7.10.3直接转矩控制系统仿真.198 思考题. 200 习题 201 第8章 203 8.1绕线转子异步电机转子变频控制原理. ·203 8.1,1异步电机转子附加电动势的作用 .203 812转子电路变频器*.+ 204 8.2绕线转子异步电机转子变频控制的四种基本工况 205 8.3绕线转子异步电机转子变频串级调速系统.207 8.3.1电气串级调速系统的组成 .208 8.3.2异步电动机串级调速机械特性的特征 209 8.3.3转子变频器的电压和容量与串级调速系统的效率 210 83.4级明辣系统的双闭环制44. 212 8.4绕线转子异步电机转子变频双馈控制系统，.215 8.4.1双馈控制变频调速系统.215 8.4.2双馈控制风力发电系统.216 第9章 同步电动机变压变频调速系统 218 9.1同步电动机的稳态模型与调速方法.218 9.1.1同步电动机的特点.218 9.1.2 同步电动机的分类 219 9.1.3同步电动机的转矩角特性 219 9.1.4 同步电动机的稳定运行 221 9.1,5同步电动机的起动 222 9.1.6同步电动机的调速 223 9.2他控变频同步电动机调速系统 .223 9.2.1转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统.223 9.2.2大功率同步电动机调速系统 223 9.3自控变频同步电动机调速系统 224 9.3.1 自控变频同步电动机 224 9.3.2梯形波永磁同步电动机（无刷直流电动机）的自控变频调速系统.22S 9.4同步电动机矢量控制系统.229 9.4.1基于转子旋转正交坐标系的可控励磁同步电动机动态数学模型 .229 9.4.2可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统. 232 9.4.3正弦波永磁同步电动机失量控制系统 .236 9.5同步电动机直接转矩控制系统.23g 9.5.1可控励磁同步电动机直接转矩控制系统， ,240 9,5,2永磁同步电动机直接转矩控制系统 241 思考题.4. 242 习题 243
电力拖动自动控制系统一运动拉制系地 第3篇伺服系统 笔10宫尚明系衣，. .4.246 10.1伺服系统的特征及组成.246 10.1.1服系统的基本要求及特征.246 10.1.2伺恨系统的组成.246 101.3何服系统的性能指标. 250 10.2同服系统控制对象的数学模型. 254 10.2.1直流何服系统控制对象的数学模型.254 10.2.2交流何服系统控制对象的数学模型.4. 256 103伺服系统的设计. 256 10.3.1调节器校正及其传递函数. 257 10.3.2单环位置何服系统. 257 10n3.3双环位置何服系统. 259 10.3.4三环位置伺服系统 26 10.3.5复合控制的何服系统.264 思考题 .265 习题44.265 参考文献 266
第1章 绪论 电力拖动实现了电能与机城能之间的能量变筷，而电力拖动自动控制系统一运动控制 系统（以下简称运动控制系统）的任务是通过控制电动机电压、电流、频率等输人量，来 改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行，以满 足生产工艺及其他应用的需要。工业生产和科学的发展，对运动控制系统提出新的更为复杂 的要求，同时也为研制和生产各类新型控制系统提供了 可能 现代运动控制技术以各类电动机为控制对象，以计算机 电机学 和其他电子装置为控制手段，以电力电子装置为弱电控制强 电的组带，以自动控制理论和信息处理理论为理论基础，以 计算机数字仿真和计算机辅助设计(CAD)为研究和开发的 工其。由此可见，现代运动控制技术已成为电机学、电力电 子技术、微地子技术、计机控制技术、控制理论、信号检 控制理论 测与处理技术等多门学科相互交叉的综合性学科，如图1-1 所示。 围1-1运动控制及其相关学科 1.1运动控制系统及其组成 运动控制系统由电动机、功率放大与变换装置、控制器及相应的传感器等构成，其结构 如图12所示，下面分别介绍各组成部分。 知识领域： 控制理论 敌 控制器口 电动机及负载 位号处理 传感器 知识领城 信号检测与数据处理技术 图1之运动控制系统及其组成
电力拖动自动控制系统一一一运动控制系 1.1.1电动机 运动控制系统的控制对象为电动机，电动机根据工作原理可分为直流电动机、交流感应 电动机（又称做交流异步电动机）和交流同步电动机等，根据用途可分为用于调速系统的 拖动电动机和用于同服系统的伺服电动机。 直流电动机结构复杂，制造成本高，电刷和换向器限制了它的转速与容量。交流电动机 (尤其是笼型感应电动机)结构简单、制造容易，无须机械换向器，因此其允许转速与容量 均大于直流电动机。同步电动机的转速等于同步转速，机械特性硬，功率因数可调。但在恒 颗电源供电时调速较为困难。变類器的诞生不仅解决了同步电动机的调速，还解决了其起动 和失步问题，有效地促进了同步电动机在运动控制中的应用 1.1.2功率放大与变换装圈 功率放大与变换装置有电机型、电磁型、电力电子型等，现在多用电力电子型的。电力 电子器件经历了由半控型向全控型、由低频开关向高频开关、由分立的器件向具有复合功能 的功率模块发展的过程。电力电子技术的发展、使功率放大与变换装置的结构趋于简单、性 能趋于完善。 品闸管($CR)是第一代电力电子摆件的典型代表，属于半3型器件，桶时门极只能使 晶闸管开通，而无法使它关断。该类器件可方便地应用于相控整流器(AC一→DC)和有源逆 2 亦器(DC,AC)阳用于无瓶逆恋DC→AC)成直流PWM(脉窗调制)方式调压(DC DC)时，必须增加强迫换流回路，使电路结构复杂。 第二代电力电子器件是全控型器件，通过门极既可以使器件开通，也可以使它关断，例 如MOSFET、IGBT、GTO等。此类器件用于无源逆变(DC→AC)和直流调压(DC→DC) 时，无须强迫换流回路，主回路结构简单。第二代电力电子器件的另一个特点是可以大大提 高开关领率，用PM技术控制功率器件的开通与关断，可大大提高可控电源的质量。 第三代电力电子器件的特点是由单一的器件发展为具有驱动、保护等功能的复合功率模 块，提高了使用的安全性和可靠性。 1.1.3控制器 控制器分模拟控制器和数字控制器两类，也有模数混合的控制器，现在已越来越多地采 用全数字控制器。 模拟控制器常用运算放大器及相应的电气元件实现，具有物理概念清晰、控制信号流向 直观等优点，其控制规律体现在硬件电路和所用的器件上，因而线路复杂、通用性差，控制 效果受到器件性能、温度等因素的影响 以微处理器为核心的数字控制器的硬件电路标准化程度高、制作成本低，而且没有器件 温度漂移的问题。控制规律体现在软件上，修改起来灵活方便。此外，还拥有信息存储、数 据通信和故障诊断等模拟控制器难以实现的功能。 然而，模拟控制器的所有运算能在同一时刻并行运行，控制器的滞后时间很小，可以忽 略不计：而一般的微处理器在任何时刻只能执行一条指令，属串行运行方式，其滞后时间比 模拟控制器大得多，在设计系统时应予以考虑
第1章缔论一 个.1A信三冷小里 运动控制系统中常需要电压、电流、转速和位置的反馈信号，为了真实可靠地得到这些 信号，并实现功率电路（强电）和控制器（弱电）之间的电气隔离，需要相应的传感器。 电压、电流传感器的输出信号多为连续的模拟量，而转速和位置传感器的输出信号因传感器 的类型而异，可以是连续的模拟量，也可以是离散的数字量。由于控制系统对反馈通道上的 扰动无抑制能力，所以，信号传感器必须有足够高的精度，才能保证控制系统的准确性。 信号转换和处理包括电压匹配、极性转换、脉冲整形等，对于计算机数字控制系统而 言，必须将传感器输出的模拟或数字信号变换为可用于计算机运算的数字量。数据处理的另 ,个重要作用是去伪存真，即从带有随机扰动的信号中筛选出反映被测量的真实信号，去掉 随机扰动信号，以满足控制系统的需要。常用的数据处理方法是信号滤波，模拟控制系统常 采用模拟器件构成的滤波电路，而计算机数字控制系统往往采用模拟滤波电路和计算机软件 数字滤波相结合的方法。 1.2运动控制系统的历史与发展 直流电动机电力拖动与交流电动机电力拖动在19世纪中叶先后诞生，在20世纪前半 叶，约占整个电力拖动容量80%的不可调速拖动系统采用交流电动机，只有20%的高性能 可调速拖动系统采用直流电动机。20世纪后半叶，电力电子技术和微电子技术带动了新一 代交流调速系统的兴起与发展，逐步打破了直流调速系统一统高性能拖动天下的格局。进入 21世纪后，用交流调速系统取代直流调速系统已成为不争的事实。 直流电动机的数学模型简单，转矩易于控制。其换向器与电刷的位置保证了电枢电流与 励磁电流的解耦。1960年以来，晶闸管整流器的应用，使得直流拖动控制技术得到了飞速 的发展，对直流拖动控制系统调节器的设计也有了一套实用的工程设计方法2， 交洁由动机其基疹刊花前在动机}且有结物简单等者多分占但世动本数学货 具有非线性多变量强偶合的性质、比直流电动机复杂得多。早期交流调速系统的控制方法是 基于交流电动机稳态数学模型的，其动态性能无法与直流调速系统相比。20世纪70年代 德国工程师F.Blaschke提出“感应电机磁场定向控制原理” ,美国P.C.Custman和 A.A.Cak提出“定子电压坐标变换控制”，这都是矢量控制的基本设想。1980年日本难波 江章教授等人提出转差型矢量控制，进一步简化了系统结构2.1980年，德国W.Leonhard 教授等用微机实现矢量控制系统的数字化，大大简化了系统的硬件结构，经过不断的 改进和完善，形成现在通用的高性能矢量控制系统。1985年，德国鲁尔大学Depenbrock教 授提出直接转矩控制，1987年把它推广到弱磁调速范围3)，其控制结构简单，是一种高 动态响应的交流调速系统。 同步电动机的转速与电源频率严格保持同步，机械特性硬。电励磁同步电动机还有一个 突出的优点，就是可以控制励磁来调节它的功率因数，使功率因数达到1.0，甚至产生超前 的功率因数角。但同步电动机由电网直接供电时，存在起动闲难与失步问题。电力电子变频 技术的发展，成功地解决了阻碍同步电动机调速发展的这两大问题，而永磁同步电动机和直 流无刷电动机等新型同步电动机的问世，犹如猛虎添翼，使同步电动机调速得到飞速的 发展