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第1章 电力拖动运动控制系统基础5

1.1 电力拖动系统的运动方程5

1.2 电力拖动系统的负载特性6

1.2.1 恒转矩负载特性6

1.2.2 风机类负载特性6

1.2.3 恒功率负载特性7

1.3 电力拖动系统的转矩与功率8

1.3.1 电动机允许输出的转矩和功率8

1.3.2 调速方式与负载类型的配合9

1.4 电力拖动系统的检测技术10

1.4.1 模拟检测技术10

1.4.2 数字检测技术12

思考题与习题19

第2章 直流电动机调速系统20

2.1 调速系统的性能指标20

2.1.1 稳态指标21

2.1.2 动态指标22

2.2 直流调速系统的组成及数学模型24

2.2.1 系统组成24

2.2.2 可控直流电源24

2.2.3 他励直流电动机38

2.3 开环直流调速系统40

2.3.1 静态特性40

2.3.2 动态特性41

2.3.3 开环直流调速系统的局限性42

2.4 转速单反馈闭环直流调速系统43

2.4.1 转速单反馈闭环系统的静特性43

2.4.2 转速单反馈闭环系统的稳定性45

2.5 闭环控制系统的工程设计方法47

2.5.1 自动控制原理的基本结论47

2.5.2 典型系统49

2.5.3 近似典型系统58

2.6 转速单反馈闭环直流调速系统的动态设计62

2.6.1 动态设计62

2.6.2 电流截止负反馈64

2.6.3 转速单反馈闭环直流调速系统的局限性68

2.7 转速电流双闭环直流调速系统的原理和静态设计68

2.7.1 电流反馈环的作用68

2.7.2 双闭环直流调速系统的起动过程70

2.7.3 双闭环直流调速系统的稳态设计71

2.8 双闭环直流调速系统的动态设计73

2.8.1 电流环设计73

2.8.2 转速环设计74

2.8.3 转速调节器积分退饱和超调78

2.8.4 转速超调的抑制措施79

2.9 转速电流双闭环直流调速系统的抗扰特性82

2.9.1 扰动模型82

2.9.2 抗负载电流扰动的特性83

2.9.3 抗扰性能的进一步改进85

2.10 可逆直流调速系统88

2.10.1 H形PWM变换电源供电的可逆直流调速系统88

2.10.2 可逆相控整流供电的直流调速系统89

2.11 本章小结92

思考题与习题93

第3章 机电能量转换基础95

3.1 磁路95

3.1.1 磁场的建立95

3.1.2 磁路的欧姆定律96

3.1.3 磁路中铁心的作用97

3.2 感应电动势98

3.2.1 电磁感应定律与电动势98

3.2.2 变压器电动势与运动电动势99

3.3 磁场能量与电感100

3.3.1 磁场储能与磁共能100

3.3.2 电感及用电感表示的磁场能量101

3.4 机电能量转换的基本原理104

3.4.1 典型的机电能量转换装置104

3.4.2 电磁力和电磁转矩104

思考题与习题108

第4章 异步电动机与调速110

4.1 概述110

4.1.1 直流电动机与交流电动机的比较110

4.1.2 交流电动机调速的技术突破111

4.1.3 交流电动机调速的方法111

4.2 异步电动机调速112

4.2.1 旋转磁场112

4.2.2 正弦波磁场的矢量表示及时空矢量图114

4.2.3 转矩的产生116

4.2.4 稳态等效电路117

4.2.5 机械特性120

4.2.6 变压恒频（VVCF）运行120

4.2.7 变压变频（VVVF）运行121

4.2.8 恒流运行时的机械特性124

4.2.9 绕线转子异步电动机调速126

4.3 异步电动机的动态数学模型与坐标变换130

4.3.1 电动机等效的原则130

4.3.2 坐标变换131

4.3.3 三相异步电动机的多变量非线性数学模型134

4.3.4 异步电动机在两相d-q坐标系上的数学模型138

4.3.5 三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程142

思考题与习题143

第5章 异步电动机恒压频比控制146

5.1 变压变频调速的一般基础146

5.1.1 变压变频调速时的U/f关系146

5.1.2 交-直-交电压型方波逆变器的工作原理147

5.1.3 交-直-交电流型方波逆变器的工作原理147

5.1.4 逆变器的电压控制方式148

5.2 转速开环交-直-交电压型变频调速系统149

5.2.1 系统结构框图149

5.2.2 系统的基本单元149

5.3 转速开环交-直-交电流型变频调速系统152

5.3.1 系统结构框图152

5.3.2 系统的基本单元153

5.4 谐波的影响154

5.4.1 转矩脉动154

5.4.2 谐波发热155

5.4.3 参数变化155

5.4.4 噪声155

5.5 脉宽调制158

5.5.1 正弦PWM（SPWM）158

5.5.2 电流跟踪型PWM161

5.5.3 空间矢量PWM（SVPWM）163

5.6 转速闭环转差频率控制的变频调速系统169

5.6.1 转速闭环磁链开环的转差频率控制系统169

5.6.2 转矩和磁链闭环的转差频率控制系统170

5.7 基于小信号模型的异步电动机闭环控制171

5.8 V/F控制的通用变频器175

5.8.1 通用变频器的基本结构175

5.8.2 通用变频器的控制方式178

5.8.3 通用变频器的附加功能178

5.8.4 通用变频器的保护180

5.8.5 通用变频器的外围设备182

思考题与习题183

第6章 异步电动机矢量控制与直接转矩控制184

6.1 矢量控制的基本思路184

6.1.1 模仿直流电动机184

6.1.2 矢量控制原理185

6.2 按转子磁链定向异步电动机矢量控制系统186

6.2.1 按转子磁链定向的矢量控制方程186

6.2.2 转子磁链的电压和电流模型188

6.2.3 异步电动机转子磁链定向矢量控制系统191

6.2.4 转差频率推算中参数变化的影响与对策194

6.2.5 无速度传感器矢量控制系统196

6.3 基于动态模型按定子磁链控制的异步电动机直接转矩控制198

6.3.1 用定子和转子磁链表示的转矩方程198

6.3.2 定子电压矢量对磁链和转矩的调节作用199

6.3.3 异步电动机直接转矩控制系统200

6.4 矢量控制与直接转矩控制的比较204

思考题与习题204

第7章 同步电动机与变频调速206

7.1 同步电动机206

7.1.1 直流励磁同步电动机206

7.1.2 永磁同步电动机210

7.2 变磁阻电动机214

7.2.1 开关磁阻电动机214

7.2.2 步进电动机215

7.3 同步电动机他控变频调速系统215

7.3.1 正弦波永磁同步电动机开环V/F控制216

7.3.2 正弦波永磁同步电动机矢量控制217

7.3.3 直流励磁同步电动机调速系统219

7.4 同步电动机自控变频调速系统223

7.4.1 梯形波永磁同步电动机（无刷直流电动机）自控变频调速系统224

7.4.2 正弦波永磁同步电动机自控变频调速系统230

7.5 开关磁阻电动机调速系统231

7.6 同步电动机在同步旋转d-q坐标系上的动态数学模型235

7.7 交流电动机变频调速总结237

思考题与习题238

第8章 电力拖动在运动控制系统中的应用240

8.1 电力拖动速度控制系统240

8.1.1 恒压供水系统（无塔上水）240

8.1.2 多电动机同步调速系统242

8.1.3 卷绕机械恒张力控制245

8.2 电力拖动位置控制系统245

8.2.1 位置控制系统概述245

8.2.2 电梯位置控制系统246

8.2.3 运动对象的位置控制248

8.2.4 时间最优的位置控制249

8.3 数控机床伺服系统251

8.3.1 数控机床概述251

8.3.2 闭环伺服系统252

8.3.3 数控机床的轨迹控制原理及实现255

8.4 机器人运动控制技术261

思考题与习题262

第9章 计算机控制的电力拖动运动控制系统263

9.1 数字控制电力拖动运动控制基础263

9.1.1 数字控制的电力拖动系统结构263

9.1.2 计算机控制系统的数学描述266

9.2 连续域-离散化设计269

9.2.1 设计原理及步骤269

9.2.2 各种离散化的方法270

9.2.3 数字PID调节器的设计275

9.2.4 PID调节参数的整定277

9.3 电动机控制专用微处理器与集成电路279

9.3.1 单片机与DSP279

9.3.2 专用集成电路282

9.4 基于TMS320LF2407A的DSP电动机控制系统286

9.4.1 直流电动机的DSP控制286

9.4.2 无刷直流电动机的DSP控制287

9.4.3 异步电动机的DSP矢量控制291

思考题与习题297

思考题与习题参考答案298

参考文献305