控制電機(jī)及其應(yīng)用

前言

　　科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和航空航天技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)和新的控制技術(shù)與控制芯片的結(jié)合，使傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)如伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(wèn)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(dòng)機(jī)如開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和永磁伺服電動(dòng)機(jī)等。傳統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)和新的控制技術(shù)結(jié)合，以及性能優(yōu)越的新型電動(dòng)機(jī)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(shí)掌握和了解這一新的發(fā)展動(dòng)態(tài)，是我們編寫(xiě)本書(shū)的初衷?！　】刂齐妱?dòng)機(jī)及控制的特點(diǎn)為在精講原理的同時(shí)，增加專用控制芯片、單片機(jī)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(duì)控制電動(dòng)機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行特性，以及控制方法和控制技術(shù)有一個(gè)全面的了解。以適應(yīng)寬口徑復(fù)合型人才培養(yǎng)的需要。　　全書(shū)共分7章，第1章的內(nèi)容為直流伺服電動(dòng)機(jī)，主要介紹直流伺服電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和直流力矩電動(dòng)機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特性，在控制部分重點(diǎn)講述了直流伺服電動(dòng)機(jī)和無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)；第2章的內(nèi)容為交流伺服電動(dòng)機(jī)，主要介紹兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)、永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特性，在控制部分重點(diǎn)講述了永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)；第3章的內(nèi)容為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，重點(diǎn)介紹步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特性和單片機(jī)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(jī)，主要介紹旋轉(zhuǎn)變壓器和自整角機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；第6章的內(nèi)容為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)及其控制，重點(diǎn)介紹開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的組成、原理、結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特性和DSP控制技術(shù)；第7章的內(nèi)容為直線電動(dòng)機(jī)，主要介紹直線電動(dòng)機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。同時(shí)，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(shū)控制部分基本上都涉及了位置、速度、電壓、電流的檢測(cè)，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?shū)在編寫(xiě)中，既分析了控制電動(dòng)機(jī)和特種電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)中測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)的內(nèi)容，壓縮了應(yīng)用較少的旋轉(zhuǎn)變壓器、自整角機(jī)的內(nèi)容。增加了應(yīng)用較廣無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)和直線電動(dòng)機(jī)等部分。本書(shū)的內(nèi)容相對(duì)較多，在教學(xué)的過(guò)程中教師可根據(jù)不同本專業(yè)的特點(diǎn)及學(xué)時(shí)的多少適當(dāng)選講，例如無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)、永磁伺服電動(dòng)機(jī)與開(kāi)關(guān)磁阻的控制技術(shù)有相似之處，可重點(diǎn)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(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，放在課程設(shè)計(jì)或畢業(yè)設(shè)計(jì)中進(jìn)行。

內(nèi)容概要

　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，控制電機(jī)在實(shí)際工程中的應(yīng)用愈加廣泛，《控制電機(jī)及其應(yīng)用》在汲取傳統(tǒng)的控制電機(jī)教材對(duì)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(jī)及其應(yīng)用》共分七章，第1章主要介紹直流伺服電動(dòng)機(jī)、直流力矩電動(dòng)機(jī)和無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行特性及控制；第2章主要介紹兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)、永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特性，重點(diǎn)講述永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)；第3章重點(diǎn)介紹步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特性和單片機(jī)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(jī)的原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；第6章的內(nèi)容為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，重點(diǎn)介紹開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的組成、原理、結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特性和DSP控制技術(shù)；第7章的內(nèi)容為直線電機(jī)，本章主要介紹直線電機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。同時(shí)，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?！　　犊刂齐姍C(jī)及其應(yīng)用》主要面向電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化、儀表及檢測(cè)技術(shù)、機(jī)電一體化等本科專業(yè)的教材和參考書(shū)，也可供從事相關(guān)行業(yè)的技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考。

書(shū)籍目錄

第1章直流伺服電動(dòng)機(jī).1.1直流伺服電動(dòng)機(jī)1.1.1結(jié)構(gòu)和分類1.1.2運(yùn)行原理1.1.3直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用1.2無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)1.2.1無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成1.2.2無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制方法1.2.3無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性1.2.4無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用1.3直流力矩電動(dòng)機(jī)1.3.1直流力矩電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1.3.2運(yùn)行原理與特性1.3.3直流力矩電動(dòng)機(jī)性能特點(diǎn)思考與練習(xí)一第2章交流伺服電動(dòng)機(jī)2.1兩相伺服電動(dòng)機(jī)2.1.1結(jié)構(gòu)與分類2.1.2運(yùn)行原理及分析2.1.3運(yùn)行特性2.2永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)2.2.1結(jié)構(gòu)與分類2.2.2運(yùn)行原理及分析2.3永磁同步伺月匠電動(dòng)機(jī)的控制2.3.1三相永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)在靜止ABC坐標(biāo)系中的參數(shù)2.3.2逆變器機(jī)電能量變換裝置的坐標(biāo)變換2.3.3逆變器機(jī)電能量變換裝置電壓方程的坐標(biāo)變換2.3.4無(wú)轉(zhuǎn)子阻尼繞組的三相永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩2.3.5基于統(tǒng)一模型電動(dòng)機(jī)方法的三相永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)方程2.4三相永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(jì)思考與練習(xí)二第3章步進(jìn)電動(dòng)機(jī)3.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理3.1.1反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理3.1.2運(yùn)行方式3.1.3小步距角步進(jìn)電動(dòng)機(jī)3.1.4反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)3.1.5其他形式的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)3.2反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性3.2.1反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性3.2.2反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性3.2.3連續(xù)脈沖運(yùn)行3.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo)3.4驅(qū)動(dòng)電源3.4.1驅(qū)動(dòng)電源組成及作用3.4.2驅(qū)動(dòng)電源的分類3.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制3.5.4加減速定位控制3.5.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(yùn)行4.1.4一次側(cè)補(bǔ)償?shù)男D(zhuǎn)變壓器4.1.5二次側(cè)補(bǔ)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(bǔ)償?shù)木€性旋轉(zhuǎn)變壓器4.2.2二次側(cè)補(bǔ)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(jiǎn)介4.3.2AD2S83芯片簡(jiǎn)介4.3.3AD2S83芯片外圍電路4.3.4AD2S83工作過(guò)程4.4旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用4.4.1矢量分解運(yùn)算4.4.2反正弦函數(shù)運(yùn)算4.4.3乘法運(yùn)算4.4.4除法運(yùn)算思考與練習(xí)四第5章自整角機(jī)5.1力矩式自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理5.1.1力矩式自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)5.1.2力矩式自整角機(jī)的工作原理5.1.3力矩式自整角機(jī)的磁勢(shì)特點(diǎn)5.1.4力矩式自整角機(jī)的轉(zhuǎn)矩分析5.1.5力矩式自整角機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)5.2控制式自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理5.2.1控制式自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)5.2.2控制式自整角機(jī)的工作原理5.2.3差動(dòng)式自整角機(jī)5.2.4控制式自整角機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)5.3數(shù)字式自整角機(jī)5.3.1SDC1740芯片簡(jiǎn)介5.3.2SDC1740芯片工作原理5.4自整角機(jī)的應(yīng)用5.4.1液面位置指示器5.4.2艦船雷達(dá)方位指示思考與練習(xí)五第6章開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)及其控制6.1開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)6.1.1開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的組成6.1.2開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的工作原理6.1.3開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)6.2開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的基本電磁關(guān)系6.2.1理想開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的基本電磁關(guān)系6.2.2實(shí)際開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的物理狀態(tài)6.2.3開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型6.3開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及控制方式6.3.1開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性6.3.2開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)運(yùn)行6.3.3開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行6.3.4開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)運(yùn)行6.3.5開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與噪聲6.4開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)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(hào)檢測(cè)6.5開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的DSP控制思考與練習(xí)六第7章直線電動(dòng)機(jī)7.1直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理7.1.1直線電動(dòng)機(jī)的原理7.1.2直線電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類7.2直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的分析7.2.1直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)縱向邊緣效應(yīng)7.2.2直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的橫向邊緣效應(yīng)7.3其他直線電動(dòng)機(jī)7.3.1直線直流電動(dòng)機(jī)7.3.2直線自整角機(jī)7.3.3直線和平面步進(jìn)電動(dòng)機(jī)7.4直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用7.4.1直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用原則7.4.2直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用情況思考與練習(xí)七附錄A信號(hào)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換A.1電流和電壓的檢測(cè)A.1.1電流的檢測(cè)A.1.2電壓的檢測(cè)A.2位置檢測(cè)A.2.1絕對(duì)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(pán)與單片機(jī)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(cè)A.3.1用測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)測(cè)速A.3.2用光電旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)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(jìn)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(dòng)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(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　直流伺服電動(dòng)機(jī)　　伺服電動(dòng)機(jī)是一種執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。伺服電動(dòng)機(jī)將輸入的電壓信號(hào)變換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度而輸出。輸入的電壓信號(hào)又稱為控制信號(hào)或控制電壓。改變控制電壓可以改變伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。伺服電動(dòng)機(jī)按其使用的電源性質(zhì)不同，可分為直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類?！　‰S著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍日益廣泛，對(duì)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(dòng)機(jī)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(pán)形電樞直流電動(dòng)機(jī)、空芯杯電樞直流電動(dòng)機(jī)和無(wú)槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)；取消了傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)上的電刷和換向器采用電子器件換向的無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機(jī)；為了適應(yīng)高精度低速伺服系統(tǒng)的需要取消了減速機(jī)構(gòu)而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載的直流力矩電動(dòng)機(jī)等?！　”菊轮饕椭绷魉欧妱?dòng)機(jī)、無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機(jī)及直流力矩電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理、運(yùn)行特性及其應(yīng)用進(jìn)行分析，有關(guān)交流伺服電動(dòng)機(jī)的內(nèi)容將在第2章中講述?！　?.1　直流伺服電動(dòng)機(jī)　　1.1.1　結(jié)構(gòu)和分類　　直流伺服電動(dòng)機(jī)是指使用直流電源驅(qū)動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)，它實(shí)質(zhì)上就是一臺(tái)他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)可分為傳統(tǒng)型和低慣量型兩大類。　　1.傳統(tǒng)型直流伺服電動(dòng)機(jī)　　傳統(tǒng)型直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和普通直流電動(dòng)機(jī)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(lì)磁方式的不同，傳統(tǒng)型直流伺服電動(dòng)機(jī)可以再分為永磁式和電磁式兩種。永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的定子磁極由永久磁鋼組成。電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的定子磁極通常由硅鋼片鐵芯和勵(lì)磁繞組組成。這兩種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與普通直流電動(dòng)機(jī)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(kāi)有均勻布置的齒槽，在轉(zhuǎn)子槽中放置電樞繞組，并通過(guò)換向器和電刷與外電路連接?！　?.低慣量型直流伺服電動(dòng)機(jī)　　與傳統(tǒng)型的直流伺服電動(dòng)機(jī)相比，低慣量型直流伺服電動(dòng)機(jī)具有時(shí)間常數(shù)小響應(yīng)快速的特點(diǎn)。目前低慣量型直流伺服電動(dòng)機(jī)主要有：盤(pán)形直流伺服電動(dòng)機(jī)、空心杯形直流伺服電動(dòng)機(jī)和無(wú)槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)。

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