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第1章 绪论1

1.1 运动控制系统及其组成1

1.1.1 电动机1

1.1.2 功率放大与变换装置2

1.1.3 控制器2

1.1.4 信号检测与处理3

1.2 运动控制系统的历史与发展3

1.3 运动控制系统的转矩控制规律4

1.4 生产机械的负载转矩特性5

1.4.1 恒转矩负载特性5

1.4.2 恒功率负载特性6

1.4.3 风机、泵类负载特性6

第1篇 直流调速系统9

第2章 转速反馈控制的直流调速系统9

2.1 直流调速系统用的可控直流电源9

2.1.1 晶闸管整流器-电动机系统9

2.1.2 直流PWM变换器-电动机系统16

2.2 稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性21

2.2.1 转速控制的要求和稳态调速性能指标21

2.2.2 直流调速系统的机械特性23

2.3 转速反馈控制的直流调速系统25

2.3.1 转速反馈控制直流调速系统的数学模型25

2.3.2 比例控制的直流调速系统29

2.3.3 比例积分控制的无静差直流调速系统34

2.3.4 直流调速系统的稳态误差分析37

2.4 直流调速系统的数字控制40

2.4.1 微机数字控制的特殊问题41

2.4.2 转速检测的数字化41

2.4.3 数字PI调节器45

2.5 转速反馈控制直流调速系统的限流保护46

2.5.1 转速反馈控制直流调速系统的过电流问题46

2.5.2 带电流截止负反馈环节的直流调速系统47

2.6 转速反馈控制直流调速系统的仿真50

2.6.1 转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数50

2.6.2 仿真模型的建立51

2.6.3 仿真模型的运行54

2.6.4 调节器参数的调整55

思考题56

习题57

第3章 转速、电流反馈控制的直流调速系统59

3.1 转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性59

3.1.1 转速、电流反馈控制直流调速系统的组成59

3.1.2 稳态结构图与参数计算60

3.2 转速、电流反馈控制直流调速系统的数学模型与动态过程分析62

3.2.1 转速、电流反馈控制直流调速系统的动态数学模型62

3.2.2 转速、电流反馈控制直流调速系统的动态过程分析63

3.3 转速、电流反馈控制直流调速系统的设计66

3.3.1 控制系统的动态性能指标66

3.3.2 调节器的工程设计方法67

3.3.3 按工程设计方法设计转速、电流反馈控制直流调速系统的调节器79

3.4 转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真89

思考题93

习题94

第4章 可逆控制和弱磁控制的直流调速系统96

4.1 直流PWM可逆调速系统96

4.1.1 桥式可逆PWM变换器97

4.1.2 直流PWM可逆调速系统转速反向的过渡过程98

4.1.3 直流PWM功率变换器的能量回馈99

4.1.4 单片微机控制的PWM可逆直流调速系统100

4.2 V-M可逆直流调速系统101

4.2.1 V-M可逆直流调速系统的主回路及环流101

4.2.2 V-M可逆直流调速系统的控制104

4.2.3 转速反向的过渡过程分析108

4.3 弱磁控制的直流调速系统110

4.3.1 弱磁与调压的配合控制110

4.3.2 励磁电流的闭环控制111

思考题112

习题112

第2篇 交流调速系统115

第5章 基于稳态模型的异步电动机调速系统115

5.1 异步电动机的稳态数学模型和调速方法115

5.1.1 异步电动机的稳态数学模型115

5.1.2 异步电动机的调速方法与气隙磁通117

5.2 异步电动机的调压调速118

5.2.1 异步电动机调压调速的主电路118

5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性118

5.2.3 闭环控制的调压调速系统119

5.2.4 降压控制在软起动器和轻载降压节能运行中的应用120

5.3 异步电动机的变压变频调速122

5.3.1 变压变频调速的基本原理122

5.3.2 变压变频调速时的机械特性123

5.3.3 基频以下的电压补偿控制125

5.4 电力电子变压变频器128

5.4.1 交-直-交PWM变频器主回路128

5.4.2 正弦波脉宽调制（SPWM）技术129

5.4.3 消除指定次数谐波的PWM（SHEPWM）控制技术131

5.4.4 电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术132

5.4.5 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术（磁链跟踪控制技术）133

5.4.6 交流PWM变频器-异步电动机系统的特殊问题143

5.5 转速开环变压变频调速系统146

5.5.1 转速开环变压变频调速系统的结构146

5.5.2 系统实现147

5.6 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统148

5.6.1 转差频率控制的基本概念及特点148

5.6.2 转差频率控制系统结构及性能分析150

5.6.3 最大转差频率ωsmax的计算152

5.6.4 转差频率控制系统的特点152

思考题153

习题153

第6章 基于动态模型的异步电动机调速系统155

6.1 异步电动机动态数学模型的性质155

6.2 异步电动机的三相数学模型156

6.2.1 异步电动机三相动态模型的数学表达式157

6.2.2 异步电动机三相原始模型的性质161

6.3 坐标变换162

6.3.1 坐标变换的基本思路162

6.3.2 三相-两相变换（3/2变换）163

6.3.3 静止两相-旋转正交变换（2s/2r变换）165

6.4 异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型166

6.4.1 静止两相正交坐标系中的动态数学模型166

6.4.2 旋转正交坐标系中的动态数学模型168

6.5 异步电动机在正交坐标系上的状态方程169

6.5.1 状态变量的选取170

6.5.2 以ω-is-ψr为状态变量的状态方程170

6.5.3 以ω-is-ψs为状态变量的状态方程173

6.5.4 异步电动机的仿真176

6.6 异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统179

6.6.1 按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程179

6.6.2 按转子磁链定向矢量控制的基本思想180

6.6.3 按转子磁链定向矢量控制系统的电流闭环控制方式182

6.6.4 按转子磁链定向矢量控制系统的转矩控制方式183

6.6.5 转子磁链计算185

6.6.6 磁链开环转差型矢量控制系统——间接定向188

6.6.7 矢量控制系统的特点与存在的问题189

6.6.8 矢量控制系统的仿真189

6.7 异步电动机按定子磁链控制的直接转矩控制系统191

6.7.1 定子电压矢量对定子磁链与电磁转矩的控制作用192

6.7.2 基于定子磁链控制的直接转矩控制系统194

6.7.3 定子磁链和转矩计算模型195

6.7.4 直接转矩控制系统的特点与存在的问题196

6.7.5 直接转矩控制系统的仿真197

6.8 直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较199

6.9 异步电动机无速度传感器调速系统199

思考题202

习题202

第7章 绕线转子异步电动机双馈调速系统204

7.1 绕线转子异步电动机双馈调速工作原理204

7.1.1 绕线转子异步电动机转子附加电动势的作用205

7.1.2 绕线转子异步电动机双馈调速的五种工况206

7.2 绕线转子异步电动机串级调速系统208

7.2.1 串级调速系统的工作原理208

7.2.2 串级调速系统的其他类型210

7.3 串级调速的机械特性211

7.3.1 串级调速机械特性的特征211

7.3.2 串级调速的转子整流电路212

7.3.3 串级调速的机械特性方程式214

7.4 串级调速系统的技术经济指标217

7.4.1 串级调速系统的效率217

7.4.2 串级调速系统的功率因数218

7.4.3 串级调速装置的电压和容量219

7.5 双闭环控制的串级调速系统220

7.6 串级调速系统的起动方式221

7.6.1 间接起动221

7.6.2 直接起动222

7.7 绕线转子异步风力发电机组222

思考题223

习题223

第8章 同步电动机变压变频调速系统224

8.1 同步电动机的稳态模型与调速方法224

8.1.1 同步电动机的特点224

8.1.2 同步电动机的分类225

8.1.3 同步电动机的转矩角特性225

8.1.4 同步电动机的稳定运行227

8.1.5 同步电动机的起动228

8.1.6 同步电动机的调速228

8.2 他控变频同步电动机调速系统229

8.2.1 转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统229

8.2.2 大功率同步电动机调速系统229

8.3 自控变频同步电动机调速系统230

8.3.1 自控变频同步电动机230

8.3.2 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231

8.4 同步电动机矢量控制系统235

8.4.1 基于转子旋转正交坐标系的可控励磁同步电动机动态数学模型235

8.4.2 可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统239

8.4.3 正弦波永磁同步电动机矢量控制系统243

8.5 同步电动机直接转矩控制系统246

8.5.1 可控励磁同步电动机直接转矩控制系统246

8.5.2 永磁同步电动机直接转矩控制系统248

思考题249

习题249

第3篇 伺服系统253

第9章 伺服系统253

9.1 伺服系统的特征及组成253

9.1.1 伺服系统的基本要求及特征253

9.1.2 伺服系统的组成254

9.1.3 伺服系统的性能指标257

9.2 伺服系统控制对象的数学模型261

9.2.1 直流伺服系统控制对象的数学模型261

9.2.2 交流伺服系统控制对象的数学模型263

9.3 伺服系统的设计264

9.3.1 调节器校正及其传递函数264

9.3.2 单环位置伺服系统265

9.3.3 双环位置伺服系统266

9.3.4 三环位置伺服系统269

9.3.5 复合控制的伺服系统271

思考题272

习题273

参考文献274