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第1章 闭环控制的直流调速系统1

1.1 直流调速系统常用的可控直流电源3

1.1.1 旋转变流机组3

1.1.2 静止式可控整流器5

1.1.3 直流斩波器与脉宽调制变换器7

1.2 晶闸管－电动机系统（V-M）的主要问题8

1.2.1 触发脉冲的相位控制9

1.2.2 整流装置电流脉动及其波形的连续与断续11

1.2.3 抑制电流脉动的措施12

1.2.4 晶闸管－电动机系统的机械特性13

1.2.5 晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数15

1.3 直流脉宽调速系统的主要问题18

1.3.1 直流PWM变换器的工作状态和电压、电流波形19

1.3.2 直流脉宽调速系统的机械特性28

1.3.3 PWM控制与变换器的数学模型30

1.3.4 电能回馈与泵升电压的限制32

1.4 反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计34

1.4.1 转速控制的要求和调速指标34

1.4.2 直流调压调速系统中调速范围、静差率和额定速降间的关系36

1.4.3 开环调速系统及其存在的问题36

1.4.4 转速闭环调速系统的组成及系统的静特性39

1.4.5 转速开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系42

1.4.6 反馈控制规律45

1.4.7 闭环直流调速系统稳态参数计算47

1.4.8 限流保护——电流截止负反馈49

1.5 速度负反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计54

1.5.1 反馈控制闭环直流调速系统的动态数学模型54

1.5.2 反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件59

1.5.3 动态校正——PID调节器（控制器）的设计60

1.6 比例积分控制规律和无静差调速系统67

1.6.1 积分调节器和积分控制规律67

1.6.2 比例积分控制规律70

1.6.3 无静差直流调速系统及其稳态参数计算71

1.7 电压反馈电流补偿控制的直流调速系统74

1.7.1 电压负反馈直流调速系统74

1.7.2 电流正反馈和补偿控制规律76

1.7.3 电流补偿控制直流调速系统的数学模型和稳定条件80

第2章 转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法82

2.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性82

2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成84

2.1.2 稳态结构框图和静特性86

2.1.3 各变量的稳态工作点和稳态参数计算89

2.2 转速、电流双闭环直流调速系统数学模型和动态性能分析90

2.2.1 双闭环直流调速系统的动态数学模型90

2.2.2 启动过程分析91

2.2.3 动态抗扰性能分析94

2.2.4 转速和电流两个调节器的作用95

2.3 调节器的工程设计方法96

2.3.1 工程设计方法的基本思路97

2.3.2 典型系统97

2.3.3 控制系统的动态性能指标100

2.3.4 典型Ⅰ型系统性能指标和参数的关系102

2.3.5 典型Ⅱ型系统稳态性能指标和参数的关系110

2.3.6 典型Ⅱ型系统动态性能指标和参数的关系112

2.3.7 调节器结构的选择和传递函数的近似处理116

2.4 按工程设计方法设计双闭环系统的调节器124

2.4.1 电流调节器的设计125

2.4.2 转速调节器的设计129

2.4.3 转速调节器退饱和时转速超调量的计算133

2.5 转速超调的抑制与转速微分负反馈136

2.5.1 带转速微分负反馈的双闭环调速系统基本原理137

2.5.2 退饱和时间和退饱和转速139

2.5.3 转速微分负反馈参数的工程设计方法141

2.5.4 带转速微分负反馈双闭环调速系统的抗扰性能141

2.6 弱磁控制的直流调速系统143

2.6.1 调压与弱磁的配合控制143

2.6.2 非独立控制励磁的调速系统144

2.6.3 弱磁过程的直流电机数学模型和弱磁控制系统转速调节器的设计146

第3章 直流调速系统的数字实现及常用控制算法148

3.1 数字测速方法148

3.1.1 绝对式接触式编码器150

3.1.2 增量式光电编码器的分辨率152

3.1.3 光电编码器的脉冲数与速度关系154

3.2 计算机控制系统的过程通道设计157

3.2.1 过程通道的组成和功能158

3.2.2 信号转换过程中的采样、量化和编码159

3.2.3 模拟量输入通道的组成162

3.2.4 数字量的输出通道163

3.3 计算机控制系统的PID算法165

3.3.1 由计算机实现的数字控制系统结构165

3.3.2 计算机实现的数字PID172

3.3.3 按离散控制系统D（z）设计数字调节器175

第4章 可逆直流调速系统178

4.1 可逆直流调速系统简介178

4.2 基于数字控制技术的PWM可逆直流调速系统178

4.3 有环流控制的可逆晶闸管（SCR）－电动机系统180

4.4 无环流控制的可逆晶闸管（SCR）-直流电动机传动系统192

第5章 交流拖动控制系统197

5.1 交流拖动控制简介197

5.2 三相交流异步电动机改变电压时的机械特性203

5.3 三相交流异步电动机闭环调压调速时的机械特性206

5.4 闭环调压调速系统的近似动态结构图208

5.5 转差功率损耗分析211

5.6 调压控制在软启动器和轻载降压节能运行中的应用214

5.6.1 软启动器214

5.6.2 轻载降压节能运行216

第6章 三相交流异步电动机变频调速系统218

6.1 变压变频调速的基本控制方式219

6.1.1 基频（额定频率）以下的调速219

6.1.2 基频（额定频率）以上的调速220

6.2 三相交流异步电动机电压频率协调控制时的机械特性221

6.2.1 恒压恒频正弦波供电时三相交流异步电动机的机械特性221

6.2.2 基频以下电压－频率协调控制时的机械特性222

6.2.3 基频以上恒压变频时的机械特性227

6.2.4 恒流正弦波供电时的机械特性。228

6.3 基于电力电子开关元件变频器主要形式230

6.3.1 交－直－交和交－交两大类变频器230

6.3.2 电压源型和电流源型逆变器235

6.3.3 180°导通型逆变器和120°导通型逆变器238

6.4 变压变频调速系统中的脉宽调制（PWM）技术239

6.4.1 调制型正弦波脉宽调制（PWM）技术239

6.4.1 优化型消除指定次数谐波的PWM（SHEPWM）控制技术246

6.4.3 非线性型 电流滞环跟踪PWM（CHBPWM）控制技术248

6.4.4 空间矢量PWM（SVPWM）控制技术（磁链跟踪控制技术）254

6.4.5 开关死区（Deadtime）对PWM变频器性能的影响265

6.5 基于交流异步电动机稳态模型的变压变频调速闭环控制方式269

6.5.1 转速开环恒压频比控制调速系统270

6.5.2 转速闭环转差频率控制的变频调速系统272

6.6 三相异步电动机动态模型277

6.6.1 三相交流异步电机的动态数学模型及特性277

6.6.2 三相交流异步电机的动态数学模型278

6.6.3 坐标变换与变换矩阵286

6.6.4 三相交流异步电动机在两相坐标系上的数学模型293

6.6.5 从控制的观点来描述三相交流异步电动机298

6.7 基于转子磁链定向的矢量控制（Transvector）系统301

6.7.1 按转子磁链定向的矢量控制（R-FOC）系统基本原理301

6.7.2 按转子磁链定向的矢量控制（R-FOC）方程及其解耦作用分析303

6.7.3 转子磁链（ψr）模型306

6.7.4 转速、磁链闭环控制的矢量控制系统——直接矢量控制（DFOC）系统310

6.7.5 磁链开环转差型矢量控制系统——间接矢量控制（IFOC）系统312

6.8 基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制系统313

6.8.1 直接转矩控制系统（DTC）的原理与特点314

6.8.2 直接转矩控制系统的控制规律和特征315

第7章 绕线式三相交流异步电动机双馈调速系统318

7.1 三相交流异步电动机双馈工作原理319

7.1.1 三相交流异步电机在转子侧附加电动势作用320

7.1.2 转子绕线式交流异步电动机双馈工作方式下的五种工况322

7.2 三相交流异步电动机在次同步电动状态下的双馈系统串级调速系统331

7.2.1 串级调速系统的工作原理331

7.2.2 电气串级调速系统的其他形式334

7.3 三相交流异步电动机串级调速机械特性335

7.3.1 三相交流异步电动机串级调速机械特性特点335

7.3.2 三相交流异步电动机串级调速时的转子整流电路337

7.3.3 三相交流异步电动机串级调速时机械特性描述341

7.4 电气串级调速系统经济技术指标及改善方法346

7.4.1 电气串级调速系统效率347

7.4.2 电气串级调速系统的功率因数及其改善途径349

7.4.3 斩波（Chopper）技术在串级调速系统中的应用350

7.4.4 串级调速装置的电压和容量352

7.5 电气串级调速系统的闭环控制354

7.5.1 双闭环控制的电气串级调速系统的构成354

7.5.2 串级调速系统的动态数学模型355

7.5.3 相应调节器参数设计358

7.5.4 电气串级调速系统的启动358

7.6 转子绕线式三相交流异步电动机双馈调速系统360

7.6.1 双馈调速的构成360

7.6.2 双馈调速系统的矢量控制362

第8章 三相交流同步电动机变频调速系统364

8.1 交流同步电动机变频调速系统特点及基本类型364

8.2 它控式同步电动机变频调速系统366

8.2.1 转速开环恒压频比控制的三相交流同步电动机群调速系统366

8.2.2 由交－直－交电流型负载换流变频器供电的三相交流同步电动机调速系统367

8.2.3 由交－交变频器供电的大型低速同步电动机调速系统368

8.2.4 按气隙磁场定向的（Oriented）同步电动机矢量控制系统368

8.2.5 同步电动机的动态数学模型373

8.3 自控式同步电动机变频调速系统375

8.3.1 梯形波永磁同步电动机（DCBL）的自控式变频调速系统377

8.3.2 正弦波永磁同步电动机的自控式变频调速系统381

第9章 伺服控制系统385

9.1 伺服系统的基本要求、特征及组成385

9.1.1 伺服系统的基本要求385

9.1.2 伺服系统的典型特征385

9.1.3 伺服系统的组成386

9.1.4 伺服系统的性能指标386

9.2 直流伺服系统控制对象的数学模型387

9.3 复合控制的伺服系统396

参考文献397