本书密切结合工程实际,系统地介绍了典型自动控制系统的组成原理、分析方法和工程设计方法,并给出了实际系统线路和设计实例。内容包括直流调速系统、交流调速系统和位置伺服系统。直流调速系统在介绍脉冲相位控制和脉冲宽度调制调速系统的基础上,以脉冲相位控制系统为例介绍了直流调速系统的各种闭环控制方法、闭环控制系统的分析设计方法。交流调速系统以变频调速为主线,**介绍转差频率控制、矢量变换控制、直接转矩控制的控制思想。位置伺服系统主要介绍高精度位置伺服系统的分析、设计、调试和故障诊断等。特别介绍了非线性补偿,干摩擦、机械谐振、传动间隙对伺服系统的影响及其补偿方法,伺服系统的鲁棒性、可靠性和电磁兼容性等比较新的内容,并以伺服系统为例介绍了自动控制系统的数字控制原理、分析方法和设计方法。
本书选材既考虑基础理论又注重工程实用性。叙述力求深入浅出,通俗易懂,并有典型线路和图表。
本书可作为高等学校自动化类专业、机电类专业等相关专业的本科生、研究生的教材或参考书,也可供科学研究与工程设计人员参考。

第4章 同步电机变频调速系统
4.1 同步电机的基本特征与运行特性
一、同步电机的基本��征
同步电机变频调速是交流电机调速的一个重要方面,它的应用领域十分广泛,中大型空气压缩机、离心机、窑炉传动、鼓风机、水泵、发电机组及大型轧机等大都采用同步电机变频调速系统。同步电机的优点在于运行速度恒定,通过励磁调节可以提高系统功率因数,机组效率较异步电机高。以往的同步电机不能实现自启动,同步电机启动时必须采取辅助措施,重载时会产生振荡并导致失步跳闸,使其应用受到限制。随着电力电子及变频技术的发展,电压频率协调控制使得原来阻碍同步电机应用的问题迎刃而解。启动问题由于频率可以平滑调节,当频率由低调到高时,转速就随之逐渐上升,不需要任何其他启动措施。振荡和失步问题的起因是由于旋转磁场的同步转速固定不变,电机转子落后的角度太大导致振荡乃至失步。而采用频率闭环控制的同步转速可以跟随频率改变,因此就不会出现振荡和失步现象。
根据调速系统的容量不同,所采用的同步电机在结构形式上也有所差异。大中容量的调速系统一般采用普通的电流励磁形式,通过电刷和滑环引入励磁电流,由于电刷和集电环的存在,增加了维护检修工作量,并限制了电机在恶劣环境下的使用。如果做成无接触式,中小容量电机可采用爪极式结构;较大容量电机通常还是采用一般的同步电机结构,利用旋转变压器将交流电引入到转子,然后经过装在电机转子上的二极管整流把交流变成直流,给电机的励磁绕组供电,这样就可避免滑环和电刷,做成完全无接触式,便于维护和检修。对于小型调速装置,特别是多机传动系统,多采用结构更简单的磁阻式或永磁式同步电机,这些电机也是无接触式,使用维护比较方便,尤其是近年来在永磁材料的生产方面出现了突破性的进展,永磁式同步电机的变频调速系统将会有很大的发展。永磁同步电机转子采用稀土永磁材料,如钐钴合金、钕铁硼合金等,使电机体积和质量大大减小,结构简单,维护方便,运行可靠,且效率比同容量异步电机提高4%~l3%,功率因数提高5%~20%,在千瓦级伺服系统中,可以替代直流电机成为真正的无刷直流电机。开关磁阻电机是由反应式步进电机发展起来的,突破了传统电机的结构模式和原理。开关磁阻电机定子、转子采用双凸结构,转子上没有绕组,定子为集中绕组,虽然转子上多了一个位置检测器,总体上比笼型异步电机简单、坚固、便宜,更重要的是其绕组电流不是交流,而是直流脉冲,因此变流器造价低,而且可靠性高。磁阻电机的不足之处是低速时转矩脉动大,效率偏低,功率因数差,单机容量不可能做得很大。
……

第1章 电气传动基础
1.1 电气传动的动力学基础
一、基本运动方程式
二、转矩、飞轮矩的折算及实验测定
三、电机的机械特性和负载转矩特性
1.2 直流他励电机的机械特性及运行方法
一、直流他励电机的机械特性
二、直流他励电机的调速
三、直流他励电机的启动
四、直流他励电机的制动
五、直流他励电机传动的动态特性
1.3 异步电机的机械特性及运行方法
一、异步电机的机械特性
二、异步电机的调速
三、异步电机的启动
四、异步电机的制动
习题与思考题
第2章 直流调速系统
2.1 直流开环调速系统
一、旋转变流机组供电的直流调速系统
二、晶闸管脉冲相位控制直流调速系统
三、脉冲宽度调制直流调速系统
四、直流开环调速系统的传递函数
2.2 单闭环直流调速系统
一、闭环调速系统常用调节器
二、单闭环直流调速系统
三、带电流截止负反馈的闭环调速系统
四、闭环调速系统的设计
2.3 多环直流调速系统
一、转速、电流双闭环调速系统及其静特性
二、转速、电流双闭环调速系统的动态性能
三、三环控制的直流调速系统
四、双域控制的直流调速系统
2.4 晶闸管一电机闭环可逆调速系统
一、有环流可逆调速系统
二、可控环流的可逆调速系统
三、逻辑无环流可逆调速系统
2.5 闭环调速系统调节器的工程设计方法
一、典型系统及性能分析
二、调节器的工程设计方法
三、转速、电流双闭环系统的设计
习题与思考题
第3章 异步电机变频调速系统
3.1 异步电机多变量数学模型
一、异步电机的基本方程(多变量数学模型)
二、坐标变换
三、异步电机在两相(α-β)静止坐标系上的数学模型
四、异步电机在两相(d-q)旋转坐标系上的数学模型
五、异步电机在两相(M-T)旋转坐标系上的数学模型
3.2 变频器
一、交-交变频器
二、交-直-交变频器的基本类型和l80°导通型与120°导通型逆变器
三、电压正弦PWM逆变器
四、电流正弦PWM逆变器
五、磁通正弦PWM逆变器
3.3 标量控制的变频调速系统
一、电压频率协调控制的变频调速系统
二、转差频率控制变频调速系统
3.4 矢量变换控制变频调速系统
一、矢量变换控制的基本思想
二、矢量变换控制的基本方程式
三、矢量变换控制变频调速系统
四、转子磁链观测模型
3.5 直接转矩控制变频调速系统
一、电压空间矢量对电磁转矩的影响
二、直接转矩控制的基本结构
三、圆形磁链轨迹直接转矩控制变频调速系统
四、定子磁链的观测模型
习题与思考题
第4章 同步电机变频调速系统
第5章 位置伺服系统
第6章 伺服系统的非线性控制
第7章 数字控制的伺服系统
附录
参考文献