电机拖动与运动控制系统
作者: 李宁,黄家才,陈桂
出版时间:2022-12
出版社:高等教育出版社
江苏省高等学校重点教材
- 高等教育出版社
- 9787040577372
- 1版
- 440633
- 46252153-5
- 16开
- 2022-12
- 500
- 292
- 工学
- 电气工程
- 电气类、电子信息类、自动化类
- 本科 高职
本书是在全国教育科学“十五”规划课题研究成果《运动控制系统》的基础上,经过多年的使用和锤炼,加入了电机与拖动的相关内容,重新编写而成的。本书经江苏省教育厅立项,是“十三五”江苏省高等学校重点建设教材。
本书内容涵盖电动机的原理、特性以及电动机控制系统,共分11章,分别是:基本电磁耦合系统概述、旋转电机、直流电动机调速系统、异步电动机变频调速系统、三相异步电动机矢量控制系统、三相永磁同步伺服电动机控制系统、三相方波永磁同步电动机控制系统、位置控制系统、电动机双闭环系统PI控制器设计、电动机双闭环系统分数阶控制器设计、电动机运动控制系统实验。
本书适合作为高等学校自动化、电气工程及其自动化、机械电子工程等专业本科生的教材,也可供有关工程技术人员参考。
前辅文
第1章 基本电磁耦合系统概述
1.1 磁路
1.1.1 基本电磁学原理
1.1.2 磁路中的欧姆定律
1.1.3 磁路中的能量
1.2 变压器
1.2.1 变压器的电磁耦合模型
1.2.2 变压器的电压平衡关系
1.2.3 变压器的等效电路
1.3 具有机械端口的电磁耦合系统
1.3.1 磁能、磁共能和电磁力
1.3.2 多电气端口的机电系统
1.4 磁性材料及永磁体
1.4.1 软磁材料及特性
1.4.2 硬磁材料及特性
1.4.3 含永磁体的电磁耦合系统的计算
习题和思考题
第2章 旋转电机
2.1 旋转电机的分类和基本结构特征
2.1.1 动生电动势和感应电动势
2.1.2 旋转电机的电枢
2.1.3 根据电枢所在的位置对旋转电机分类
2.2 旋转电机的绕组
2.2.1 集中式绕组和分布式绕组
2.2.2 分布式绕组的基本形式
2.2.3 交流电机分布式绕组的实例分析
2.2.4 直流电机分布式绕组的实例分析
2.3 旋转电机绕组的磁动势和磁场
2.3.1 单个线圈元件的磁动势
2.3.2 交流电机分布式相绕组的磁动势
2.3.3 交流电机三相绕组的合成磁动势
2.3.4 直流电机转子绕组的磁动势
2.4 直流电动机及其工作特性
2.4.1 直流电动机的定子
2.4.2 直流电动机的转子
2.4.3 直流电动机的电刷
2.4.4 直流电动机电枢绕组的电动势
2.4.5 直流电动机的转矩
2.4.6 直流电动机的功率
2.4.7 直流电动机的激磁方式和机械特性
2.4.8 直流电动机的调速方式
2.4.9 直流电动机的起动、制动和四象限运行
2.4.10 直流电动机的动态过程及数学模型
2.5 三相异步电动机及工作特性
2.5.1 三相异步电动机的结构
2.5.2 三相异步电动机的工作原理
2.5.3 三相异步电动机中的物理量
2.5.4 三相异步电动机运行时的平衡方程
2.5.5 三相异步电动机的等效电路
2.5.6 三相异步电动机中旋转矢量的空间相位图
2.5.7 三相异步电动机的功率和损耗
2.5.8 三相异步电动机的电磁转矩
2.5.9 三相异步电动机的机械特性
2.5.10 三相异步电动机的机械特性的工程表达式
2.6 三相永磁同步电动机及工作特性
2.6.1 三相永磁同步电动机的结构和特点
2.6.2 三相永磁同步电动机转子磁极的安装方式
2.6.3 三相永磁同步电动机的转子磁路
2.6.4 三相永磁同步电动机转子的隔磁措施
2.6.5 三相永磁同步电动机的电枢反应和双反应理论
2.6.6 三相永磁同步电动机转子的电气属性
2.6.7 三相永磁同步电动机的平衡方程
2.6.8 三相隐极式永磁同步电动机的等效电路
2.6.9 三相隐极式永磁同步电动机的电磁功率和电磁转矩
2.6.10 三相凸极式永磁同步电动机的等效电路
2.6.11 三相凸极式永磁同步电动机的电磁功率和转矩
习题和思考题
第3章 直流电动机调速系统
3.1 直流电动机的调速原理
3.1.1 改变电枢端电压调速
3.1.2 改变磁通调速
3.2 速度控制的要求和调速指标
3.2.1 调速系统的静态指标
3.2.2 调速系统的动态指标
3.2.3 调速系统的经济指标
3.3 直流PWM变换器
3.3.1 脉宽调制的基本原理及甲类PWM变换器
3.3.2 乙类PWM变换器
3.3.3 丙类PWM变换器
3.4 直流PWM变换器的控制原理
3.4.1 适用于双极式控制方式的脉宽调制器
3.4.2 适用于单极式控制方式的脉宽调制器
3.4.3 微处理器控制的脉宽调制器
3.5 直流电动机单闭环控制系统的结构
3.5.1 开环调速系统的性能和存在的问题
3.5.2 单闭环直流电动机速度控制系统
3.5.3 带有电流截止负反馈的单闭环速度控制系统
3.6 单闭环直流电动机速度控制系统的稳态性能分析
3.6.1 转速负反馈单闭环直流电动机速度有差控制系统的稳态分析
3.6.2 带电流截止负反馈的单闭环调速系统的稳态分析
3.6.3 转速负反馈单闭环调速系统的稳态参数计算
3.7 单闭环直流电动机速度控制系统的动态分析
3.7.1 单闭环直流电动机速度控制系统的动态数学模型
3.7.2 单闭环直流电动机速度控制系统的稳定条件
3.7.3 无静差调速的原理
3.7.4 比例积分控制器
3.8 转速、电流双闭环的速度控制系统
3.8.1 单闭环调速系统存在的问题
3.8.2 转速、电流双闭环调速系统的组成
3.8.3 转速、电流双闭环调速系统的稳态结构图和稳态特性
3.8.4 转速、电流双闭环调速系统的动态性能
3.8.5 双闭环调速系统控制器的设计
3.9 微处理器控制的双闭环直流电动机调速系统
3.9.1 微处理器控制的双闭环直流电动机调速系统的硬件结构
3.9.2 微处理器控制的双闭环直流电动机调速系统的软件流程
3.10 用MATLAB对直流电动机速度控制系统进行仿真分析
3.10.1 单闭环速度控制系统的仿真分析
3.10.2 双闭环速度控制系统的仿真分析
习题和思考题
第4章 异步电动机变频调速系统
4.1 变频调速的基本原理
4.1.1 基频以下的恒磁通变频调速
4.1.2 基频以上的弱磁变频调速
4.2 变频器的基本结构
4.2.1 交流直流交流型变频器
4.2.2 中间直流储能环节的能量处理
4.3 正弦波脉宽调制
4.3.1 正弦波脉宽调制的工作原理
4.3.2 正弦波脉宽调制的调制方式
4.3.3 正弦波脉宽调制的软件实现
4.4 消除特定次高次谐波的PWM控制
4.5 空间电压矢量调制
4.5.1 空间电压矢量
4.5.2 零矢量的作用
4.5.3 空间电压矢量控制算法
4.6 SVPWM与SPWM的关系
4.6.1 SVPWM控制方式下的调制函数
4.6.2 三次谐波注入PWM控制方式
4.7 变频调速系统的仿真研究
4.7.1 变频调速仿真系统的建立
4.7.2 自然采样SPWM控制原理的仿真研究
4.7.3 规则采样SPWM控制算法的仿真研究
4.7.4 SVPWM控制算法的仿真研究
4.8 变频器的应用和参数设置
4.8.1 VVVF变频器的基本结构
4.8.2 变频器的主要控制参数
习题和思考题
第5章 三相异步电动机矢量控制系统
5.1 三相异步电动机矢量控制的基本思想
5.2 三相交流电动机的坐标变换
5.2.1 三相旋转磁场和两相旋转磁场
5.2.2 三相坐标与两相坐标的变换
5.2.3 静止坐标与旋转坐标的变换
5.3 三相异步电动机的数学模型
5.3.1 三相异步电动机的绕组系模型
5.3.2 将转子电流折合到定子坐标系中
5.3.3 绕组磁通
5.3.4 静止坐标系中的电压方程
5.3.5 旋转坐标系中的电压方程
5.4 三相异步电动机磁场定向控制系统
5.4.1 三相异步电动机磁场定向控制的基本原理
5.4.2 转子磁通运算器
5.4.3 转子磁场定向矢量控制系统的结构
5.5 三相异步电动机转差频率矢量控制系统
5.5.1 三相异步电动机转差频率矢量控制的基本原理
5.5.2 三相异步电动机转差频率矢量控制系统的结构
5.6 异步电动机矢量控制系统的仿真研究
5.6.1 异步电动机矢量控制系统仿真模型的建立
5.6.2 仿真模型中的各子模块
5.6.3 异步电动机矢量控制系统仿真
习题和思考题
第6章 三相永磁同步伺服电动机控制系统
6.1 三相永磁同步伺服电动机及其数学模型
6.1.1 三相永磁同步电动机在d-q坐标系中的磁链方程
6.1.2 三相永磁同步电动机在d-q坐标系中的电压方程
6.1.3 三相永磁同步电动机的转矩方程
6.2 三相永磁同步伺服电动机的控制方式
6.2.1 控制id=0以实现最大转矩输出
6.2.2 控制id<0以达到弱磁升速的目的
6.3 三相永磁同步电动机控制系统的原理和结构
6.3.1 交直轴电流的动态反馈解耦控制
6.3.2 基于两相静止坐标系的SVPWM算法
6.3.3 数字式速度检测方法
6.3.4 永磁同步电动机转子初始位置的检测
6.4 三相永磁同步电动机控制系统仿真
6.4.1 三相永磁同步电动机控制系统仿真模型
6.4.2 三相永磁同步电动机控制系统仿真研究
习题和思考题
第7章 三相方波永磁同步电动机控制系统
7.1 三相永磁无刷直流电动机的结构特点和换向原理
7.1.1 三相永磁无刷直流电动机的结构特点
7.1.2 三相永磁无刷直流电动机的转子位置传感器
7.1.3 三相永磁无刷直流电动机的换向原理
7.2 三相永磁无刷直流电动机的基本公式和数学模型
7.2.1 电枢绕组的反电势
7.2.2 电磁转矩
7.3 三相永磁无刷直流电动机的转矩波动
7.4 三相永磁无刷直流电动机的驱动控制
7.4.1 开环型三相无刷直流电动机驱动器
7.4.2 速度闭环的无刷直流电动机驱动器
7.4.3 速度电流双闭环的无刷直流电动机驱动器
7.5 无位置传感器的无刷直流电动机的驱动控制
7.5.1 无刷直流电动机转子位置的估计方法
7.5.2 无位置传感器的无刷直流电动机控制系统的构成
习题和思考题
第8章 位置控制系统
8.1 位置控制系统的基本结构
8.2 位置控制系统的基本性能指标
8.2.1 位置稳态跟随误差
8.2.2 定位精度与速度控制范围
8.2.3 最大快移速度
8.2.4 伺服刚度
8.3 位置伺服系统的数学模型和控制方法
8.3.1 位置伺服系统的数学模型
8.3.2 位置指令信号的形式
8.3.3 位置跟随误差和伺服滞后时间
8.3.4 位置控制器
8.3.5 变比例系数的位置控制
8.3.6 前馈补偿和复合控制
8.4 位置伺服系统的软硬件结构
8.4.1 光电脉冲编码器及其信号处理电路
8.4.2 位置反馈接口电路
8.4.3 位置指令信号的输入
8.4.4 位置控制流程
8.5 电子齿轮的原理及实现方法
8.5.1 电子齿轮的原理
8.5.2 实现电子齿轮功能的算法
习题和思考题
第9章 电动机双闭环系统PI控制器设计
9.1 引言
9.2 控制器设计
9.2.1 电流环PI控制器的设计
9.2.2 速度环PI控制器的设计
9.3 永磁同步电动机双闭环硬件在环实验
9.3.1 实验平台介绍
9.3.2 速度、电流双闭环PI控制实验
9.3.3 结论
习题和思考题
第10章 电动机双闭环系统分数阶控制器设计
10.1 引言
10.2 分数阶微积分基础
10.2.1 分数阶微积分的定义
10.2.2 分数阶微积分的性质
10.2.3 分数阶系统的传递函数
10.2.4 典型分数阶环节的传递函数
10.3 分数阶微积分算子离散化
10.3.1 分数阶微积分算子间接离散化方法
10.3.2 分数阶微积分算子的直接离散化方法
10.4 永磁同步电动机的分数阶控制器设计
10.4.1 被控对象模型和控制器参数整定方法
10.4.2 分数阶控制器设计
10.4.3 硬件在环实验
10.5 小结
习题和思考题
第11章 电动机运动控制系统实验
11.1 KR系列电动机运动控制系统简介
11.2 KR-DC直流PWM双闭环调速实验系统及相应的实验
11.2.1 脉宽调制(PWM)的实验
11.2.2 速度反馈单闭环直流电动机控制系统实验
11.2.3 转速、电流双闭环直流电动机控制系统实验
11.3 KR-VF系列三相异步电动机变频调速实验系统及相应的实验
11.3.1 变频调速原理的实验
11.3.2 变频器应用的实验
11.4 KR-LZH三相异步电动机矢量控制实验系统及相应的实验
11.4.1 速度控制器参数的实验
11.4.2 3/2变换的实验
11.4.3 旋转变换的实验
11.4.4 电流控制的实验
11.5 KR-BLDC无刷直流电动机控制实验系统及相应的实验
11.5.1 转子位置检测器和电子换向器的实验
11.5.2 无刷直流电动机的调速实验
11.5.3 利用转子位置检测信号测量速度的实验
11.5.4 速度调节器的实验
11.5.5 电枢电流控制的实验
11.5.6 基于无刷直流电动机的快速定位控制的实验
11.6 KR-PMSM交流伺服实验系统及相应的实验
11.6.1 光电编码器反馈信号的倍频和辨向处理的实验
11.6.2 位置反馈计数通道的实验
11.6.3 位置进给指令的实验
11.6.4 电子齿轮的实验
11.6.5 位置控制器参数的实验
11.6.6 设定速度控制器参数的实验
11.6.7 积分分离模式开关的实验