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绪论1

0.1 电力拖动及其自动控制系统1

0.2 电力拖动控制系统的发展概况与趋势2

0.2.1 电力拖动调速系统的发展概况和趋势2

0.2.2 电力拖动伺服系统的发展概况和趋势10

0.2.3 电力拖动自动控制系统的网络控制13

第一篇 直流电力拖动控制系统17

第1章 直流电动机的数学模型及其闭环控制结构19

1.1 闭环直流调速系统被控对象的数学模型及其动态结构图19

1.1.1 旋转电枢系统的数学模型及其动态结构图19

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28

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30

1.2.1 转速单闭环的控制结构30

1.2.2 转速、电流双闭环控制结构及相应的控制系统32

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34

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）35

第2章 闭环控制直流调速系统的稳态分析39

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39

2.1.1 生产工艺对转速控制的要求和调速指标39

2.1.2 开环调速系统存在的问题41

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42

2.2 单闭环直流调速系统的稳态分析42

2.2.2 ASR采用PI调节器的转速单闭环直流调速系统47

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48

2.3 转速、电流双闭环调速系统稳态分析及计算52

习题及思考题55

第3章 闭环直流调速系统的动态分析58

3.1 单闭环直流调速系统的动态分析58

3.1.1 ASR为比例调节器的单闭环直流调速系统的动态分析58

3.1.2 ASR采用PI调节器的单闭环直流调速系统动态分析60

3.2.1 快速系统与最佳过渡过程的概念69

3.2 转速、电流双闭环直流调速系统的动态分析69

3.2.2 转速、电流双闭环直流调速系统的动态特性分析72

3.3 闭环直流调速系统的自适应控制77

3.3.1 电流自适应调节器77

3.3.2 转速自适应调速器81

3.4 闭环电力拖动控制系统的动态性能指标及动态校正——调节器设计84

3.4.1 闭环控制系统的动态性能指标84

3.4.2 动态校正——调节器设计86

习题及思考题86

4.1 晶闸管—电动机可逆调速系统（V-M可逆系统）88

4.1.1 晶闸管—电动机可逆调速系统的基本结构88

第4章 可逆直流调速系统88

4.1.2 电枢可逆系统中的环流89

4.1.3 有环流可逆调速系统91

4.1.4 无环流可逆调速系统97

4.2 可逆直流脉宽调速系统（PWM可逆系统）101

习题及思考题104

第5章 数字（计算机）控制的电力拖动系统106

5.1 数字电力拖动控制系统的硬件系统106

5.1.1 数字控制器（计算机系统）107

5.1.2 常用（微）处理器和控制芯片110

5.2.1 电力拖动自动控制系统的数字化设计内容、原则与步骤111

5.2 电力拖动自动控制系统的数字化设计111

5.2.2 直流双闭环调速系统全数字化设计112

5.3 数字（计算机）控制的直流位置随动（伺服）系统125

5.3.1 数字控制直流位置随动系统的基本组成及控制结构126

5.3.2 位置控制的基本要求和理想定位过程的控制算法127

5.3.3 程序的组成134

习题及思考题135

第二篇 交流电力拖动控制系统137

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139

6.1 基于异步电动机稳态数学模型的变压变频调速系统控制方式139

6.1.1 电压－频率协调控制方式140

6.1.2 转差频率控制方式145

6.2 电力电子变频调速装置及其电源特性148

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152

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156

6.5 异步电动机转差频率控制（SF）变压变频调速系统158

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构成及工作原理158

6.5.2 电压源型转差频率控制（SF）的异步电动机变压变频调速系统160

习题及思考题161

7.1 矢量控制的基本概念162

7.1.1 直流电动机和异步电动机的电磁转矩162

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162

7.1.2 矢量控制的基本思想166

7.2 异步电动机在不同坐标系上的数学模型168

7.2.1 交流电动机的坐标系与空间矢量的概念169

7.2.2 异步电动机在静止坐标系上的数学模型170

7.2.3 坐标变换及变换矩阵177

7.2.4 异步电动机在二相静止坐标系上的数学模型189

7.2.5 异步电动机在任意二相旋转坐标系上的数学模型195

7.2.6 异步电动机在二相同步旋转坐标系上的数学模型197

7.2.7 异步电动机在二相坐标系上的状态方程198

7.3 磁场定向和矢量控制的基本控制结构200

7.3.1 转子磁场定向的异步电动机矢量控制结构201

7.3.2 异步电动机其他两种磁场定向方法204

7.4 转子磁链观测器207

7.4.1 开环方式转子磁链观测器207

7.4.2 闭环方式转子磁链观测器210

7.5 异步电动机矢量控制系统215

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215

7.5.2 转差型异步电动机间接矢量控制系统218

7.5.3 无速度传感器矢量控制系统222

7.6 具有双PWM变流器的矢量控制系统226

7.7.1 绕线式异步电动机双馈调速系统227

7.7 绕线式异步电动机双馈矢量控制系统227

7.7.2 绕线式异步电动机双馈矢量控制系统228

7.7.3 双馈电动机矢量控制的其他方案234

7.8 数字化异步电动机矢量控制系统设计235

7.8.1 以DSP为控制核心的数字异步电动机矢量控制系统的硬件系统235

7.8.2 软件设计（运算程序和控制算法）237

习题及思考题247

第8章 异步电动机直接转矩控制变压变频调速系统249

8.1 异步电动机直接转矩控制系统的基本理论249

8.1.1 直接转矩控制的理论依据249

8.1.2 异步电动机定子轴系的数学模型250

8.1.3 逆变器的8种开关状态和逆变器的电压状态255

8.1.4 电压空间矢量的概念258

8.1.5 电压空间矢量与磁链空间矢量的关系261

8.1.6 电压空间矢量对电动机转矩的影响262

8.1.7 电压空间矢量的正确选择263

8.1.8 异步电动机直接转矩控制的基本结构266

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270

8.2.1 磁链自控制271

8.2.2 转矩调节279

8.2.3 磁链调节286

8.2.4 电压状态的选择289

8.2.5 最小开关持续时间294

8.2.6 逆变器的开关频率调节298

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299

8.3.1 在低速范围内直接转矩控制系统的结构特点299

8.3.2 区段的电压状态选择301

8.3.3 低速范围内转矩与磁链调节的协调304

8.3.4 使用－120°电压的磁链调节306

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307

8.4.1 弱磁范围内直接转矩控制系统的结构特点307

8.4.2 弱磁范围内的转矩控制与调节308

8.4.3 弱磁范围内的功率调节309

8.5 圆形磁链轨迹的直接转矩控制系统312

8.5.1 圆形磁链控制312

8.5.2 电磁转矩控制314

8.6 异步电动机间接转矩控制（ISC）系统317

8.7 直接转矩控制系统的特点——本章结论319

习题及思考题320

第9章 同步电动机变压变频调速系统322

9.1 同步电动机变压变频调速的特点及基本类型322

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323

9.2 同步电动机变压变频调速系统主电路晶闸管换流原理及其方法323

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328

9.3 他控变频同步电动机调速系统330

9.3.1 转速开环恒压频比控制的同步电动机调速系统330

9.3.2 交－直－交型他控变频同步电动机调速系统330

9.3.3 交－交型他控变频同步电动机调速系统332

9.4 自控变频同步电动机（无换向器电动机）调速系统332

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332

9.4.2 自控变频同步电动机调速系统341

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345

9.5.1 普通三相同步电动机的多变量数学模型345

9.5.2 按气隙磁场定向的绕组励磁式普通三相同步电动机交－直－交变频矢量控制系统347

9.6 正弦波永磁同步电动机变压变频调速系统351

9.7 梯形波永磁同步电动机变压变频调速系统354

习题及思考题358

第10章 交流位置随动（伺服）系统360

10.1 以DSP为核心的交流位置随动系统361

10.2 基于PC（或PLC）的交流位置随动系统及基于现场总线的交流位置随动系统361

10.3 数控机床及其插补算法363

附录A 电力拖动控制系统中的检测技术372

A.1 位置检测372

A.1.1 光电编码器372

A.2 速度（转速）测量377

A.2.1 数字测速法378

A.3 电压、电流检测381

A.3.1 直接检测式霍尔传感器382

A.3.2 磁平衡式（或称磁补偿式）霍尔传感器382

附录B 常用符号表385

B.1 元件和装置用的文字符号（按国家标准GB/T7159—1987）385

B.2 参数和物理量文字符号386

B.3 常用下角标388

B.4 常用缩写符号389

参考文献391