控制電機及其應(yīng)用

前言

　　科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是自動化技術(shù)、計算機技術(shù)和航空航天技術(shù)的發(fā)展，對電動機的性能提出了許多新的更高的要求。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的控制電動機和新的控制技術(shù)與控制芯片的結(jié)合，使傳統(tǒng)電動機如伺服電動機、步進電動機等的應(yīng)用更為廣泛。另一方面隨著新材料的涌現(xiàn)，特別是高性能稀土永磁材料的問世和電力電子器件的發(fā)展，又出現(xiàn)了性能優(yōu)越的新型電動機如開關(guān)磁阻電動機、無刷直流電動機和永磁伺服電動機等。傳統(tǒng)控制電動機和新的控制技術(shù)結(jié)合，以及性能優(yōu)越的新型電動機出現(xiàn)，為滿足控制系統(tǒng)的要求提供了可能。為使讀者能夠及時掌握和了解這一新的發(fā)展動態(tài)，是我們編寫本書的初衷?！　】刂齐妱訖C及控制的特點為在精講原理的同時，增加專用控制芯片、單片機和DsP控制的應(yīng)用。將新的控制技術(shù)與控制芯片相結(jié)合，使讀者對控制電動機的原理、結(jié)構(gòu)、運行特性，以及控制方法和控制技術(shù)有一個全面的了解。以適應(yīng)寬口徑復(fù)合型人才培養(yǎng)的需要?！　∪珪卜?章，第1章的內(nèi)容為直流伺服電動機，主要介紹直流伺服電動機、無刷直流電動機和直流力矩電動機的原理、結(jié)構(gòu)及運行特性，在控制部分重點講述了直流伺服電動機和無刷直流電動機的控制技術(shù)；第2章的內(nèi)容為交流伺服電動機，主要介紹兩相交流伺服電動機、永磁同步伺服電動機的原理、結(jié)構(gòu)及運行特性，在控制部分重點講述了永磁同步伺服電動機的控制技術(shù)；第3章的內(nèi)容為步進電動機，重點介紹步進電動機的原理、結(jié)構(gòu)及運行特性和單片機控制技術(shù)；第4、第5兩章的內(nèi)容為旋轉(zhuǎn)變壓器和自整角機，主要介紹旋轉(zhuǎn)變壓器和自整角機的原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；第6章的內(nèi)容為開關(guān)磁阻電動機及其控制，重點介紹開關(guān)磁阻電動機系統(tǒng)的組成、原理、結(jié)構(gòu)及運行特性和DSP控制技術(shù)；第7章的內(nèi)容為直線電動機，主要介紹直線電動機的原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。同時，在各章的后面附有一定數(shù)量的思考與練習(xí)，可供復(fù)習(xí)與練習(xí)使用。本書控制部分基本上都涉及了位置、速度、電壓、電流的檢測，在軟件方面都用到了PID控制方法，為避免重復(fù)講述，將這兩部分內(nèi)容列為附錄，供參考使用?！　”緯诰帉懼?，既分析了控制電動機和特種電動機的基本原理和基本概念，又介紹了相關(guān)的控制系統(tǒng)與專用芯片。刪除了傳統(tǒng)控制電動機中測速發(fā)電動機的內(nèi)容，壓縮了應(yīng)用較少的旋轉(zhuǎn)變壓器、自整角機的內(nèi)容。增加了應(yīng)用較廣無刷直流電動機、開關(guān)磁阻電動機、永磁同步伺服電動機和直線電動機等部分。本書的內(nèi)容相對較多，在教學(xué)的過程中教師可根據(jù)不同本專業(yè)的特點及學(xué)時的多少適當(dāng)選講，例如無刷直流電動機、永磁伺服電動機與開關(guān)磁阻的控制技術(shù)有相似之處，可重點講一部分，其他部分留給學(xué)生自學(xué)，另外可將部分內(nèi)容與課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，放在課程設(shè)計或畢業(yè)設(shè)計中進行。

內(nèi)容概要

　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，控制電機在實際工程中的應(yīng)用愈加廣泛，《控制電機及其應(yīng)用》在汲取傳統(tǒng)的控制電機教材對原理講述清楚的基礎(chǔ)上增加了控制等內(nèi)容。將新的控制技術(shù)與控制芯片相結(jié)合，以適應(yīng)寬口徑復(fù)合型人才培養(yǎng)的需要?！犊刂齐姍C及其應(yīng)用》共分七章，第1章主要介紹直流伺服電動機、直流力矩電動機和無刷直流電動機的原理、結(jié)構(gòu)、運行特性及控制；第2章主要介紹兩相交流伺服電動機、永磁同步伺服電動機的原理、結(jié)構(gòu)及運行特性，重點講述永磁同步伺服電動機的控制技術(shù)；第3章重點介紹步進電動機的原理、結(jié)構(gòu)及運行特性和單片機控制技術(shù)；第4、第5兩章主要介紹旋轉(zhuǎn)變壓器和自整角機的原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；第6章的內(nèi)容為開關(guān)磁阻電動機，重點介紹開關(guān)磁阻電動機系統(tǒng)的組成、原理、結(jié)構(gòu)及運行特性和DSP控制技術(shù)；第7章的內(nèi)容為直線電機，本章主要介紹直線電機的原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。同時，在各章的后面附有一定數(shù)量的思考與練習(xí)題，供復(fù)習(xí)與聯(lián)系使用。　　《控制電機及其應(yīng)用》主要面向電氣工程及其自動化、自動化、儀表及檢測技術(shù)、機電一體化等本科專業(yè)的教材和參考書，也可供從事相關(guān)行業(yè)的技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考。

書籍目錄

第1章直流伺服電動機.1.1直流伺服電動機1.1.1結(jié)構(gòu)和分類1.1.2運行原理1.1.3直流伺服電動機的應(yīng)用1.2無刷直流電動機1.2.1無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)與組成1.2.2無刷直流電動機的控制方法1.2.3無刷直流電動機的運行特性1.2.4無刷直流電動機的應(yīng)用1.3直流力矩電動機1.3.1直流力矩電動機的結(jié)構(gòu)與特點1.3.2運行原理與特性1.3.3直流力矩電動機性能特點思考與練習(xí)一第2章交流伺服電動機2.1兩相伺服電動機2.1.1結(jié)構(gòu)與分類2.1.2運行原理及分析2.1.3運行特性2.2永磁同步伺服電動機2.2.1結(jié)構(gòu)與分類2.2.2運行原理及分析2.3永磁同步伺月匠電動機的控制2.3.1三相永磁同步伺服電動機在靜止ABC坐標(biāo)系中的參數(shù)2.3.2逆變器機電能量變換裝置的坐標(biāo)變換2.3.3逆變器機電能量變換裝置電壓方程的坐標(biāo)變換2.3.4無轉(zhuǎn)子阻尼繞組的三相永磁同步伺服電動機的電磁轉(zhuǎn)矩2.3.5基于統(tǒng)一模型電動機方法的三相永磁同步伺服電動機動態(tài)方程2.4三相永磁同步伺服電動機的基本控制方法2.4.1位置環(huán)的控制策略2.4.2速度環(huán)的控制策略2.4.3電流環(huán)的控制模型2.4.4電流環(huán)的PID控制2.4.5三相永磁同步伺服電動機的三閉環(huán)控制系統(tǒng)2.5三相永磁同步伺服逆變器的空間正弦SVPWM技術(shù)2.5.1直角坐標(biāo)系二電平廣義逆變器空間電壓矢量SVPWM波2.5.2直角坐標(biāo)系的SVPWM的基本概念2.5.3電壓幅值的歸一化2.5.4電壓矢量的分區(qū)2.5.5基于LF2407DSP的SVPWM波的產(chǎn)生2.6三相永磁同步伺服電動機的DSP控制電路2.6.1控制器的硬件組成2.6.2電磁兼容設(shè)計思考與練習(xí)二第3章步進電動機3.1步進電動機的工作原理3.1.1反應(yīng)式步進電動機的工作原理3.1.2運行方式3.1.3小步距角步進電動機3.1.4反應(yīng)式步進電動機的結(jié)構(gòu)3.1.5其他形式的步進電動機3.2反應(yīng)式步進電動機的運行特性3.2.1反應(yīng)式步進電動機的靜態(tài)特性3.2.2反應(yīng)式步進電動機的動態(tài)特性3.2.3連續(xù)脈沖運行3.3步進電動機主要性能指標(biāo)3.4驅(qū)動電源3.4.1驅(qū)動電源組成及作用3.4.2驅(qū)動電源的分類3.5步進電動機的微處理器控制3.5.1并行控制3.5.2串行控制3.5.3步進電動機轉(zhuǎn)速控制3.5.4加減速定位控制3.5.5步進電動機的其他控制思考與練習(xí)三第4章旋轉(zhuǎn)變壓器4.1旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理4.1.1旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)4.1.2旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理4.1.3旋轉(zhuǎn)變壓器的負(fù)載運行4.1.4一次側(cè)補償?shù)男D(zhuǎn)變壓器4.1.5二次側(cè)補償?shù)男D(zhuǎn)變壓器..4.1.6旋轉(zhuǎn)變壓器的技術(shù)指標(biāo)4.2線性旋轉(zhuǎn)變壓器4.2.1一次側(cè)補償?shù)木€性旋轉(zhuǎn)變壓器4.2.2二次側(cè)補償?shù)木€性旋轉(zhuǎn)變壓器4.2.3比例式旋轉(zhuǎn)變壓器4.3數(shù)字式旋轉(zhuǎn)變壓器4.3.1數(shù)字式旋轉(zhuǎn)變壓器簡介4.3.2AD2S83芯片簡介4.3.3AD2S83芯片外圍電路4.3.4AD2S83工作過程4.4旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用4.4.1矢量分解運算4.4.2反正弦函數(shù)運算4.4.3乘法運算4.4.4除法運算思考與練習(xí)四第5章自整角機5.1力矩式自整角機的結(jié)構(gòu)和工作原理5.1.1力矩式自整角機的結(jié)構(gòu)5.1.2力矩式自整角機的工作原理5.1.3力矩式自整角機的磁勢特點5.1.4力矩式自整角機的轉(zhuǎn)矩分析5.1.5力矩式自整角機的主要技術(shù)指標(biāo)5.2控制式自整角機的結(jié)構(gòu)和工作原理5.2.1控制式自整角機的結(jié)構(gòu)5.2.2控制式自整角機的工作原理5.2.3差動式自整角機5.2.4控制式自整角機的主要技術(shù)指標(biāo)5.3數(shù)字式自整角機5.3.1SDC1740芯片簡介5.3.2SDC1740芯片工作原理5.4自整角機的應(yīng)用5.4.1液面位置指示器5.4.2艦船雷達方位指示思考與練習(xí)五第6章開關(guān)磁阻電動機及其控制6.1開關(guān)磁阻電動機傳動系統(tǒng)6.1.1開關(guān)磁阻電動機傳動系統(tǒng)的組成6.1.2開關(guān)磁阻電動機的工作原理6.1.3開關(guān)磁阻電動機傳動系統(tǒng)的特點6.2開關(guān)磁阻電動機的基本電磁關(guān)系6.2.1理想開關(guān)磁阻電動機的基本電磁關(guān)系6.2.2實際開關(guān)磁阻電動機的物理狀態(tài)6.2.3開關(guān)磁阻電動機的數(shù)學(xué)模型6.3開關(guān)磁阻電動機的運行狀態(tài)及控制方式6.3.1開關(guān)磁阻電動機的運行特性6.3.2開關(guān)磁阻電動機的起動運行6.3.3開關(guān)磁阻電動機的穩(wěn)態(tài)運行6.3.4開關(guān)磁阻電動機的制動運行6.3.5開關(guān)磁阻電動機運行時的轉(zhuǎn)矩脈動與噪聲6.4開關(guān)磁阻電動機傳動系統(tǒng)的控制6.4.1SRD控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及算法6.4.2功率變換器6.4.3信號檢測6.5開關(guān)磁阻電動機的DSP控制思考與練習(xí)六第7章直線電動機7.1直線感應(yīng)電動機的結(jié)構(gòu)與原理7.1.1直線電動機的原理7.1.2直線電動機的結(jié)構(gòu)與分類7.2直線感應(yīng)電動機的分析7.2.1直線感應(yīng)電動機縱向邊緣效應(yīng)7.2.2直線感應(yīng)電動機的橫向邊緣效應(yīng)7.3其他直線電動機7.3.1直線直流電動機7.3.2直線自整角機7.3.3直線和平面步進電動機7.4直線感應(yīng)電動機的應(yīng)用7.4.1直線感應(yīng)電動機的應(yīng)用原則7.4.2直線感應(yīng)電動機的應(yīng)用情況思考與練習(xí)七附錄A信號檢測與轉(zhuǎn)換A.1電流和電壓的檢測A.1.1電流的檢測A.1.2電壓的檢測A.2位置檢測A.2.1絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器A.2.2增量式旋轉(zhuǎn)編碼器A.2.3光電編碼盤與單片機的接口A.2.4增量式旋轉(zhuǎn)編碼器與TMS320LF2407A的接口A.3速度檢測A.3.1用測速發(fā)電動機測速A.3.2用光電旋轉(zhuǎn)編碼器測速附錄B數(shù)字PID控制算法與數(shù)字濾波技術(shù)B.1數(shù)字PID控制算法B.1.1模擬PD控制原理B.1.2數(shù)字PID控制算法B.1.3數(shù)字PID的改進算法B.1.4數(shù)字PID控制器的參數(shù)選擇和采樣周期的選擇B.2數(shù)字濾波技術(shù)B.2.1算數(shù)平均值法B.2.2移動平均濾波法B.2.3防脈沖干擾平均值法B.2.4數(shù)字低通濾波法參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　直流伺服電動機　　伺服電動機是一種執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。伺服電動機將輸入的電壓信號變換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度而輸出。輸入的電壓信號又稱為控制信號或控制電壓。改變控制電壓可以改變伺服電動機的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。伺服電動機按其使用的電源性質(zhì)不同，可分為直流伺服電動機和交流伺服電動機兩大類?！　‰S著自動控制技術(shù)的發(fā)展，伺服電動機的應(yīng)用范圍日益廣泛，對其性能的要求也在不斷提高；另外新技術(shù)、新材料的出現(xiàn)也為伺服電動機的發(fā)展提供了可能，促使它有了很大發(fā)展，涌現(xiàn)出許多新型的結(jié)構(gòu)。如快速響應(yīng)低慣量的盤形電樞直流電動機、空芯杯電樞直流電動機和無槽電樞直流伺服電動機；取消了傳統(tǒng)直流電動機上的電刷和換向器采用電子器件換向的無刷直流伺服電動機；為了適應(yīng)高精度低速伺服系統(tǒng)的需要取消了減速機構(gòu)而直接驅(qū)動負(fù)載的直流力矩電動機等?！　”菊轮饕椭绷魉欧妱訖C、無刷直流伺服電動機及直流力矩電動機的結(jié)構(gòu)、原理、運行特性及其應(yīng)用進行分析，有關(guān)交流伺服電動機的內(nèi)容將在第2章中講述?！　?.1　直流伺服電動機　　1.1.1　結(jié)構(gòu)和分類　　直流伺服電動機是指使用直流電源驅(qū)動的伺服電動機，它實質(zhì)上就是一臺他勵式直流電動機。直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)可分為傳統(tǒng)型和低慣量型兩大類?！　?.傳統(tǒng)型直流伺服電動機　　傳統(tǒng)型直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)形式和普通直流電動機基本相同，也是由定子、轉(zhuǎn)子兩大部分所組成，只是它的容量與體積較小。按勵磁方式的不同，傳統(tǒng)型直流伺服電動機可以再分為永磁式和電磁式兩種。永磁式直流伺服電動機的定子磁極由永久磁鋼組成。電磁式直流伺服電動機的定子磁極通常由硅鋼片鐵芯和勵磁繞組組成。這兩種電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與普通直流電動機的結(jié)構(gòu)相同，其鐵芯均由硅鋼片沖制疊壓而成，在轉(zhuǎn)子沖片的外圓周一L開有均勻布置的齒槽，在轉(zhuǎn)子槽中放置電樞繞組，并通過換向器和電刷與外電路連接?！　?.低慣量型直流伺服電動機　　與傳統(tǒng)型的直流伺服電動機相比，低慣量型直流伺服電動機具有時間常數(shù)小響應(yīng)快速的特點。目前低慣量型直流伺服電動機主要有：盤形直流伺服電動機、空心杯形直流伺服電動機和無槽電樞直流伺服電動機。

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