电力拖动运动控制系统 第二版

电力拖动运动控制系统 第二版
作　者： 丁学文 编
出版时间：2014
丛编项： 普通高等教育 电气工程 自动化 系列规划教材
内容简介
本书共分九章，第一章为电力拖动运动控制基础；第二章介绍直流调速系统的原理，静、动态特性，控制规律和设计方法；第三章为机电能量转换基础；第四章介绍异步电动机的控制特性和各种调速方法，包括异步电动机的动态数学模型；第五章介绍异步电动机的恒压频比控制和通用变频器；第六章介绍异步电动机的矢量控制和直接转矩控制；第七章介绍同步电动机的控制特性和变频调速方法，包括自控与他控、永磁与励磁；第八章介绍电力拖动在运动控制系统中的各种应用例子；第九章介绍基于计算机、单片机、DSP和各种电机控制专用芯片的数字控制技术及其设计方法。
目录
前言
常用符号表1
第1章电力拖动运动控制系统
基础5
1.1电力拖动系统的运动方程5
1.2电力拖动系统的负载特性6
1.2.1恒转矩负载特性6
1.2.2风机类负载特性6
1.2.3恒功率负载特性7
1.3电力拖动系统的转矩与功率8
1.3.1电动机允许输出的转矩和功率8
1.3.2调速方式与负载类型的配合9
1.4电力拖动系统的检测技术10
1.4.1模拟检测技术10
1.4.2数字检测技术12
思考题与习题19
第2章直流电动机调速系统20
2.1调速系统的性能指标20
2.1.1稳态指标21
2.1.2动态指标22
2.2直流调速系统的组成及数学模型24
2.2.1系统组成24
2.2.2可控直流电源24
2.2.3他励直流电动机38
2.3开环直流调速系统40
2.3.1静态特性40
2.3.2动态特性41
2.3.3开环直流调速系统的局限性42
2.4转速单反馈闭环直流调速系统43
2.4.1转速单反馈闭环系统的静
特性43
2.4.2转速单反馈闭环系统的稳
定性45
2.5闭环控制系统的工程设计方法47
2.5.1自动控制原理的基本结论47
2.5.2典型系统49
2.5.3近似典型系统58
2.6转速单反馈闭环直流调速系统的动
态设计62
2.6.1动态设计62
2.6.2电流截止负反馈64
2.6.3转速单反馈闭环直流调速系统
的局限性68
2.7转速电流双闭环直流调速系统的原
理和静态设计68
2.7.1电流反馈环的作用68
2.7.2双闭环直流调速系统的起动
过程70
2.7.3双闭环直流调速系统的稳态
设计71
2.8双闭环直流调速系统的动态设计73
2.8.1电流环设计73
2.8.2转速环设计74
2.8.3转速调节器积分退饱和超调78
2.8.4转速超调的抑制措施79
2.9转速电流双闭环直流调速系统的
抗扰特性82
2.9.1扰动模型82
2.9.2抗负载电流扰动的特性83
2.9.3抗扰性能的进一步改进85
2.10可逆直流调速系统88
2.10.1H形PWM变换电源供电的可
逆直流调速系统88
2.10.2可逆相控整流供电的直流调速
系统89
2.11本章小结92
思考题与习题93
第3章机电能量转换基础95
3.1磁路95
3.1.1磁场的建立95
3.1.2磁路的欧姆定律96
3.1.3磁路中铁心的作用97
3.2感应电动势98
3.2.1电磁感应定律与电动势98
3.2.2变压器电动势与运动电动势99
3.3磁场能量与电感100
3.3.1磁场储能与磁共能100
3.3.2电感及用电感表示的磁场
能量101
3.4机电能量转换的基本原理104
3.4.1典型的机电能量转换装置104
3.4.2电磁力和电磁转矩104
思考题与习题108
第4章异步电动机与调速110
4.1概述110
4.1.1直流电动机与交流电动机的
比较110
4.1.2交流电动机调速的技术突破111
4.1.3交流电动机调速的方法111
4.2异步电动机调速112
4.2.1旋转磁场112
4.2.2正弦波磁场的矢量表示及时
空矢量图114
4.2.3转矩的产生116
4.2.4稳态等效电路117
4.2.5机械特性120
4.2.6变压恒频(VVCF)运行120
4.2.7变压变频(VVVF)运行121
4.2.8恒流运行时的机械特性124
4.2.9绕线转子异步电动机调速126
4.3异步电动机的动态数学模型与
坐标变换130
4.3.1电动机等效的原则130
4.3.2坐标变换131
4.3.3三相异步电动机的多变量非
线性数学模型134
4.3.4异步电动机在两相dq坐
标系上的数学模型138
4.3.5三相异步电动机在两相坐标系
上的状态方程142
思考题与习题143
第5章异步电动机恒压频比控制146
5.1变压变频调速的一般基础146
5.1.1变压变频调速时的U/f关系146
5.1.2交直交电压型方波逆变器
的工作原理147
5.1.3交直交电流型方波逆变器
的工作原理147
5.1.4逆变器的电压控制方式148
5.2转速开环交直交电压型变频调
速系统149
5.2.1系统结构框图149
5.2.2系统的基本单元149
5.3转速开环交直交电流型变频调
速系统152
5.3.1系统结构框图152
5.3.2系统的基本单元153
5.4谐波的影响154
5.4.1转矩脉动154
5.4.2谐波发热155
5.4.3参数变化155
5.4.4噪声155
5.5脉宽调制158
5.5.1正弦PWM(SPWM)158
5.5.2电流跟踪型PWM161
5.5.3空间矢量PWM(SVPWM)163
5.6转速闭环转差频率控制的变频
调速系统169
5.6.1转速闭环磁链开环的转差频率
控制系统169
5.6.2转矩和磁链闭环的转差频率控
制系统170
5.7基于小信号模型的异步电动机
闭环控制171
5.8V/F控制的通用变频器175
5.8.1通用变频器的基本结构175
5.8.2通用变频器的控制方式178
5.8.3通用变频器的附加功能178
5.8.4通用变频器的保护180
5.8.5通用变频器的外围设备182
思考题与习题183
第6章异步电动机矢量控制与直接
转矩控制184
6.1矢量控制的基本思路184
6.1.1模仿直流电动机184
6.1.2矢量控制原理185
6.2按转子磁链定向异步电动机矢量
控制系统186
6.2.1按转子磁链定向的矢量控制
方程186
6.2.2转子磁链的电压和电流模型188
6.2.3异步电动机转子磁链定向矢
量控制系统191
6.2.4转差频率推算中参数变化的
影响与对策194
6.2.5无速度传感器矢量控制系统196
6.3基于动态模型按定子磁链控制的
异步电动机直接转矩控制198
6.3.1用定子和转子磁链表示的
转矩方程198
6.3.2定子电压矢量对磁链和转矩
的调节作用199
6.3.3异步电动机直接转矩控制
系统200
6.4矢量控制与直接转矩控制的比较204
思考题与习题204
第7章同步电动机与变频
调速206
7.1同步电动机206
7.1.1直流励磁同步电动机206
7.1.2永磁同步电动机210
7.2变磁阻电动机214
7.2.1开关磁阻电动机214
7.2.2步进电动机215
7.3同步电动机他控变频调速系统215
7.3.1正弦波永磁同步电动机
开环V/F控制216
7.3.2正弦波永磁同步电动机矢量
控制217
7.3.3直流励磁同步电动机调速
系统219
7.4同步电动机自控变频调速系统223
7.4.1梯形波永磁同步电动机(无刷
直流电动机)自控变频调速
系统224
7.4.2正弦波永磁同步电动机自控变
频调速系统230
7.5开关磁阻电动机调速系统231
7.6同步电动机在同步旋转dq坐标系
上的动态数学模型235
7.7交流电动机变频调速总结237
思考题与习题238
第8章电力拖动在运动控制系统
中的应用240
8.1电力拖动速度控制系统240
8.1.1恒压供水系统(无塔上水)240
8.1.2多电动机同步调速系统242
8.1.3卷绕机械恒张力控制245
8.2电力拖动位置控制系统245
8.2.1位置控制系统概述245
8.2.2电梯位置控制系统246
8.2.3运动对象的位置控制248
8.2.4时间最优的位置控制249
8.3数控机床伺服系统251
8.3.1数控机床概述251
8.3.2闭环伺服系统252
8.3.3数控机床的轨迹控制原理及
实现255
8.4机器人运动控制技术261
思考题与习题262
第9章计算机控制的电力拖动运动
控制系统263
9.1数字控制电力拖动运动控制基础263
9.1.1数字控制的电力拖动系统
结构263
9.1.2计算机控制系统的数学描述266
9.2连续域离散化设计269
9.2.1设计原理及步骤269
9.2.2各种离散化的方法270
9.2.3数字PID调节器的设计275
9.2.4PID调节参数的整定277
9.3电动机控制专用微处理器与集成
电路279
9.3.1单片机与DSP279
9.3.2专用集成电路282
9.4基于TMS320LF2407A的DSP电动机
控制系统286
9.4.1直流电动机的DSP控制286
9.4.2无刷直流电动机的DSP控制287
9.4.3异步电动机的DSP矢量控制291
思考题与习题297
思考题与习题参考答案298
参考文献305