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內容簡介

　　本書是在第4版的基礎上修訂而成的，內容的主綫仍然是電力拖動控製係統的原理、分析和設計。編寫本書的主要思路是：理論與實際相結閤，應用自動控製理論解決運動控製係統的分析和設計等實際問題。以轉速、轉矩（電流）和磁鏈（磁通）控製規律為主綫，由簡入繁、由低及高地循序漸進，按照從開環到閉環、從直流到交流、從調速到伺服的層次論述運動控製係統的靜、動態性能和設計方法。

目錄

序
前言
常用符號錶
第1章緒論
1.1運動控製係統及其組成
1.1.1電動機
1.1.2功率放大與變換裝置
1.1.3控製器
1.1.4信號檢測與處理
1.2運動控製係統的曆史與發展
1.3運動控製係統的轉矩控製規律
1.4生産機械的負載轉矩特性
1.4.1恒轉矩負載特性
1.4.2恒功率負載特性
1.4.3風機、泵類負載特性
第1篇直流調速係統
第2章轉速開環控製的直流調速係統
2.1晶閘管整流器直流電動機係統的工作原理及調速特性
2.1.1觸發脈衝相位控製
2.1.2電流脈動及波形斷續問題
2.1.3晶閘管整流器直流電動機係統的機械特性
2.1.4晶閘管觸發和整流裝置的傳遞函數
2.1.5晶閘管整流器直流電動機係統的可逆運行
2.2PWM變換器電動機係統的工作原理及調速特性
2.2.1不可逆PWM變換器電動機係統
2.2.2可逆PWM變換器電動機係統
2.2.3直流PWM調速係統的機械特性
2.2.4PWM控製器與變換器的動態數學模型
2.2.5直流PWM調速係統的電能迴饋和泵升電壓
2.3穩態調速性能指標和開環係統存在的問題
2.3.1轉速控製的要求和穩態調速性能指標
2.3.2開環直流調速係統的性能和存在的問題
思考題
習題
第3章轉速閉環控製的直流調速係統
3.1有靜差的轉速閉環直流調速係統
3.1.1比例控製轉速閉環直流調速係統的結構與靜特性
3.1.2開環係統機械特性和比例控製閉環係統靜特性的對比分析
3.1.3閉環直流調速係統的反饋控製規律
3.1.4比例控製轉速閉環係統的穩定性
3.2無靜差的轉速閉環直流調速係統
3.2.1積分調節器和積分控製規律
3.2.2比例積分控製規律
3.2.3無靜差的轉速閉環直流調速係統穩態參數計算
3.3轉速閉環直流調速係統的限流保護
3.3.1轉速閉環直流調速係統的限流問題
3.3.2帶電流截止負反饋環節的直流調速係統
3.4轉速閉環控製直流調速係統的仿真
3.4.1轉速閉環直流調速係統仿真平颱
3.4.2仿真模型的建立
3.4.3仿真模型的運行
3.4.4調節器參數的調整
思考題
習題
第4章轉速、電流雙閉環控製的直流調速係統
4.1轉速、電流雙閉環控製直流調速係統的組成及其靜特性
4.1.1轉速、電流雙閉環控製直流調速係統的組成
4.1.2穩態結構圖與參數計算
4.2轉速、電流雙閉環控製直流調速係統的數學模型與動態過程分析
4.2.1轉速、電流雙閉環控製直流調速係統的動態數學模型
4.2.2轉速、電流雙閉環控製直流調速係統的動態過程分析
4.2.3轉速、電流調節器在雙閉環直流調速係統中的作用
4.3轉速、電流雙閉環控製直流調速係統的設計
4.3.1控製係統的動態性能指標
4.3.2調節器的工程設計方法
4.3.3控製對象的工程近似處理方法
4.3.4按工程設計方法設計轉速、電流雙閉環控製直流調速係統的調節器
4.4雙閉環直流調速係統的弱磁控製
4.4.1弱磁與調壓的配閤控製
4.4.2勵磁電流的閉環控製
4.5轉速、電流雙閉環控製直流調速係統的仿真
思考題
習題
第5章直流調速係統的數字控製
5.1采樣頻率的選擇
5.2轉速檢測的數字化
5.2.1鏇轉編碼器
5.2.2數字測速方法的精度指標
5.2.3M法測速
5.2.4T法測速
5.2.5M/T法測速
5.3數字PI調節器
5.4數字控製器的設計
5.5數字控製的PWM可逆直流調速係統
習題
第2篇交流調速係統
第6章基於穩態模型的異步電動機調速係統
6.1異步電動機的穩態數學模型和調速方法
6.1.1異步電動機的穩態數學模型
6.1.2異步電動機的調速方法與氣隙磁通
6.2異步電動機的調壓調速
6.2.1異步電動機調壓調速的主電路
6.2.2異步電動機調壓調速的機械特性
6.2.3閉環控製的調壓調速係統
6.2.4降壓控製在軟起動器和輕載降壓節能運行中的應用
6.3異步電動機的變壓變頻調速
6.3.1變壓變頻調速的基本原理
6.3.2變壓變頻調速時的機械特性
6.3.3基頻以下的電壓補償控製
6.4電力電子變壓變頻器
6.4.1交直交PWM變頻器主迴路
6.4.2正弦波脈寬調製（SPWM）技術
6.4.3消除指定次數諧波的PWM（SHEPWM）控製技術
6.4.4電流跟蹤PWM（CFPWM）控製技術
6.4.5電壓空間矢量PWM（SVPWM）控製技術（磁鏈跟蹤控製技術）
6.4.6交流PWM變頻器異步電動機係統的特殊問題
6.5轉速開環變壓變頻調速係統
6.5.1轉速開環變壓變頻調速係統的結構
6.5.2係統實現
6.6轉速閉環轉差頻率控製的變壓變頻調速係統
6.6.1轉差頻率控製的基本概念及特點
6.6.2轉差頻率控製係統結構及性能分析
6.6.3最大轉差頻率ωsmax的計算
6.6.4轉差頻率控製係統的特點
思考題
習題
第7章基於動態模型的異步電動機調速係統
7.1異步電動機動態數學模型的性質
7.2異步電動機的三相數學模型
7.2.1異步電動機三相動態模型的數學錶達式
7.2.2異步電動機三相原始模型的性質
7.3坐標變換
7.3.1坐標變換的基本思路
7.3.2三相兩相變換（3/2變換）
7.3.3靜止兩相鏇轉正交變換（2s/2r變換）
7.4異步電動機在正交坐標係上的動態數學模型
7.4.1靜止兩相正交坐標係中的動態數學模型
7.4.

前言/序言

　　前言本書適用於高等院校電氣工程及其自動化、自動化專業本科“運動控製係統”或“電力拖動自動控製係統”課程教學，其深入部分也可作為電力電子與電力傳動、工業自動化等相關學科研究生用書，還可供從事電力拖動控製係統的工程技術人員參考。
　　本書第1版的書名是《自動控製係統》，於1981年齣版，第2版改名為《電力拖動自動控製係統》，於1992年齣版，並榮獲第三屆機械部優秀教材一等奬。作為普通高等教育“九五”國傢級重點教材的第3版改名為《電力拖動自動控製係統——運動控製係統》，於2003年齣版。2009年修訂齣版第4版，2011年，本書獲上海市普通高校優秀教材奬一等奬和中國機械工業科學技術奬二等奬。本書自第1版齣版以來，社會反響良好，獲得相關課程授課教師的廣泛選用及好評。為瞭進一步促進和提高相關課程的教學質量，為教師、學生提供更好的教材，機械工業齣版社將本書第5版再次列入瞭重點教材精品化建設計劃，以期繼續完善、提高教材的質量。
　　本書第5版的主綫仍然是電力拖動控製係統的原理、分析和設計。主要思路是：理論與實際相結閤，應用自動控製理論解決運動控製係統的分析和設計等實際問題。以轉速、轉矩（電流）和磁鏈（磁通）控製規律為主綫，由簡入繁、由低及高地循序漸進，按照從開環到閉環、從直流到交流、從調速到伺服的層次論述運動控製係統的靜、動態性能和設計方法。
　　交流調速係統是現代實際應用的主流，但直流調速係統仍是其理論基礎，所以本書仍從直流係統入門，在建立瞭紮實的控製係統分析與設計的概念和能力以後，再進入交流調速係統的學習，最後在掌握瞭調速係統的基本規律和設計方法的基礎上，進一步學習伺服係統的分析與設計。根據編著者的教學經驗，交流電動機的動態模型、矢量控製係統與直接轉矩控製係統在本科教學中難度較大，應該讓學生掌握其基本概念和分析方法，授課教師可在實際教學中靈活處理其深度。
　　直流調速係統部分在沿承第3版的經典結構和內容、吸收第4版數字控製精華的基礎上，主要做瞭如下改動：
　　1）考慮到中小功率直流調速係統中已用PWM變換器取代瞭晶閘管整流器，因此刪減瞭VM可逆直流調速係統部分，以PWM變換器為主要供電方式，並在第4章中先後分析瞭起動過程和轉速反嚮過渡過程。
　　2）更加強調運動控製係統概念。在第2章闡述電力電子變換器和電動機機械特性時，結閤PWM脈衝産生原理，推導控製電壓對電樞電壓和電動機機械特性的控製調節作用。在分析起動過程和製動過程時，結閤控製電壓變化分析瞭各階段轉速、電流變化規律。
　　3）第4章補充瞭按照典型Ⅱ型係統進行電流調節器設計。
　　4）第5章結閤運動控製係統討論電流環和轉速環采樣頻率確定方法；將轉速調節器輸齣與控製對象之間的零階保持器用一階慣性環節來近似，再按照模擬係統設計方法設計數字調節器，保留原工程設計方法簡單明瞭的優勢，又兼顧係統動態性能。
　　交流調速係統基本保留瞭第4版的內容和風格。第6章包括異步電動機穩態模型、PWM技術、調壓調速、轉速開環變壓變頻調速和轉速閉環轉差控製係統。第7章包括異步電動機動態模型、矢量控製係統與直接轉矩控製係統，對直接轉矩控製係統做瞭較大的改動，以切閤實際工程應用。第8章的標題改為“繞綫轉子異步電機轉子變頻控製係統”，以強調重點是“轉子變頻控製”，內容包括串級調速係統、雙饋調速係統和雙饋風力發電係統。第9章為同步電動機調速係統，對同步電動機的穩定運行、矢量控製和直接轉矩控製做瞭分析與討論。
　　第10章為伺服係統，包括直流和交流伺服係統，建立直流和交流伺服係統的統一模型，討論係統結構，並分析係統的設計方法及穩定性。
　　本書按64學時編寫，根據編著者的教學經驗，在64學時內，難以全部完成10章內容的教學。考慮到各校相應專業對課程的要求不同，在實際教學中可選用部分內容，以第2~7章為重點，帶*部分可作為選講內容。本書給齣一定數量的習題和思考題，以供任課教師選用。
　　本課是一門實踐性很強的課程，實驗是學好本課程必不可少的重要環節,可以隨課堂教學過程進行，也可以開設單獨的實驗課，其目的在於培養學生掌握實驗方法和運用理論分析解決實際問題的能力。
　　本書第5版由上海大學阮毅教授、楊影副教授和陳伯時教授修改編寫，其中直流調速係統部分（第2~5章）由楊影副教授修改編寫，陳伯時教授協助討論；交流調速係統部分第8章由陳伯時教授修改編寫；其餘各章均由阮毅教授修改編寫。
　　本書由清華大學楊耕教授主審，楊耕教授認真審閱瞭全部書稿，提齣瞭許多寶貴而中肯的修改意見，在此謹緻衷心的感謝。上海交通大學陳敏遜教授、陳維鈞副教授，上海大學倪國宗副教授和沙立民副教授參加過本教材前幾版的編寫工作，東南大學趙傢璧教授曾承擔前幾版的主審工作，自然有其不可磨滅的貢獻。天津大學馬小亮教授根據自身的工作經驗，對調節器的設計和數字調節器設計提齣瞭寶貴的意見，在此深錶謝意。
　　我們在修改編寫過程中雖然花瞭不少精力，但仍難免有錯誤與不足之處，殷切期望廣大讀者批評指正。
　　編著者
　　序隨著科學技術的不斷進步，電氣工程與自動化技術正以令人矚目的發展速度，改變著我國工業的整體麵貌。同時，對社會的生産方式、人們的生活方式和思想觀念也産生瞭重大的影響，並在現代化建設中發揮著越來越重要的作用。隨著與信息科學、計算機科學和能源科學等相關學科的交叉融閤，它正在嚮智能化、網絡化和集成化的方嚮發展。
　　教育是培養人纔和增強民族創新能力的基礎，高等學校作為國傢培養人纔的主要基地，肩負著教書育人的神聖使命。在實際教學中，根據社會需求，構建具有時代特徵、反映最新科技成果的知識體係是每個教育工作者義不容辭的光榮任務。
　　教書育人，教材先行。機械工業齣版社幾十年來齣版瞭大量的電氣工程與自動化類教材，有些教材十幾年、幾十年長盛不衰，有著很好的基礎。為瞭適應我國目前高等學校電氣工程與自動化類專業人纔培養的需要，配閤各高等學校的教學改革進程，滿足不同類型、不同層次的學校在課程設置上的需求，由中國機械工業教育協會電氣工程及自動化學科教育委員會、中國電工技術學會高校工業自動化教育專業委員會、機械工業齣版社共同發起成立瞭“全國高等學校電氣工程與自動化係列教材編審委員會”，組織齣版新的電氣工程與自動化類係列教材。這類教材基於“加強基礎，削枝強乾，循序漸進，力求創新”的原則，通過對傳統課程內容的整閤、交融和改革，以不同的模塊組閤來滿足各類學校特色辦學的需要。並力求做到：
　　1 適用性：結閤電氣工程與自動化類專業的培養目標、專業定位，按技術基礎課、專業基礎課、專業課和教學實踐等環節，進行選材組稿。對有的具有特色的教材采取一綱多本的方法。注重課程之間的交叉與銜接，在滿足係統性的前提下，盡量減少內容上的重復。
　　2 示範性：力求教材中展現的教學理念、知識體係、知識點和實施方案在本領域中具有廣泛的輻射性和示範性，代錶並引導教學發展的趨勢和方嚮。
　　3 創新性：在教材編寫中強調與時俱進，對原有的知識體係進行實質性的改革和發展，鼓勵教材涵蓋新體係、新內容、新技術，注重教學理論創新和實踐創新，以適應新形勢下的教學規律。
　　4 權威性：本係列教材的編委由長期工作在教學第一綫的知名教授和學者組成。他們知識淵博，經驗豐富。組稿過程嚴謹細緻，對書目確定、主編徵集、資料申報和專傢評審等都有明確的規範和要求，為確保教材的高質量提供瞭有力保障。
　　此套教材的順利齣版，先後得到全國數十所高校相關領導的大力支持和廣大骨乾教師的積極參與，在此謹錶示衷心的感謝，並歡迎廣大師生提齣寶貴的意見和建議。
　　此套教材的齣版如能在轉變教學思想、推動教學改革、更新專業知識體係、創造適應學生個性和多樣化發展的學習環境、培養學生的創新能力等方麵收到成效，我們將會感到莫大的欣慰。
　　全國高等學校電氣工程與自動化係列教材編審委員會

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