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绪论1

0.1运动控制系统组成结构及其相关学科1

0.1.1运动控制系统组成及其控制结构1

0.1.2运动控制系统及其相关学科2

0.2课程的目的和主要内容4

0.2.1课程的目的4

0.2.2课程的主要内容5

0.3前期基础6

0.3.1电机的机械特性与负载的转矩特性6

0.3.2运动控制系统的转矩控制规律8

0.3.3运动控制系统的稳定运行条件9

0.4生产机械的调速要求及调速系统的性能指标10

0.4.1生产机械的调速要求10

0.4.2调速系统的性能指标11

0.5运动控制系统的发展趋势14

第一篇 直流调速系统19

第1章 单闭环直流调速系统19

1.1直流电动机的调速方法19

1.1.1调节电枢电压调速19

1.1.2调节电动机励磁调速20

1.1.3改变电枢回路电阻调速21

1.2可控直流电源-电动机系统22

1.2.1晶闸管相控整流器-直流电动机（V-M）系统22

1.2.2脉宽调制变换器-直流电动机（PWM-M）系统24

1.3开环调速系统存在的问题及解决途径28

1.4具有转速负反馈的闭环直流调速系统30

1.4.1系统的组成及工作原理30

1.4.2系统的静态性能分析31

1.4.3系统的动态性能分析35

1.4.4校正环节（控制器、调节器）及其控制规律42

1.4.5转速无静差单闭环直流调速系统动态响应45

1.5最佳过渡过程及单闭环直流调速系统存在的问题48

1.5.1快速系统与最佳过渡过程48

1.5.2单闭环直流调速系统存在的问题49

小结50

思考题与习题51

第2章 转速、电流双闭环直流调速系统53

2.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成及静特性53

2.1.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成53

2.1.2双闭环调速系统静特性53

2.2双闭环直流调速系统的动态性能56

2.2.1双闭环直流调速系统的跟随响应56

2.2.2双闭环直流调速系统的抗扰性能58

2.3直流调速系统的工程设计60

2.3.1典型系统的性能指标与参数关系61

2.3.2系统的校正——调节器设计70

2.3.3控制对象的工程近似处理方法71

2.3.4双闭环直流调速系统的工程设计75

小结87

思考题与习题89

第3章 可逆直流调速系统及其应用92

3.1晶闸管变流装置-直流电动机（V-M）可逆调速系统92

3.1.1晶闸管变流装置-直流电动机可逆调速系统主电路及特点92

3.1.2电枢可逆系统中的环流94

3.1.3有环流可逆调速系统96

3.1.4逻辑无环流可逆调速系统101

3.2脉宽调制变换器-直流电动机（PWM-M）可逆调速系统主电路及其控制方式105

3.2.1双极式可逆PWM-M系统控制方式106

3.2.2单极式可逆PWM-M系统控制方式107

3.2.3受限单极式可逆PWM-M系统控制方式108

3.3数字式直流调速系统109

3.3.1数字调速系统的特点109

3.3.2数字式直流调速系统的基本组成110

3.3.3数字直流调速器E-590概述111

3.4直流传动的工程应用——直流调速器在冷拔机上的应用114

3.5直流传动的其他应用——直流调速器在张力控制系统的应用116

3.5.1张力系统概述116

3.5.2张力控制系统概述117

3.5.3直流调速器在800粗轧机上的工程应用121

小结124

思考题与习题125

第二篇 交流调速系统129

第4章 交流异步电动机变频调速系统129

4.1引言129

4.1.1交流调速系统与直流调速系统的比较129

4.1.2交流电动机的调速方法及其主要应用领域133

4.2异步电动机变频调速控制特性136

4.2.1基频以下恒压频比调速特性136

4.2.2基频以上恒压变频调速特性137

4.2.3异步电动机变频调速特性137

4.3变频调速装置及其电源特性138

4.3.1交-直-交电压型变频器139

4.3.2交-直-交电流型变频器140

4.3.3电压型变频器和电流型变频器的比较141

4.3.4交-交变频器142

4.4变频器简介143

4.4.1变频器的分类143

4.4.2变频器组成145

4.5变频调速系统中的脉宽调制（PWM）控制技术149

4.5.1电压正弦PWM法149

4.5.2 PWM模式的优化-消除特定谐波法153

4.5.3电流正弦PWM技术154

4.5.4电压空间矢量PWM技术（SVPWM）156

4.6基于稳态数学模型的异步电动机变频调速系统162

4.6.1异步电动机变频调速的机械特性162

4.6.2恒压频比控制的异步电动机变频调速系统166

4.6.3转差频率控制的异步电动机变频调速系统169

4.7基于动态数学模型的异步电动机矢量控制变频调速系统173

4.7.1矢量控制的基本概念173

4.7.2异步电动机在不同坐标系上的数学模型178

4.7.3磁场定向和矢量控制的基本结构191

4.7.4按转子磁场定向的异步电动机矢量控制变频调速系统195

4.8异步电动机直接转矩控制变频调速系统199

4.8.1直接转矩控制的基本思想及控制方案200

4.8.2电压空间矢量的概念及与磁链空间矢量的关系204

4.8.3电压空间矢量对电动机转矩的影响及其正确选择208

4.8.4异步电动机直接转矩控制系统的基本组成及工作原理211

4.9变频器的应用216

4.9.1变频器功能216

4.9.2变频器及外部设备选择217

4.9.3典型工程应用实例1——变频器在恒压给水系统的应用219

4.9.4典型工程应用实例2——矢量控制型变频器在薄膜卷绕系统的应用225

4.9.5典型工程应用实例3——直接转矩控制型变频器在高炉上料系统的应用228

小结233

思考题与习题235

第5章 异步电动机软起动及优化节能控制技术237

5.1异步电动机的软起动237

5.1.1直接起动的危害238

5.1.2传统降压起动方式的适用场合及性能比较238

5.1.3软起动器239

5.2软起动器在斗轮堆取料机控制系统中的应用243

5.2.1斗轮堆取料机简介243

5.2.2软起动器的工程应用243

5.2.3几种起动方式性能比较245

5.2.4系统特点245

5.3异步电动机经济运行和优化节能控制技术246

5.3.1异步电动机降压节能技术概述246

5.3.2优化节能的控制依据247

5.3.3优化节能的适用对象248

5.3.4降压起动优化节能计算实例248

小结249

思考题与习题250

第6章 绕线型异步电动机的串级调速及双馈调速系统251

6.1引言251

6.2串级调速的工作原理及晶闸管串级调速系统252

6.2.1绕线型异步电动机串级调速的工作原理253

6.2.2晶闸管串级调速系统253

6.3绕线型异步电动机在串级调速时的机械特性256

6.3.1转子整流器的外特性256

6.3.2串级调速系统的调速特性258

6.3.3串级调速系统的机械特性259

6.4串级调速系统的技术经济指标262

6.4.1串级调速系统的效率262

6.4.2串级调速系统的功率因数及其改善途径262

6.4.3串级调速装置的电压和容量263

6.4.4斩波控制的串级调速系统264

6.5双闭环串级调速系统265

6.5.1双闭环串级调速系统的组成265

6.5.2串级调速系统的动态数学模型265

6.5.3串级调速系统的起动方式267

6.6串级调速系统的工程应用——在穿孔轧机上的应用268

6.7绕线型异步电动机双馈调速系统270

6.7.1绕线型异步电动机双馈调速系统的工作原理270

6.7.2双馈调速系统的各种运行状态及功率传递关系271

6.7.3双馈调速的应用——绕线型异步风力发电机组273

小结274

思考题与习题275

第7章 同步电动机变压变频调速系统276

7.1同步电动机与异步电动机对比276

7.2同步电动机的稳态模型与调速方法277

7.2.1同步电动机的分类277

7.2.2同步电动机的转矩角特性278

7.2.3同步电动机的稳定运行280

7.2.4同步电动机的调速方式及机械特性280

7.3他控变频同步电动机调速系统281

7.3.1转速开环恒压频比控制的小容量同步电动机群调速系统281

7.3.2交-交变频器供电的大容量低速同步电动机调速系统282

7.4自控变频同步电动机调速系统283

7.4.1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284

7.4.2正弦波永磁同步电动机的自控变频调速系统287

7.4.3交-直-交电流型变频器供电的同步电动机调速系统288

7.4.4交-交自控变频同步电动机调速系统289

7.4.5按气隙磁场定向的普通同步电动机矢量控制系统290

7.5同步电动机的工程应用——大型热连轧机主传动交-交变频调速系统296

小结299

思考题与习题299

第三篇 伺服系统303

第8章 伺服系统303

8.1引言303

8.1.1伺服系统应用及发展303

8.1.2典型工程应用的引出——PMSM伺服驱动器在直线飞剪中的应用304

8.2伺服系统基本概念305

8.2.1伺服系统的定义305

8.2.2位置伺服系统的组成305

8.2.3位置伺服系统的分类306

8.2.4伺服系统的性能指标307

8.3伺服系统的位置检测308

8.3.1旋转变压器308

8.3.2光电编码器310

8.4位置伺服系统的控制结构313

8.4.1直流位置伺服系统的组成313

8.4.2交流位置伺服系统的组成313

8.5三相永磁同步伺服电动机控制系统315

8.5.1三相永磁伺服电动机的组成结构及其数学模型315

8.5.2三相永磁伺服电动机的控制策略323

8.5.3三相永磁伺服电动机的矢量控制329

8.5.4 PMSM伺服驱动器在直线飞剪中的应用337

小结340

思考题与习题341

参考文献342