電力拖動自動控制系統(tǒng)

前言

進入21世紀以來，《電力拖動自動控制系統(tǒng)》(或稱“運動控制系統(tǒng)”)一書所涉及的理論與技術又有新的發(fā)展，因此，本書內容和體系也必須不斷更新，力爭做到理論發(fā)展要超前、技術發(fā)展要同步。現(xiàn)代電力拖動(運動)自動控制系統(tǒng)是電機學、電力電子學、微電子學、計算機科學、自動控制理論等多種學科的有機結合與交叉。但是同其他任何自動控制系統(tǒng)一樣，其根本的理論基礎是自動控制理論。為此，本書運用自動控制理論對電力拖動自動控制系統(tǒng)進行分析與設計。本書題材來源于工程實際，具有前沿性和先進性。遵循了深入淺出，循序漸進的寫作思想及理論聯(lián)系實際的原則。為了防止體系上的混亂和篇幅上的膨脹，凡是本書的前續(xù)課程(包括電力電子技術，計算機控制技術等)的相關內容，都不再專門列入。雖然實際的電力拖動自動控制系統(tǒng)都已經數字化，但是由于連續(xù)(模擬)系統(tǒng)物理概念清晰，為了使讀者便于理解和掌握，所以控制系統(tǒng)的基本理論和控制方法仍按連續(xù)系統(tǒng)進行講述，而控制系統(tǒng)的設計和實際實現(xiàn)則按數字控制系統(tǒng)進行講述。本書分為電力拖動直流調速系統(tǒng)、電力拖動交流調速系統(tǒng)、位置伺服系統(tǒng)、數字電力拖動自動控制系統(tǒng)4篇。第1篇為本書的基礎，第2篇為本書的重點，第3篇和第4篇可作為選修課內容及應用參考。需要指出，本課程是一門實踐性很強的課程，實驗或實踐是學好本課程必不可少的重要環(huán)節(jié)。本書第1-4章由北京科技大學李擎副教授編寫，第5章及附錄由北京科技大學孫昌國副教授編寫，第6-9章由北京科技大學李華德教授編寫，第10章由北方工業(yè)大學楊立永副教授編寫，第11章由北華大學白晶教授編寫，第12章由北京科技大學潘月斗副教授編寫。李華德教授統(tǒng)編全書。博士研究生陳書錦、曹勇、郝智紅、劉剛，碩士研究生張偉、周中軍參加了本書的編寫、錄入及校對工作。我國著名電機與控制專家天津大學教授馬小亮對本書內容進行了全面、深入的審校，并為本書提供了許多重要資料，對本書水平的進一步提升發(fā)揮了重要作用。本書全體作者在這里向馬小亮教授致以深深的謝意。由于作者水平有限，雖然盡力而為，但仍難免有錯誤和不足之處，敬請廣大讀者批評指正。

內容概要

本書全面地介紹了現(xiàn)代電力拖動自動控制系統(tǒng)的基本組成、基本工作原理、基本控制方法，以及對系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性進行了深入的分析。介紹了數字電力拖動自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法?！　〉?篇的主要內容：依據直流電動機的廣義數學模型，建立了直流電動機的閉環(huán)控制結構及相應的控制系統(tǒng)；分析了閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性；介紹了直流調速系統(tǒng)可逆運行的方法；給出了電力拖動自動控制系統(tǒng)的工程設計方法?！　〉?篇的主要內容：從建立交流電動機數學模型人手，講述現(xiàn)代交流電動機變壓變頻調速系統(tǒng)的基本組成、基本工作原理、基本控制方法，以及靜、動態(tài)特性分析。本篇的重點內容是，恒壓頻比控制的異步電動機變壓變頻調速系統(tǒng)；異步電動機矢量控制系統(tǒng)和直接轉矩控制系統(tǒng)；普通三相同步電動機自控式變壓變頻調速系統(tǒng)及矢量控制系統(tǒng)、正弦波永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)和直接轉矩控制系統(tǒng)，以及梯形波永磁同步電動機變壓變頻調速系統(tǒng)。本篇最后介紹了先進控制理論在電力拖動系統(tǒng)中的應用?！　〉?篇的主要內容：介紹了位置伺服系統(tǒng)的基本特點、組成、類型、基本工作原理，以及伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和設計、動態(tài)分析和設計。本篇最后介紹了工業(yè)生產中的位置伺服系統(tǒng)?！　〉?篇的主要內容：指出了數字（計算機）電力拖動自動控制系統(tǒng)的基本特點；介紹了數字控制系統(tǒng)的基本組成，以及數字控制器的硬件與軟件；介紹了數字電力拖動自動控制系統(tǒng)及其數字化設計。

書籍目錄

出版說明前言常用符號表緒論　0.1　電力拖動及其自動控制系統(tǒng)　0.2　電力拖動自動控制系統(tǒng)的發(fā)展概況與趨勢　　0.2.1　電力拖動調速系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢　　0.2.2　電力拖動位置伺服系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢第1篇　電力拖動直流調速系統(tǒng)　第1章　直流電動機的數學模型及其閉環(huán)控制系統(tǒng)　　1.1　閉環(huán)直流調速系統(tǒng)廣義被控對象的數學模型及其動態(tài)結構圖　　　1.1.1　旋轉電樞系統(tǒng)的數學模型及其動態(tài)結構圖　　　1.1.2　他勵直流電動機勵磁回路的數學模型及其動態(tài)結構圖　　1.2　直流調速系統(tǒng)的閉環(huán)控制結構及其相應的閉環(huán)直流調速系統(tǒng)　　　1.2.1　轉速單閉環(huán)的控制結構　　　1.2.2　轉速、電流雙閉環(huán)控制結構及相應的控制系統(tǒng)　　　1.2.3　他勵直流電動機閉環(huán)勵磁控制系統(tǒng)的動態(tài)結構及相應的控制系統(tǒng)　　　1.2.4　直流電動機雙域閉環(huán)控制調速系統(tǒng)（先升壓后弱磁調速系統(tǒng)）　第2章　閉環(huán)控制直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和計算　　2.1　直流調速系統(tǒng)的靜態(tài)調速指標及開環(huán)系統(tǒng)存在的問題　　　2.1.1　生產工藝對轉速控制的要求和調速指標　　　2.1.2　開環(huán)調速系統(tǒng)存在的問題　　2.2　單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和計算　　　2.2.1　ASR為比例調節(jié)器時的轉速單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析與計算　　　2.2.2　ASR采用PI調節(jié)器時的轉速單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)　　　2.2.3　帶電流截止負反饋的轉速單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析　　2.3　轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析及計算　　2.4　習題　第3章　閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)分析　　3.1　單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)分析　　　3.1.1　ASR為比例調節(jié)器的單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析　　　3.1.2　ASR采用PI調節(jié)器的單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)動態(tài)分析　　　　3.2　轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)分析　　　3.2.1　快速系統(tǒng)與最佳過渡過程的概念　　　3.2.2　轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)特性分析　　3.3　閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的自適應控制　　　3.3.1　電流自適應調節(jié)器　　　3.3.2　轉速自適應調速器　　3.4　習題　第4章　可逆直流調速系統(tǒng)　　4.1　晶閘管-電動機可逆調速系統(tǒng)（V-M可逆系統(tǒng)）　　　4.1.1　晶閘管-電動機可逆調速系統(tǒng)的基本結構　　　4.1.2　電樞可逆系統(tǒng)中的環(huán)流　　　4.1.3　有環(huán)流可逆調速系統(tǒng)　　　4.1.4　無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)　　　4.2　可逆直流脈寬調速系統(tǒng)（PWM可逆系統(tǒng)）　　4.3　習題　第5章　調節(jié)器的工程設計方法　　5.1　調節(jié)器工程設計方法的基本思想和意義　　5.2　典型系統(tǒng)　　5.3　閉環(huán)控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標　　5.4　典型系統(tǒng)的參數和性能指標的關系　　　5.4.1　典型Ⅰ型系統(tǒng)參數與性能指標的關系　　　5.4.2　典型Ⅱ型系統(tǒng)參數與性能指標的關系　　5.5　非典型系統(tǒng)的典型化　　　5.5.1　直接校正成典型系統(tǒng)　　　5.5.2　低頻大慣性環(huán)節(jié)的近似處理　　　5.5.3　高頻小慣性群的近似處理　　5.6　雙閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)的工程設計　　　5.6.1　電流環(huán)的設計　　　5.6.2　轉速環(huán)的設計　　5.7　習題第2篇　電力拖動交流調速系統(tǒng)　第6章　基于穩(wěn)態(tài)數學模型的異步電動機變壓變頻調速系統(tǒng)　　6.1　基于穩(wěn)態(tài)數學模型的異步電動機變壓變頻調速系統(tǒng)控制方式　　　6.1.1　電壓-頻率協(xié)調控制方式　　　6.1.2　轉差頻率控制方式　　6.2　電力電子變頻調速裝置及其電源特性　　6.3　電壓源型轉速開環(huán)恒壓頻比控制的異步電動機變壓變頻調速系統(tǒng)　　6.4　電流源型轉速開環(huán)恒壓頻比控制的異步電動機變壓變頻調速系統(tǒng)　　6.5　異步電動機轉差頻率控制的變壓變頻調速系統(tǒng)　　　6.5.1　電流源型轉差頻率控制的異步電動機變壓變頻調速系統(tǒng)　　　6.5.2　電壓源型轉差頻率控制的異步電動機變壓變頻調速系統(tǒng)　　6.6　習題　第7章　基于動態(tài)數學模型的異步電動機矢量控制變壓變頻調速系統(tǒng)　　7.1　矢量控制的基本概念　　　7.1.1　直流電動機和異步電動機的電磁轉矩　　……　第8章　異步電動機直接轉矩控制變壓變頻調速系統(tǒng)　第9章　同步電動機變壓變頻調速系統(tǒng)　第10章　電力拖動自動控制系統(tǒng)的先進控制策略第3篇　位置伺服系統(tǒng)　第11章　位置伺服系統(tǒng)第4篇　數字（計算機）電力拖動自動控制系統(tǒng)　第12章　數字（計算機）控制的電力拖動系統(tǒng)附錄　教學實驗參考參考文獻

章節(jié)摘錄

第1篇　電力拖動直流調速系統(tǒng)第5章　調節(jié)器的工程設計方法本章任務是介紹電力拖動自動控制系統(tǒng)中調節(jié)器的工程設計方法，與經典理論的動態(tài)校正方法相比，工程設計方法具有設計方法簡單，使用方便、容易掌握等優(yōu)點。5.1 調節(jié)器工程設計方法的基本思想和意義采用經典控制理論博德圖設計調速系統(tǒng)中每一個調節(jié)器時，必須先求出原始系統(tǒng)開環(huán)對數頻率特性，再根據性能指標確定校正后系統(tǒng)的預期特性，經過反復試湊，才能確定調節(jié)器的特性，選定其結構并計算參數，而且還需要有熟練的設計技巧和經驗。為此建立簡便實用的工程設計方法是十分必要的。生產工藝對控制系統(tǒng)動態(tài)性能的要求經計算和量化后可以表達為動態(tài)性能指標。為了獲得閉環(huán)運動控制系統(tǒng)的優(yōu)良動態(tài)性能指標，必須設計可以改造系統(tǒng)的動態(tài)校正裝置。在電力拖動（運動）自動控制系統(tǒng)中最常用的是串聯(lián)校正裝置。現(xiàn)代電力電子變流器的交、直流閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于系統(tǒng)的模型階次通過化簡可成為低階系統(tǒng)（典型二階系統(tǒng)、典型三階系統(tǒng)），因此，一般情況下，采用PID調節(jié)器作為串聯(lián)校正裝置就能獲得所要求的動態(tài)性能指標。對動態(tài)性能要求較高的場合，可采用反饋校正裝置。例如，在轉速調節(jié)器上增設轉速微分負反饋環(huán)節(jié)，可大大降低動態(tài)速降。以往電力拖動（運動）自動控制系統(tǒng)PID調節(jié)器設計有一套成熟的、實用的工程設計方法。眾所周知，現(xiàn)代電力拖動（運動）自動控制系統(tǒng)都是數字控制系統(tǒng)，因而調節(jié)器設計的主要工作是按照給定的動態(tài)性能指標設計數字PID調節(jié)器，實質上是將PID控制規(guī)律由編制的計算機程序來實現(xiàn)。然而，當連續(xù)系統(tǒng)的閉環(huán)等效時間常數很小，可以采用較高的采樣頻率時，PID調節(jié)器可用連續(xù)系統(tǒng)工程設計方法進行設計，然后再作離散化處理，就可以得到數字PID調節(jié)器的算法，可見連續(xù)系統(tǒng)工程設計方法在某些場合下還有它的應用價值。

編輯推薦

《電力拖動自動控制系統(tǒng)》由機械工業(yè)出版社出版。

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