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·目录·1

第一章 绪论1

1-1 电力传动技术在国民经济中1

的意义1

一、电力传动自动控制系统1

二、电力传动自动控制系统的特征1

1-2 电力传动技术发展的长远目标1

1-3 电力传动自动控制系统的特征2

及使用形式2

一、电力传动自动控制系统的特性2

二、电力传动自动控制系统的4

使用形式4

1-4 电力传动自动控制系统的分类5

二、交流传动技术概况6

一、直流传动技术概况6

1-5 电力传动技术概况6

三、计算机应用技术7

1-6 电力传动技术工程师的任务7

练习题7

第一篇 直流调速系统9

第二章 单闭环直流调速系统9

2-1 概述9

一、调速的定义9

二、直流调速的方案9

三、调速指标10

2-2 单闭环直流调速系统的组成13

及其特性13

一、系统组成13

二、单闭环调速系统的稳态特性14

三、单闭环调速系统的动态特性18

2-3 单闭环调速系统中的电流23

截止环节及其特性23

一、问题的提出23

二、电流截止负反馈装置23

三、带电流截止负反馈的单闭环调速24

系统稳态结构图和静特性24

2-4 单闭环无静差调速系统26

一、引言26

二、积分调节器（I调节器）26

三、比例积分（PI）调节器27

四、采用积分调节器的单闭环无静差28

调速系统28

五、采用比例积分（PI）调节器的单闭环无静差调速系统29

一、系统组成33

控制方案的调速系统33

2-5 采用电压负反馈和电流正反馈33

二、电压负反馈调速系统34

三、电流正反馈35

四、电流补偿控制调速系统的稳定性37

2-6 单闭环直流调速系统的非线性37

特性37

2-7 单闭环调速系统的问题及其39

解决办法39

一、电流脉动的影响及其抑制措施39

二、交流分量会破坏系统的正常工作，需引入滤波器39

三、电压负反馈调速系统中的电压39

隔离变换器39

二、转速、电流双闭环调速系统的组成46

一、引言46

3-1 转速、电流双闭环调速系统46

第三章 多环直流调速系统46

三、双闭环调速系统的静特性47

四、稳态工作点和稳态参数的计算48

五、双闭环调速系统的动态特性49

六、双闭环调速系统中两个调节器52

的作用52

3-2 转速超调的抑制——转速微分52

负反馈52

一、问题的提出52

二、带转速微分负反馈双闭环调速系统的数学模型52

3-3 带负载观测器、补偿器的54

双闭环调速系统54

一、复合控制系统及不变性原理54

的基本概念54

双环调速系统55

二、具有外扰观测器、补偿器的55

3-4 三环调速系统59

一、带电流变化率调节器的三环系统59

二、带电压内环的三环调速系统62

3-5 带有励磁控制的调速系统64

一、电枢电压与励磁配合控制64

二、非独立控制励磁的调速系统64

3-6 例题66

练习题69

第四章 直流调速系统的工程设计方法71

4-1 工程设计的基本方法71

一、工程设计方法与步骤71

二、典型系统72

一、引言79

4-2 单闭环调速系统的设计79

二、工程设计中的近似处理80

三、单闭环调速系统中调节器的选择84

4-3 双闭环调速系统的设计86

一、基本思路86

二、电流环设计86

三、转速环的设计90

四、转速调节器饱和限幅工作状态92

超调量的计算92

4-4 转速环的并联微分校正94

一、引言94

二、Ⅱ型典型系统微分负反馈并联校正的结构图和对数频率特性94

三、T0、T0与系统性能的关系96

一、仿真的数学模型99

4-5 调速系统的计算机仿真99

二、编制系统仿真程序TSF.FOR100

三、仿真过程102

四、结果分析102

4-6 例题103

练习题110

第五章 可逆直流调速系统113

5-1 可逆调速113

一、可逆调速问题的提出113

二、定义113

5-2 可逆调速系统的原理方案113

一、电枢反接可逆线路114

二、励磁反接可逆线路115

三、电枢可逆系统和磁场百逆系统115

的比较115

一、逆变状态116

5-3 可逆直流调速系统的回馈制动116

二、产生逆变的条件117

三、电动机的回馈制动117

四、如何在V-M系统中实现回馈118

制动118

5-4 可逆直流调速系统的环流119

一、环流及其种类119

二、配合控制与直流环流120

三、脉动环流产生的原因及其121

抑制方法121

5-5 有环流可逆调速系统122

一、α＝β工作制配合控制的有122

环流可逆系统122

二、制动过程124

一、采用无环流系统的理由127

二、分类127

三、有环流可逆系统的优、缺点127

5-6 无环流可逆调速系统127

三、逻辑控制的无环流可逆调速系统128

四、错位控制的无环流可逆调速系统130

5-7 例题133

练习题139

第六章 直流脉宽调速系统141

6-1 脉宽调制的理论141

一、定义141

二、PWM变换器的分类141

三、PWM变换器的工作原理141

四、PWM变换器的优点144

特性145

6-2 脉宽调速系统的开环机械145

五、PWM变换器的缺点145

变换器的比较145

六、双极式和单极式可逆PWM145

6-3 脉宽调速系统的控制回路146

一、脉宽调制器146

二、逻辑延时电路147

三、功率输出级的驱动电路148

6-4 晶体管脉宽调速系统的148

特殊问题148

一、电流脉动量148

二、转速脉动量150

三、最佳开关频率152

四、泵升电压152

6-5 设计实例153

传递函数153

五、脉宽调制器和PWM变换器的153

练习题163

第二篇 随动系统165

第七章 随动系统的基本原理165

7-1 概述165

一、定义165

二、随动系统的应用165

7-2 随动系统的基本结构形式166

7-3 随动系统的分类166

一、按系统控制方式分类167

二、按组成系统元件的物理性质分类167

三、按系统信号特点分类167

7-4 随动系统的品质指标168

五、按执行元件功率大小来分类168

四、按系统部件输入-输出特性的168

不同分类168

7-5 位置随动系统与调速系统171

的比较171

练习题171

第八章 随动系统的误差测量172

8-1 常用的测量元件172

一、电位计172

二、差动变压器173

三、自整角机174

四、旋转变压器177

五、感应同步器178

一、粗-精测角的原理180

二、粗-精测信号切换区的选择180

8-2 粗-精测角线路180

六、三自由度陀螺仪180

三、假零点的产生及消除办法181

四、粗-精测信号选择电路182

五、精-精测角装置之间速比的选择183

六、带电气速比的粗-精测角装置184

8-3 编码盘式角位移传感器184

二、增量式编码器185

一、绝对式编码器185

8-4 激光式角度传感器186

8-5 应用霍尔元件的旋转传感器187

8-6 其它测量元件188

一、角度和角位移传感器188

二、线性位移传感器188

练习题189

二、将交流载波信号变换为直流信号190

一、将直流信号变换为交流载波信号190

9-1 概述190

第九章 调制器与相敏解调器190

9-2 调制器191

一、调制的作用191

二、调制方法及其分类192

三、振幅调制器的基本工作原理193

四、对调制器的基本要求194

五、由理想开关构成的串、并联调制器198

六、振幅调制器的分类198

9-3 调制器线路实例198

一、二极管调制器线路198

二、三极管调制器线路200

三、场效应管调制器201

四、乘积调制器的线路202

二、振幅调制波的解调工作原理203

一、概述203

9-4 相敏解调器203

三、对解调器的基本要求206

9-5 解调器线路实例206

一、二极管环形解调器206

二、三极管解调器208

三、乘积解调器211

9-6 正交切除器212

练习题215

第十章 功率放大装置217

10-1 概述217

10-2 晶体管线性放大线路217

一、控制直流电动机的不可逆放大线路217

二、控制直流电动机的可逆放大线路218

放大器221

三、控制两相异步电动机的功放电路221

10-3 晶体管脉冲宽度调制式221

一、控制直流电动机的不可逆控制电路222

二、控制直流电动机的可逆电路223

三、应用实例226

10-4 晶闸管整流电路227

一、控制直流电动机的不可逆227

整流电路227

二、控制直流电动机的可逆整229

流电路229

三、其它晶闸管整流电路232

四、晶闸管触发电路236

五、晶闸管整流器的传递函数238

练习题239

11-1 设计步骤240

第十一章 随动系统的设计240

11-2 系统技术要求的确定241

11-3 控制方案选择和主要元部件243

选择243

一、测量元件的选择243

二、执行元件和减速器的选择243

三、伺服放大器设计中的几个问题254

11-4 稳态和动态的分析计算257

一、概述257

二、稳态计算258

第一十二章 复合控制随动系统267

12-1 概述267

一、引言267

二、复合控制与扰动补偿267

一、不变性268

12-2 不变性原理268

二、随动系统的不变性分类269

12-3 实现不变性条件的结构270

一、复合控制系统的等效传递270

函数设计270

二、扰动补偿设计271

12-4 复合控制随动系统设计实例274

练习题281

第十三章 非线性控制和自适应控制随动系统的设计281

13-1 非线性控制随动系统283

一、利用局部负反馈削弱非线性因素283

的影响283

二、非线性并联校正（非线性阻尼284

控制）284

益校正）285

三、非线性串联校正（非线性变增285

四、利用系统的固有饱和特性，组成287

改善系统品质的有效装置287

五、非线性积分器及其应用288

六、非线性相位超前装置290

七、利用非线性特性改善系统品质291

的实例291

13-2 非线性系统的最佳控制293

13-3 自适应调节296

一、自适应调节原理296

二、直流传动系统中电枢电流的297

自适应调节297

二、变结构理论的基本概念300

一、概述300

13-4 变结构滑动模态控制系统的300

设计方法300

三、滑动模态的基本概念302

四、单输入系统的滑动模态304

五、消除抖动的方法305

练习题307

第三篇 交流调速系统309

第十四章 交流调速系统概况309

14-1 引言309

14-2 交流调速的重要作用310

14-3 交流调速的基本类型310

的因素311

练习题311

14-5 选择交流调速方案时考虑311

14-4 交流调速的主要问题311

第十五章 异步电动机的调压调速系统313

15-1 控制方式313

15-2 异步电动机调压时的机械特性314

15-3 闭环控制的变压调速系统315

及其特性315

一、具有速度反馈的调压调速系统315

及其静特性315

二、异步电动机变压调速系统动态316

结构图316

练习题320

第十六章 异步电动机的变频调速321

16-1 概述321

16-2 变频调速的基本控制方式321

16-3 变频装置322

二、基频以上调速322

一、基频以下调速322

一、变频装置的分类323

二、间接变频装置（即交-直-交323

变频装置）323

三、直接变频装置（即交-交变频装置）323

四、电压源和电流源变频器325

16-4 正弦波脉宽调制（SPWM）327

逆变器327

一、引言327

二、SPWM逆变器的工作原理327

三、脉宽调制的制约条件328

四、SPWM逆变器的调制方式329

一、恒压恒频控制331

二、电压、频率协调控制331

16-5 异步电动机变频控制的机械特性331

16-6 交流电动机变频调速方式334

及其性能的比较334

16-7 转速开环变频调速系统336

一、转速开环的交-直-交电压源变频336

调速系统336

二、转速开环的交-直-交电流源变频341

调速系统341

16-8 转差频率控制的转速闭环344

调速系统344

一、基本概念344

二、转差频率控制规律345

三、转差频率控制的变频调速系统346

结构和原理346

四、转差频率控制系统的动态结构图350

一、矢量控制的基本概念351

变频调速系统351

16-9 异步电动机矢量控制的351

二、矢量变换规律及其实现352

三、矢量变换控制方程357

四、磁通观测器358

五、矢量控制系统的设计360

练习题361

第十七章 异步电动机串级调速系统363

17-1 概述363

一、引言363

二、改变电枢电阻调速的缺点363

三、提高交流调速性能的方案363

17-2 串级调速的原理364

工作情况364

一、异步电动机转子附加电动势时的364

五、串级调速的方法364

四、串级调速的定义364

二、串级调速的功率传递关系365

三、电气串级调速系统及其附加电动势的获得366

四、其它类型的串级调速系统368

17-3 具有双闭环控制的串级369

调速系统369

一、用途369

二、闭环调速系统的组成369

三、串级调速系统的动态数学模型369

17-4 串级调速系统的性能372

一、串级调速系统的机械特性372

二、串级调速装置的容量376

三、串级调速系统的效率377

改善途径379

四、串级调速系统的功率因素及其379

17-5 超同步串级调速系统383

一、定义383

二、超同步串级调速工作原理383

三、超同步串级调速系统的再生制动384

工作384

17-6 串级调速系统的设计385

一、串调系统中异步电动机容量的385

选择385

二、逆变变压器容量选择386

三、调速系统调节器参数的确定386

四、启动方式的选择与操作顺序387

五、转子感应过电压保护与停车操作388

顺序388

练习题389

第十八章 同步电动机的变频调速系统390

18-1 概述390

18-2 他控变频同步电动机调速系统391

和矢量控制391

一、转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统391

二、由交-交变频器供电的大型低速391

同步电动机调速系统391

三、同步电动机的矢量控制系统392

四、同步电动机的多变量数学模型395

18-3 自控变频同步电动机调速系统396

练习题398

第十九章 无换向器电动机调速系统400

19-1 概述400

直流电动机模型402

一、无换向器电动机的构成及其等效402

19-2 无换向器电动机的基本原理402

二、无换向器电动机的电磁转矩403

三、无换向器电动机逆变器的换流405

19-3 无换向器电动机的基本特性406

一、性能分析406

二、过载能力408

19-4 无换向器电动机调速系统409

一、无换向器电动机调速系统的409

基本组成409

二、电机不同运行情况时，触发411

脉冲分配411

三、交-交系统无换向器电动机414

控制系统414

——光电式位置检测器415

四、四极电动机的位置信号检测415

练习题416

第四篇 数字计算机在电力传动控制系统中的应用第二十章 电力传动系统的数字计算机控制416

20-1 概述417

一、引言417

二、系统的组成与工作原理417

三、系统的主要特点和优点419

四、计算机应用系统的构成420

五、数字计算机控制系统方案举例421

六、系统的设计与实现问题424

20-2 电力传动数字控制系统的稳态425

误差和系统稳定性425

-、电力传动数字控制系统的425

稳态误差425

稳定条件427

二、电力传动数字控制系统的427

三、劳斯稳定判据在线性数字系统428

中的应用428

四、采样系统稳定性的频域分析法429

五、电力传动数字控制系统稳态误差429

和稳定性分析实例429

20-3 电力传动数字计算机控制431

系统的设计431

一、直流调速计算机控制系统的设计431

二、位置随动数字计算机控制系统的442

设计442

三、交流电动机的微机变频控制装置445

设计445

第二十一章 电力传动自动控制系统的数字计算机仿真448

练习题448

21-1 系统、模型、仿真450

21-2 控制系统仿真软件SIMULINK451

一、软件概况451

二、控制系统框图模型452

三、建立控制系统的仿真结构框图454

四、利用SIMULINK进行数字仿真455

21-3 SIMULINK使用的高级技术458

一、SIMULINK模块的安排458

二、构造SIMULINK型模块460

三、模型线性化方法及SIMULINK461

实现461

四、S函数的编写与使用462

五、SIMULINK界面设置464

21-4 SIMULINK仿真应用实例465

参考文献471