运动控制系统

常用符号表

绪论

0.1 运动控制及其相关学科

0.2 运动控制系统及其组成

0.3 运动控制系统的转矩控制规律

第1篇 直流调速系统

第1章 可控直流电源电动机系统

1.1 相控整流器电动机系统

1.1.1 相控整流器

1.1.2 相控整流器电动机系统的特殊问题

1.1.3 相控整流直流调速系统的机械特性及数学模型

1.2 直流PWM变换器电动机系统

1.2.1 直流PWM变换器

1.2.2 直流PWM变换器电动机系统的能量回馈问题

1.2.3 直流PWM调速系统的数学模型及机械特性

1.3 调速系统性能指标

1.3.1 调速范围和静差率

1.3.2 开环调速系统的机械特性及性能指标

思考题

习题

第2章 闭环控制的直流调速系统

2.1 转速单闭环直流调速系统

2.1.1 转速单闭环直流调速系统的控制规律

2.1.2 转速单闭环直流调速系统的限流保护

2.1.3 转速单闭环直流调速系统的动态数学模型

2.1.4 PI控制规律及调节器的设计

2.2 转速、电流双闭环直流调速系统

2.2.1 双闭环系统的控制规律

2.2.2 稳态结构与稳态参数计算

2.2.3 双闭环直流调速系统的数学模型与性能分析

2.3 转速、电流双闭环直流调速系统的数字实现

2.3.1 微机数字控制的特点

2.3.2 转速检测的数字化

2.3.3 数字PI调节器

2.4 调节器的设计方法

2.4.1 控制系统的动态性能指标

2.4.2 典型系统性能指标与参数间的关系

2.4.3 调节器的设计

2.4.4 设计举例

2.5 直流调速系统的仿真

思考题

习题

第3章 可逆、弱磁控制的直流调速系统

3.1 可逆直流调速系统

3.1.1 相控整流器可逆直流调速系统的主回路结构

3.1.2 可逆VM系统的环流

3.1.3 转速制动过程的分析

3.1.4 无环流控制的可逆晶闸管电动机系统

3.1.5 PWM可逆直流调速系统

3.2 弱磁控制的直流调速系统

3.2.1 弱磁与调压的配合控制

3.2.2 调压与弱磁配合控制的调速系统

思考题

习题

第2篇 交流调速系统

第4章 基于稳态模型的异步电动机调速系统

4.1异 步电动机变压变频调速基本原理

4.1.1 异步电动机稳态数学模型

4.1.2 变压变频调速基本原理

4.1.3 基频以下电流补偿控制

4.2 交流PWM变频技术

4.2.1 交直交PWM变频器主回路

4.2.2 正弦波脉宽调制（SPWM）技术

4.2.3 电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术

4.2.4 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术

4.2.5 交流PWM变频器异步电动机系统的特殊问题

4.3 转速开环变压变频调速系统

4.3.1 转速开环变压变频调速系统结构

4.3.2 系统实现

4.4 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统

4.4.1 转差频率控制的基本概念及特点

4.4.2 转差频率控制系统结构及性能分析

4.4.3 最大转差频率ωsmax的计算

4.4.4 转差频率控制系统的特点

4.5 变频调速在恒压供水系统中的应用

思考题

习题

第5章 基于动态模型的异步电动机调速系统

5.1 异步电动机动态数学模型

5.1.1 异步电动机动态数学模型的性质

5.1.2 异步电动机三相原始数学模型

5.1.3 坐标变换

5.1.4 异步电动机在两相坐标系上的动态数学模型

5.1.5 异步电动机在两相坐标系上的状态方程

5.2 异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统

5.2.1 按转子磁链定向同步旋转坐标系mt中的状态方程

5.2.2 按转子磁链定向矢量控制的基本思想

5.2.3 按转子磁链定向矢量控制系统的实现

5.2.4 按转子磁链定向矢量控制系统的转矩控制方式

5.2.5 转子磁链计算

5.2.6 磁链开环转差型矢量控制系统——间接定向

5.3 异步电动机按定子磁链控制的直接转矩控制系统

5.3.1 定子电压矢量对定子磁链与电磁转矩的控制作用

5.3.2 基于定子磁链控制的直接转矩控制系统

5.3.3 定子磁链和转矩计算模型

5.4 直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较

5.5 矢量控制系统在塑料挤出机主传动中的应用

思考题

习题

第6章 同步电动机变压变频调速系统

6.1 同步电动机的基本特征与调速方法

6.1.1 同步电动机的特点

6.1.2 同步电动机的分类

6.1.3 同步电动机的矩角特性

6.1.4 同步电动机的稳定运行

6.1.5 同步电动机的启动

6.1.6 同步电动机的调速

6.2 他控变频同步电动机调速系统

6.2.1 转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统

6.2.2 大功率同步电动机调速系统

6.3 自控变频同步电动机调速系统

6.3.1 自控变频同步电动机

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

6.4 同步电动机矢量控制系统

6.4.1 可控励磁同步电动机动态数学模型

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

6.4.3 正弦波永磁同步电动机矢量控制系统

思考题

习题

第3篇 伺服系统

第7章 伺服系统

7.1 伺服系统的特征及组成

7.1.1 伺服系统的基本要求及特征

7.1.2 伺服系统的组成

7.1.3 位置传感器

7.2 伺服系统的跟随性能

7.3 伺服系统控制对象的数学模型

7.3.1 直流伺服系统控制对象的数学模型

7.3.2 交流伺服系统控制对象的数学模型

7.4 伺服系统的设计

7.4.1 单环位置伺服系统

7.4.2 双环伺服系统

7.4.3 三环伺服系统

7.4.4 复合控制的伺服系统

思考题

习题

附录

附录1 三相/两相坐标变换

附录1.1 不同坐标系中的电功率

附录1.2 三相到两相坐标系的变换

附录1.3 功率不变时的坐标变换阵

附录1.4 匝数不变时的坐标变换阵

附录1.5 两种坐标变换的比较

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）

附录2.1 3s/2r旋转变换阵

附录2.2 电压方程的变换

附录2.3 磁链方程的变换

附录2.4 转矩方程的变换

教学实验参考

实验1 带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统

实验2 转速、电流双闭环直流调速系统

实验3 转速、电流双闭环可逆直流PWM调速系统

实验4 异步电动机转速开环变压变频调速系统

实验5 永磁同步电动机转速开环变压变频调速系统

参考文献

本书按照《全国高等学校自动化专业系列教材》编审委员会制定的要求编写，适用于高等院校自动化专业以及电气工程与自动化、电气工程及其自动化专业本科“运动控制系统”课程，也可供电力电子与电力传动研究生和从事运动控制系统的工程技术人员参考。本书共3篇7章，内容涵盖: 可控电源电动机系统的特殊问题及机械特性，开环调速系统的性能指标，交、直流调速系统及伺服系统的工作原理、系统结构，静态和动态性能指标及分析方法，反馈控制的基本特点，调节器结构及参数的设计方法，控制系统的实现，计算机仿真软件在运动控制系统中的应用等。本书以控制规律为主线，按照从直流到交流、从开环到闭环、从调速到伺服循序渐进的原则编写。本书反映了技术进步与发展的4个特征: 全控型电力电子器件取代半控型器件，变换技术由相位控制转变成脉宽调制; 模拟电子控制基本上让位于计算机数字控制; 交流运动控制系统逐步取代直流运动控制系统; 计算机仿真与辅助设计逐步融入运动控制系统的性能分析与设计中。