本書按照《全國高等學(xué)校自動化專業(yè)系列教材》編審委員會制定的要求編寫，適用于高等院校自動化專業(yè)以及電氣工程與自動化、電氣工程及其自動化專業(yè)本科“運(yùn)動控制系統(tǒng)”課程，也可供電力電子與電力傳動研究生和從事運(yùn)動控制系統(tǒng)的工程技術(shù)人員參考。
本書共3篇7章，內(nèi)容涵蓋: 可控電源電動機(jī)系統(tǒng)的特殊問題及機(jī)械特性，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)，交、直流調(diào)速系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，靜態(tài)和動態(tài)性能指標(biāo)及分析方法，反饋控制的基本特點(diǎn)，調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)及參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)仿真軟件在運(yùn)動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用等。本書以控制規(guī)律為主線，按照從直流到交流、從開環(huán)到閉環(huán)、從調(diào)速到伺服循序漸進(jìn)的原則編寫。
本書反映了技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展的4個(gè)特征: 全控型電力電子器件取代半控型器件，變換技術(shù)由相位控制轉(zhuǎn)變成脈寬調(diào)制; 模擬電子控制基本上讓位于計(jì)算機(jī)數(shù)字控制; 交流運(yùn)動控制系統(tǒng)逐步取代直流運(yùn)動控制系統(tǒng); 計(jì)算機(jī)仿真與輔助設(shè)計(jì)逐步融入運(yùn)動控制系統(tǒng)的性能分析與設(shè)計(jì)中。
本書屬于《全國高等學(xué)校自動化專業(yè)系列教材》，按照系列教材編審委員會制定的要求編寫，適用于高等院校自動化專業(yè)以及電氣工程與自動化、電氣工程及其自動化專業(yè)本科“運(yùn)動控制系統(tǒng)”課程，也可供電力電子與電力傳動碩士研究生和從事運(yùn)動控制系統(tǒng)的工程技術(shù)人員參考。
“運(yùn)動控制系統(tǒng)”是電氣工程與自動化專業(yè)、電氣工程及其自動化專業(yè)和自動化專業(yè)的專業(yè)主干課，綜合利用前期課程“自動控制理論”、“電力電子技術(shù)”、“電機(jī)與拖動基礎(chǔ)”、“計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)”的基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，掌握運(yùn)動控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。課程的要點(diǎn)是: 從實(shí)際出發(fā)，深入地進(jìn)行理論分析，應(yīng)用理論解決運(yùn)動控制系統(tǒng)中的實(shí)際問題，以計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)等手段驗(yàn)證理論分析結(jié)果，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。因此，“運(yùn)動控制系統(tǒng)”是培養(yǎng)自動化專業(yè)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的關(guān)鍵課程。
本書反映了技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展的4個(gè)特征: 1．全控型電力電子器件取代半控型器件，變換技術(shù)由相位控制轉(zhuǎn)變成脈寬調(diào)制; 2．模擬電子控制基本上讓位于計(jì)算機(jī)數(shù)字控制; 3．交流運(yùn)動控制系統(tǒng)逐步取代直流運(yùn)動控制系統(tǒng); 4．計(jì)算機(jī)仿真與輔助設(shè)計(jì)逐步融入運(yùn)動控制系統(tǒng)的性能分析與設(shè)計(jì)中。
本書的內(nèi)容涵蓋: 可控電源電動機(jī)系統(tǒng)的特殊問題及機(jī)械特性，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)，交、直流調(diào)速系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，靜態(tài)和動態(tài)性能指標(biāo)及分析方法，反饋控制的基本特點(diǎn)，調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)及參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)仿真軟件在運(yùn)動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用等。本書以控制規(guī)律為主線，按照從直流到交流、從開環(huán)到閉環(huán)、從調(diào)速到伺服循序漸進(jìn)的原則編寫。
在內(nèi)容的安排上，本書避免與前期課程簡單的重復(fù)，對前期課程的交叉點(diǎn)、復(fù)合面，結(jié)合本課程的需要做必要的論述，引導(dǎo)讀者綜合利用前期基礎(chǔ)知識，分析與解決新的問題。在經(jīng)典或傳統(tǒng)內(nèi)容中融入新的方法或新的特點(diǎn)，如計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，用計(jì)算機(jī)仿真來分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)。
直流控制系統(tǒng)，是運(yùn)動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以本書從直流系統(tǒng)入門，建立了扎實(shí)的控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的概念和能力以后，再進(jìn)入交流系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。鑒于篇幅與學(xué)時(shí)上的限制，刪去轉(zhuǎn)差功率消耗型和轉(zhuǎn)差功率饋送型異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)等內(nèi)容，著重論述交流電動機(jī)的變頻調(diào)速�？紤]到高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用，根據(jù)實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，諸如異步電動機(jī)的動態(tài)模型、矢量控制系統(tǒng)與直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)等內(nèi)容教學(xué)難度較大，在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)靈活掌握。在掌握調(diào)速系統(tǒng)的基本規(guī)律和設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步學(xué)習(xí)伺服系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法。
本書共3篇7章，按照48學(xué)時(shí)編寫。
運(yùn)動控制系統(tǒng)前言第1篇直流調(diào)速系統(tǒng)，包含第1章可控直流電源-電動機(jī)系統(tǒng)，第2章閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)，第3章可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。
第2篇交流調(diào)速系統(tǒng)，包含第4章基于穩(wěn)態(tài)模型的感應(yīng)電動機(jī)調(diào)速，第5章基于動態(tài)模型的感應(yīng)電動機(jī)調(diào)速，第6章同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。
第3篇伺服系統(tǒng)包含第7章伺服系統(tǒng)。
根據(jù)編者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在48學(xué)時(shí)內(nèi)，難以完成全部7章內(nèi)容的教學(xué)。考慮到各個(gè)學(xué)校相應(yīng)專業(yè)對課程的要求不同，在實(shí)際教學(xué)中可選用部分內(nèi)容，對于學(xué)時(shí)較少的學(xué)校，可刪去帶*的選學(xué)內(nèi)容。本書每章附有思考題和習(xí)題，其中思考題難度較大，供教學(xué)參考，讀者不必全部求解。
本課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，實(shí)驗(yàn)是學(xué)好本課程必不可少的重要環(huán)節(jié),可以隨課堂教學(xué)過程進(jìn)行，也可以開設(shè)單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)課，其目的在于培養(yǎng)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)方法和運(yùn)用理論分析并解決實(shí)際問題的能力。
本書由上海大學(xué)阮毅教授和上海交通大學(xué)陳維鈞副教授主編，第1篇直流調(diào)速系統(tǒng)共3章和直流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)由上海交通大學(xué)陳維鈞副教授編寫，其余各章由阮毅教授編寫，并負(fù)責(zé)全書的統(tǒng)稿。
為了便于使用本書實(shí)施教學(xué)，減少板書的時(shí)間，緩解學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多的矛盾，我們編制了課堂教學(xué)演示軟件，供任課教師和讀者使用。直流調(diào)速系統(tǒng)由陳維鈞副教授編制，交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)由阮毅教授編制。
本書由上海大學(xué)陳伯時(shí)教授主審，陳伯時(shí)教授認(rèn)真仔細(xì)地審閱了書稿，在內(nèi)容編排、概念論述、文字潤飾等方面提出了許多寶貴而中肯的修改意見，在此謹(jǐn)致深切的感謝。
本書編寫工作得到《全國高等學(xué)校自動化專業(yè)系列教材》編審委員會，清華大學(xué)蕭德云教授，上海交通大學(xué)陳敏遜教授，上海大學(xué)龔幼民教授、高艷霞副教授和沙立民副教授，清華大學(xué)出版社王一玲主任的關(guān)心和支持，在此表示謝意。
我們在編寫過程中雖然花了不少精力，仍難免有錯(cuò)誤與不足之處，殷切期望廣大讀者批評指正。
編者
2006年6月
常用符號表
緒論
0.1運(yùn)動控制及其相關(guān)學(xué)科
0.2運(yùn)動控制系統(tǒng)及其組成
0.3運(yùn)動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律
第1篇直流調(diào)速系統(tǒng)
第1章可控直流電源電動機(jī)系統(tǒng)
1.1相控整流器電動機(jī)系統(tǒng)
1.1.1相控整流器
1.1.2相控整流器電動機(jī)系統(tǒng)的特殊問題
1.1.3相控整流直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性及數(shù)學(xué)
模型
1.2直流PWM變換器電動機(jī)系統(tǒng)
1.2.1直流PWM變換器
1.2.2直流PWM變換器電動機(jī)系統(tǒng)的能量回饋
問題
1.2.3直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及機(jī)械特性
1.3調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo)
1.3.1調(diào)速范圍和靜差率
1.3.2開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性及性能指標(biāo)
思考題
習(xí)題
第2章閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)
2.1轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)
2.1.1轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律
2.1.2轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)
2.1.3轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型
2.1.4PI控制規(guī)律及調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)
2.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)
2.2.1雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制規(guī)律
2.2.2穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算
2.2.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與性能分析
2.3轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實(shí)現(xiàn)
2.3.1微機(jī)數(shù)字控制的特點(diǎn)
2.3.2轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化
2.3.3數(shù)字PI調(diào)節(jié)器
2.4調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法
2.4.1控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)
2.4.2典型系統(tǒng)性能指標(biāo)與參數(shù)間的關(guān)系
2.4.3調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)
2.4.4設(shè)計(jì)舉例
*2.5直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真
思考題
習(xí)題
運(yùn)動控制系統(tǒng)目錄*第3章可逆、弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)
3.1可逆直流調(diào)速系統(tǒng)
3.1.1相控整流器可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的主回路結(jié)構(gòu)
3.1.2可逆VM系統(tǒng)的環(huán)流
3.1.3轉(zhuǎn)速制動過程的分析
3.1.4無環(huán)流控制的可逆晶閘管電動機(jī)系統(tǒng)
3.1.5PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)
3.2弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)
3.2.1弱磁與調(diào)壓的配合控制
3.2.2調(diào)壓與弱磁配合控制的調(diào)速系統(tǒng)
思考題
習(xí)題
第2篇交流調(diào)速系統(tǒng)
第4章基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)
4.1異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速基本原理
4.1.1異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型
4.1.2變壓變頻調(diào)速基本原理
4.1.3基頻以下電流補(bǔ)償控制
4.2交流PWM變頻技術(shù)
4.2.1交直交PWM變頻器主回路
4.2.2正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）技術(shù)
4.2.3電流跟蹤PWM（CFPWM）控制技術(shù)
4.2.4電壓空間矢量PWM（SVPWM）控制技術(shù)
4.2.5交流PWM變頻器異步電動機(jī)系統(tǒng)的特殊問題
4.3轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)
4.3.1轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.3.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
4.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)
4.4.1轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念及特點(diǎn)
4.4.2轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能分析
4.4.3最大轉(zhuǎn)差頻率ωsmax的計(jì)算
4.4.4轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
*4.5變頻調(diào)速在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用
思考題
習(xí)題
第5章基于動態(tài)模型的異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)
5.1異步電動機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型
5.1.1異步電動機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)
5.1.2異步電動機(jī)三相原始數(shù)學(xué)模型
5.1.3坐標(biāo)變換
5.1.4異步電動機(jī)在兩相坐標(biāo)系上的動態(tài)數(shù)學(xué)模型
5.1.5異步電動機(jī)在兩相坐標(biāo)系上的狀態(tài)方程
5.2異步電動機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)
5.2.1按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系mt中的狀態(tài)方程
5.2.2按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想
5.2.3按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
5.2.4按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制方式
5.2.5轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算
5.2.6磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)——間接定向
5.3異步電動機(jī)按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)
5.3.1定子電壓矢量對定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用
5.3.2基于定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)
5.3.3定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩計(jì)算模型
5.4直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)與矢量控制系統(tǒng)的比較
*5.5矢量控制系統(tǒng)在塑料擠出機(jī)主傳動中的應(yīng)用
思考題
習(xí)題
第6章同步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)
6.1同步電動機(jī)的基本特征與調(diào)速方法
6.1.1同步電動機(jī)的特點(diǎn)
6.1.2同步電動機(jī)的分類
6.1.3同步電動機(jī)的矩角特性
6.1.4同步電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行
6.1.5同步電動機(jī)的啟動
6.1.6同步電動機(jī)的調(diào)速
6.2他控變頻同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)
6.2.1轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的同步電動機(jī)群調(diào)速系統(tǒng)
6.2.2大功率同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)
*6.3自控變頻同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)
6.3.1自控變頻同步電動機(jī)
6.3.2梯形波永磁同步電動機(jī)（無刷直流電動機(jī)）的自控變頻
調(diào)速系統(tǒng)
*6.4同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)
6.4.1可控勵(lì)磁同步電動機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型
6.4.2可控勵(lì)磁同步電動機(jī)按氣隙磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)
6.4.3正弦波永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)
思考題
習(xí)題
*第3篇伺服系統(tǒng)
*第7章伺服系統(tǒng)
7.1伺服系統(tǒng)的特征及組成
7.1.1伺服系統(tǒng)的基本要求及特征
7.1.2伺服系統(tǒng)的組成
7.1.3位置傳感器
7.2伺服系統(tǒng)的跟隨性能
7.3伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型
7.3.1直流伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型
7.3.2交流伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型
7.4伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
7.4.1單環(huán)位置伺服系統(tǒng)
7.4.2雙環(huán)伺服系統(tǒng)
7.4.3三環(huán)伺服系統(tǒng)
7.4.4復(fù)合控制的伺服系統(tǒng)
思考題
習(xí)題
附錄
附錄1三相/兩相坐標(biāo)變換
附錄1.1不同坐標(biāo)系中的電功率
附錄1.2三相到兩相坐標(biāo)系的變換
附錄1.3功率不變時(shí)的坐標(biāo)變換陣
附錄1.4匝數(shù)不變時(shí)的坐標(biāo)變換陣
附錄1.5兩種坐標(biāo)變換的比較
附錄2由三相靜止坐標(biāo)系到兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的變換
（3s/2r變換）
附錄2.13s/2r旋轉(zhuǎn)變換陣
附錄2.2電壓方程的變換
附錄2.3磁鏈方程的變換
附錄2.4轉(zhuǎn)矩方程的變換
教學(xué)實(shí)驗(yàn)參考
實(shí)驗(yàn)1帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)
實(shí)驗(yàn)2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)
實(shí)驗(yàn)3轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)
實(shí)驗(yàn)4異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)
實(shí)驗(yàn)5永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)
參考文獻(xiàn)
書單推薦
