電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)

前言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》(或稱“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”)一書所涉及的理論與技術(shù)又有新的發(fā)展，因此，本書內(nèi)容和體系也必須不斷更新，力爭(zhēng)做到理論發(fā)展要超前、技術(shù)發(fā)展要同步?，F(xiàn)代電力拖動(dòng)(運(yùn)動(dòng))自動(dòng)控制系統(tǒng)是電機(jī)學(xué)、電力電子學(xué)、微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、自動(dòng)控制理論等多種學(xué)科的有機(jī)結(jié)合與交叉。但是同其他任何自動(dòng)控制系統(tǒng)一樣，其根本的理論基礎(chǔ)是自動(dòng)控制理論。為此，本書運(yùn)用自動(dòng)控制理論對(duì)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。本書題材來源于工程實(shí)際，具有前沿性和先進(jìn)性。遵循了深入淺出，循序漸進(jìn)的寫作思想及理論聯(lián)系實(shí)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(shù)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等)的相關(guān)內(nèi)容，都不再專門列入。雖然實(shí)際的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)都已經(jīng)數(shù)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(jìn)行講述，而控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)際實(shí)現(xiàn)則按數(shù)字控制系統(tǒng)進(jìn)行講述。本書分為電力拖動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)、電力拖動(dòng)交流調(diào)速系統(tǒng)、位置伺服系統(tǒng)、數(shù)字電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)4篇。第1篇為本書的基礎(chǔ)，第2篇為本書的重點(diǎn)，第3篇和第4篇可作為選修課內(nèi)容及應(yīng)用參考。需要指出，本課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`是學(xué)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(xué)李擎副教授編寫，第5章及附錄由北京科技大學(xué)孫昌國(guó)副教授編寫，第6-9章由北京科技大學(xué)李華德教授編寫，第10章由北方工業(yè)大學(xué)楊立永副教授編寫，第11章由北華大學(xué)白晶教授編寫，第12章由北京科技大學(xué)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(duì)工作。我國(guó)著名電機(jī)與控制專家天津大學(xué)教授馬小亮對(duì)本書內(nèi)容進(jìn)行了全面、深入的審校，并為本書提供了許多重要資料，對(duì)本書水平的進(jìn)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(cuò)誤和不足之處，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書全面地介紹了現(xiàn)代電力拖動(dòng)自動(dòng)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(duì)系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了深入的分析。介紹了數(shù)字電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法?！　〉?篇的主要內(nèi)容：依據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的廣義數(shù)學(xué)模型，建立了直流電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的控制系統(tǒng)；分析了閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)特性；介紹了直流調(diào)速系統(tǒng)可逆運(yùn)行的方法；給出了電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法?！　〉?篇的主要內(nèi)容：從建立交流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型人手，講述現(xiàn)代交流電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)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(dòng)態(tài)特性分析。本篇的重點(diǎn)內(nèi)容是，恒壓頻比控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)；異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)；普通三相同步電動(dòng)機(jī)自控式變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)及矢量控制系統(tǒng)、正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，以及梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。本篇最后介紹了先進(jìn)控制理論在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用?！　〉?篇的主要內(nèi)容：介紹了位置伺服系統(tǒng)的基本特點(diǎn)、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(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì)。本篇最后介紹了工業(yè)生產(chǎn)中的位置伺服系統(tǒng)?！　〉?篇的主要內(nèi)容：指出了數(shù)字（計(jì)算機(jī)）電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本特點(diǎn)；介紹了數(shù)字控制系統(tǒng)的基本組成，以及數(shù)字控制器的硬件與軟件；介紹了數(shù)字電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)及其數(shù)字化設(shè)計(jì)。

書籍目錄

出版說明前言常用符號(hào)表緒論　0.1　電力拖動(dòng)及其自動(dòng)控制系統(tǒng)　0.2　電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況與趨勢(shì)　　0.2.1　電力拖動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢(shì)　　0.2.2　電力拖動(dòng)位置伺服系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢(shì)第1篇　電力拖動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)　第1章　直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其閉環(huán)控制系統(tǒng)　　1.1　閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)廣義被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型及其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖　　　1.1.1　旋轉(zhuǎn)電樞系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖　　　1.1.2　他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路的數(shù)學(xué)模型及其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖　　1.2　直流調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)　　　1.2.1　轉(zhuǎn)速單閉環(huán)的控制結(jié)構(gòu)　　　1.2.2　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的控制系統(tǒng)　　　1.2.3　他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)閉環(huán)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的控制系統(tǒng)　　　1.2.4　直流電動(dòng)機(jī)雙域閉環(huán)控制調(diào)速系統(tǒng)（先升壓后弱磁調(diào)速系統(tǒng)）　第2章　閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和計(jì)算　　2.1　直流調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)速指標(biāo)及開環(huán)系統(tǒng)存在的問題　　　2.1.1　生產(chǎn)工藝對(duì)轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)　　　2.1.2　開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的問題　　2.2　單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和計(jì)算　　　2.2.1　ASR為比例調(diào)節(jié)器時(shí)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析與計(jì)算　　　2.2.2　ASR采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)　　　2.2.3　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)穩(wěn)態(tài)分析　　2.3　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析及計(jì)算　　2.4　習(xí)題　第3章　閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析　　3.1　單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析　　　3.1.1　ASR為比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析　　　3.1.2　ASR采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析　　　　3.2　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)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(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析　　3.3　閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的自適應(yīng)控制　　　3.3.1　電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器　　　3.3.2　轉(zhuǎn)速自適應(yīng)調(diào)速器　　3.4　習(xí)題　第4章　可逆直流調(diào)速系統(tǒng)　　4.1　晶閘管-電動(dòng)機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng)（V-M可逆系統(tǒng)）　　　4.1.1　晶閘管-電動(dòng)機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)　　　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(diào)速系統(tǒng)　　　4.1.4　無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)　　　4.2　可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)（PWM可逆系統(tǒng)）　　4.3　習(xí)題　第5章　調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法　　5.1　調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)性能指標(biāo)　　5.4　典型系統(tǒng)的參數(shù)和性能指標(biāo)的關(guān)系　　　5.4.1　典型Ⅰ型系統(tǒng)參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系　　　5.4.2　典型Ⅱ型系統(tǒng)參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)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(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)　　　5.6.1　電流環(huán)的設(shè)計(jì)　　　5.6.2　轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)　　5.7　習(xí)題第2篇　電力拖動(dòng)交流調(diào)速系統(tǒng)　第6章　基于穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)　　6.1　基于穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方式　　　6.1.1　電壓-頻率協(xié)調(diào)控制方式　　　6.1.2　轉(zhuǎn)差頻率控制方式　　6.2　電力電子變頻調(diào)速裝置及其電源特性　　6.3　電壓源型轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)　　6.4　電流源型轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)　　6.5　異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)　　　6.5.1　電流源型轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)　　　6.5.2　電壓源型轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)　　6.6　習(xí)題　第7章　基于動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)　　7.1　矢量控制的基本概念　　　7.1.1　直流電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩　　……　第8章　異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)　第9章　同步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)　第10章　電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的先進(jìn)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(shù)字（計(jì)算機(jī)）電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)　第12章　數(shù)字（計(jì)算機(jī)）控制的電力拖動(dòng)系統(tǒng)附錄　教學(xué)實(shí)驗(yàn)參考參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

第1篇　電力拖動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)第5章　調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法本章任務(wù)是介紹電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法，與經(jīng)典理論的動(dòng)態(tài)校正方法相比，工程設(shè)計(jì)方法具有設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，使用方便、容易掌握等優(yōu)點(diǎn)。5.1 調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法的基本思想和意義采用經(jīng)典控制理論博德圖設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)中每一個(gè)調(diào)節(jié)器時(shí)，必須先求出原始系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性，再根據(jù)性能指標(biāo)確定校正后系統(tǒng)的預(yù)期特性，經(jīng)過反復(fù)試湊，才能確定調(diào)節(jié)器的特性，選定其結(jié)構(gòu)并計(jì)算參數(shù)，而且還需要有熟練的設(shè)計(jì)技巧和經(jīng)驗(yàn)。為此建立簡(jiǎn)便實(shí)用的工程設(shè)計(jì)方法是十分必要的。生產(chǎn)工藝對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的要求經(jīng)計(jì)算和量化后可以表達(dá)為動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。為了獲得閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)良動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，必須設(shè)計(jì)可以改造系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正裝置。在電力拖動(dòng)（運(yùn)動(dòng)）自動(dòng)控制系統(tǒng)中最常用的是串聯(lián)校正裝置?，F(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(jiǎn)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(diào)節(jié)器作為串聯(lián)校正裝置就能獲得所要求的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高的場(chǎng)合，可采用反饋校正裝置。例如，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器上增設(shè)轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋環(huán)節(jié)，可大大降低動(dòng)態(tài)速降。以往電力拖動(dòng)（運(yùn)動(dòng)）自動(dòng)控制系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)有一套成熟的、實(shí)用的工程設(shè)計(jì)方法。眾所周知，現(xiàn)代電力拖動(dòng)（運(yùn)動(dòng)）自動(dòng)控制系統(tǒng)都是數(shù)字控制系統(tǒng)，因而調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)的主要工作是按照給定的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)設(shè)計(jì)數(shù)字PID調(diào)節(jié)器，實(shí)質(zhì)上是將PID控制規(guī)律由編制的計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)。然而，當(dāng)連續(xù)系統(tǒng)的閉環(huán)等效時(shí)間常數(shù)很小，可以采用較高的采樣頻率時(shí)，PID調(diào)節(jié)器可用連續(xù)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再作離散化處理，就可以得到數(shù)字PID調(diào)節(jié)器的算法，可見連續(xù)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方法在某些場(chǎng)合下還有它的應(yīng)用價(jià)值。

編輯推薦

《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》由機(jī)械工業(yè)出版社出版。

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