步电动机变压变频调速系统219

6.1 同步电动机的基本特征与调速方法219

6.1.1 同步电动机的特点219

6.1.2 同步电动机的分类220

6.1.3 同步电动机的矩角特性221

6.1.4 同步电动机的稳定运行222

6.1.5 同步电动机的启动223

6.1.6 同步电动机的调速223

6.2 他控变频同步电动机调速系统224

6.2.1 转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统224

6.2.2 大功率同步电动机调速系统224

6.3 自控变频同步电动机调速系统225

6.3.1 自控变频同步电动机225

6.3.2 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227

6.4 同步电动机矢量控制系统230

6.4.1 可控励磁同步电动机动态数学模型230

6.4.2 可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统234

6.4.3 正弦波永磁同步电动机矢量控制系统238

思考题241

习题242

第3篇 伺服系统245

第7章 伺服系统245

7.1 伺服系统的特征及组成245

7.1.1 伺服系统的基本要求及特征245

7.1.2 伺服系统的组成246

7.1.3 位置传感器247

7.2 伺服系统的跟随性能249

7.3 伺服系统控制对象的数学模型253

7.3.1 直流伺服系统控制对象的数学模型253

7.3.2 交流伺服系统控制对象的数学模型255

7.4 伺服系统的设计256

7.4.1 单环位置伺服系统256

7.4.2 双环伺服系统258

7.4.3 三环伺服系统261

7.4.4 复合控制的伺服系统263

思考题264

习题265

附录266

附录1 三相／两相坐标变换266

附录1.1 不同坐标系中的电功率266

附录1.2 三相到两相坐标系的变换267

附录1.3 功率不变时的坐标变换阵267

附录1.4 匝数不变时的坐标变换阵269

附录1.5 两种坐标变换的比较270

附录2 由三相静止坐标系到两相任意旋转坐标系上的变换（3s/2r变换）272

附录2.1 3s/2r旋转变换阵272

附录2.2 电压方程的变换273

附录2.3 磁链方程的变换275

附录2.4 转矩方程的变换278

教学实验参考279

实验1 带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统282

实验2 转速、电流双闭环直流调速系统287

实验3 转速、电流双闭环可逆直流PWM调速系统291

实验4 异步电动机转速开环变压变频调速系统295

实验5 永磁同步电动机转速开环变压变频调速系统299

参考文献302