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第1章　绪论1

1.1 微处理器引起的巨大变革3

1.2　研究方向3

1.3　本书主要内容5

第2章 直流电动机速度控制系统8

2.1　直流电动机控制基础8

2.1.1　直流电动机的工作原理8

2.1.2　感应电动势和电磁转矩9

2.1.3　他励直流电动机的机械特性9

2.1.4　调速原理与调速特性11

2.1.5　速度控制的要求和调速指标12

2.2 直流电动机的PWM调速原理15

2.2.1　脉宽调制的基本原理16

2.2.2　不可逆PWM变换器16

2.2.3　可逆PWM变换器18

2.3 H形PWM变换器控制方法21

2.3.1　三角波脉宽调制器21

2.3.2　单极性倍频式脉宽调制器22

2.3.3　微机控制的脉宽调制器23

2.4　单闭环直流电动机速度控制系统的组成和结构23

2.4.1 开环调速系统的性能和存在的问题23

2.4.2　单闭环速度控制系统组成24

2.5　单闭环直流电动机速度控制系统的性能分析26

2.5.1 单闭环直流电动机速度控制系统的稳态分析26

2.5.2　单闭环直流电动机速度控制系统的动态分析和设计31

2.5.3　PI调节器设计39

2.6　转速、电流双闭环直流电动机控制系统的组成和结构42

2.6.1 单闭环调速系统存在的问题42

2.6.2　转速、电流双闭环调速系统组成43

2.7　转速、电流双闭环直流电动机控制系统的性能分析43

2.7.1　稳态结构图和静特性43

2.7.2　动态性能45

2.7.3　调节器的设计48

2.8　微机控制的双闭环直流电动机调速系统49

2.8.1 微机控制双闭环直流电动机调速系统的硬件结构49

2.8.2　微机控制双闭环直流电动机调速系统的软件框图51

2.9 用MATLAB对直流电动机速度控制系统进行仿真分析52

2.9.1 单闭环速度控制系统的仿真分析52

2.9.2　双闭环速度控制系统的仿真分析54

第3章 交流调压调速系统55

3.1 调压调速工作原理及机械特性55

3.1.1　调压调速工作原理55

3.1.2　调压调速机械特性56

3.2　转速负反馈闭环的交流调压调速系统57

3.2.1 转速负反馈闭环的交流调压调速系统组成57

3.2.2　系统的静特性58

3.3 晶闸管三相交流调压电路59

3.3.1 三相全波Y联结调压电路电阻性负载的工作特点59

3.3.2 电感性负载电路的工作特点62

3.4　转差功率损耗分析64

3.5　变压控制在软起动器中的应用65

第4章 基于异步电动机稳态数学模型的变压变频调速系统67

4.1　变频调速概述67

4.1.1　基频以下调速67

4.1.2　基频以上调速68

4.1.3 异步电动机电压-频率协调控制68

4.2 电力电子变频调速装置及其电源特性68

4.2.1　电压源型变频器69

4.2.2　电流源型变频器71

4.2.3 电压源型变频器和电流源型变频器的比较72

4.3 脉宽调制（PWM）控制技术73

4.3.1 电压正弦PWM技术73

4.3.2　PWM模式的优化82

4.3.3 电流正弦PWM技术86

4.3.4 电压空间矢量PWM技术（SVPWM）88

4.4　基于异步电动机稳态数学模型的变压变频调速系统96

4.4.1 基频以下电压-频率协调控制时的机械特性96

4.4.2　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99

4.4.3　转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统101

第5章 高性能的异步电动机变频调速系统106

5.1 异步电动机矢量控制变频调速系统106

5.1.1 异步电动机的数学模型106

5.1.2　矢量控制的基本概念112

5.1.3　矢量控制的基本思想115

5.1.4　坐标变换及变换矩阵117

5.1.5　三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型120

5.1.6　转子磁场定向的异步电动机矢量控制系统125

5.2　异步电动机直接转矩控制变频调速系统131

5.2.1 逆变器开关元件的八种状态和逆变器电压状态131

5.2.2　电压空间矢量的概念133

5.2.3 电压空间矢量与磁链空间矢量的关系135

5.2.4 电压空间矢量对电动机转矩的影响136

5.2.5 电压空间矢量的正确选择136

5.2.6　异步电动机直接转矩控制系统的基本组成及工作原理138

5.2.7　直接转矩控制系统的特点141

第6章 三相永磁同步伺服电动机控制系统142

6.1 三相永磁同步伺服电动机及其数学模型142

6.2　三相永磁同步伺服电动机的控制策略143

6.2.1　控制id=0以实现最大转矩输出144

6.2.2　控制id＜0以达到弱磁升速的目的144

6.3 三相永磁同步伺服电动机控制系统的结构144

6.4　速度反馈信号的检测和处理149

6.4.1 M法测速149

6.4.2　T法测速150

6.4.3　M/T法测速150

6.4.4　锁相测速方法150

6.5 伺服电动机转子初始位置的检测153

6.6　交流伺服系统的电子齿轮功能155

6.7　三相永磁同步电动机控制系统的仿真研究158

6.7.1 三相永磁同步电动机控制系统仿真模型158

6.7.2　三相永磁同步电动机控制系统的仿真研究160

第7章 三相永磁无刷直流电动机控制系统162

7.1 三相永磁无刷直流电动机的组成结构和工作原理162

7.1.1 三相永磁无刷直流电动机的结构特点162

7.1.2　三相永磁无刷直流电动机的转子位置传感器164

7.1.3 三相直流无刷电动机的换向原理166

7.2 三相永磁无刷直流电动机的基本公式和数学模型170

7.2.1 电枢绕组的反电动势170

7.2.2 电磁转矩171

7.3 三相永磁无刷直流电动机转矩的波动172

7.4 三相永磁无刷直流电动机的驱动控制174

7.4.1 开环型无刷直流电动机驱动器174

7.4.2　速度闭环的无刷直流电动机驱动器177

7.4.3　速度电流双闭环的无刷直流电动机驱动器179

7.5 无位置传感器的无刷直流电动机的驱动控制182

7.5.1　无位置传感器的无刷直流电动机转子位置估计方法183

7.5.2　无位置传感器的无刷直流电动机控制系统的构成183

7.6　无刷直流电动机驱动控制的专用芯片介绍184

第8章　位置控制系统187

8.1 位置控制系统的基本结构187

8.2　位置控制的基本性能指标188

8.2.1　稳态位置跟随误差189

8.2.2　定位精度与速度控制范围189

8.2.3　最大快移速度190

8.2.4　伺服刚度190

8.3 位置伺服系统的数学模型和控制方法190

8.3.1 位置伺服系统的数学模型190

8.3.2　位置指令信号的形式191

8.3.3 位置跟随误差和伺服滞后时间192

8.3.4　位置调节器193

8.3.5　变比例系数的位置控制194

8.3.6　前馈补偿和复合控制194

8.4　位置伺服系统的软硬件设计195

8.4.1 电脉冲编码器及其信号处理电路195

8.4.2　位置反馈接口电路198

8.4.3　位置指令信号的输入198

8.4.4　微处理器位置控制流程199

第9章　永磁同步电动机控制系统的DSP解决方案201

9.1 永磁同步电动机DSP实时控制软件的工作时序201

9.2　永磁同步电动机DSP实时控制软件的基本模块202

9.2.1　电流检测模块202

9.2.2　光电编码器脉冲计数模块202

9.2.3　3/2变换模块203

9.2.4　旋转变换模块203

9.2.5　旋转逆变换模块204

9.2.6　旋转角度正、余弦函数表204

9.2.7　电流环的PI控制模块204

9.2.8　速度环的PI控制模块205

9.2.9　空间电压矢量产生模块205

第10章　伺服系统动力学特性在机床加工工艺中的应用208

10.1 数控加工中线段速度衔接过程分析208

10.2　线段衔接速度的约束条件209

10.2.1 伺服电动机的最大输出转矩限制与小线段衔接速度的关系209

10.2.2　速度环带宽与小线段衔接速度的关系210

10.3　伺服系统动力学约束条件的应用212

参考文献213