電力拖動自動控制系統(tǒng)

前言

電力拖動自動控制系統(tǒng)是電氣工程與自動化專業(yè)、電氣工程及其自動化專業(yè)和自動化專業(yè)的專業(yè)主干課，綜合利用前面已講過的電機與拖動基礎(chǔ)、電力電子技術(shù)、自動控制原理等課程的基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，掌握電力拖動運動控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計方法。本課程的要點是：應(yīng)用積累的專業(yè)理論知識，解決電力拖動運動控制系統(tǒng)的實際問題，深入進行理論分析，以實驗、課程設(shè)計等手段驗證理論分析結(jié)果，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。因此，電力拖動自動控制系統(tǒng)是培養(yǎng)電氣工程與自動化專業(yè)、電氣工程及其自動化專業(yè)和自動化專業(yè)學(xué)生理論聯(lián)系實際的關(guān)鍵課程。隨著高等教育改革的深入，各高等院校在自動化、電氣工程與自動化、電氣工程及其自動化等專業(yè)中將電力拖動自動控制系統(tǒng)課程的理論學(xué)時大幅度縮減，減下的學(xué)時用于實踐環(huán)節(jié)。正是為了滿足這一教改需求，我們組織編寫了本書作為基礎(chǔ)教材。本書的特點如下。1 以控制規(guī)律為主線，按照從直流到交流、從開環(huán)到閉環(huán)、從基本控制方法到最先進的控制策略循序漸進的原則編寫。2 直流控制系統(tǒng)是電力拖動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，本書將以此為入門，利用不大的篇幅建立扎實的控制系統(tǒng)分析與設(shè)計的概念和能力后，轉(zhuǎn)入最主要的交流系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。3 刪去轉(zhuǎn)差功率消耗型異步電動機調(diào)速系統(tǒng)等內(nèi)容，著重論述交流電動機的變頻調(diào)速。4 增加高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)容，如異步電動機的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)、同步電動機的幾種矢量控制系統(tǒng)等，增加高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)的工程應(yīng)用情況的介紹與分析等。5 增加課程設(shè)計環(huán)節(jié)，當今不少高校開設(shè)了與本課程配套的課程設(shè)計，本教材此次編寫正是為了迎合這一需求，單獨增加一整章的篇幅，專門講述課程設(shè)計的要求、目的、原理、步驟、分析等詳細過程。本書的內(nèi)容主要包括：可控電源電動機系統(tǒng)的特殊問題及機械特性，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的性能指標，交、直流調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，靜態(tài)和動態(tài)性能指標及分析方法，反饋控制的基本特點，調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)及參數(shù)的設(shè)計方法，控制系統(tǒng)的實現(xiàn)等。在敘述閉環(huán)系統(tǒng)時，注意聯(lián)系線性控制理論，同時注意結(jié)合經(jīng)典的工程設(shè)計概念和方法。為了能夠在縮減一半學(xué)時的條件下把本課程的知識講清楚，編者在以下幾方面做了有益的嘗試。1 在浩如煙海的知識體系中精化提煉，對選擇出的內(nèi)容重新設(shè)計，由淺入深，力求避免知識塊的無序堆積。2 對于控制系統(tǒng)部分，力求體現(xiàn)與前期課程的結(jié)合、與工程實際的結(jié)合，注意由淺入深地揭示物理本質(zhì)。3 結(jié)合課程設(shè)計，將課堂上沒有交代很清楚的知識結(jié)構(gòu)拿到實踐環(huán)節(jié)來講，以提高教學(xué)效果。本書共7章，按64學(xué)時編寫，所包含的課程設(shè)計內(nèi)容放在課后專門開設(shè)的時間里完成。第一大部分直流調(diào)速系統(tǒng)，包含第1章直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，第2章閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)，第3章可逆、弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。第二大部分交流調(diào)速系統(tǒng)，包含第4章基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)，第5章基于動態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)，第6章同步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。第三大部分運用前面的理論知識指導(dǎo)實踐，包含第7章課程設(shè)計。如果安排在48學(xué)時內(nèi)學(xué)完本課程，可以考慮各個學(xué)校相應(yīng)專業(yè)對課程的要求不同，在實際教學(xué)中選用部分內(nèi)容，可刪去帶※的選學(xué)內(nèi)容。本書每章附有思考題和習(xí)題，其中思考題難度較大，供教學(xué)時參考，讀者可量力而行。本課程是一門實踐性很強的課程，安排課程設(shè)計就是為了強化學(xué)生對課堂理論知識的掌握與應(yīng)用，需要在課程結(jié)束后單獨開設(shè)，在課程設(shè)計的過程中培養(yǎng)學(xué)生運用理論分析并解決實際問題的能力，以及培養(yǎng)學(xué)生掌握實驗方法與技能。本教材適用于高等院校自動化專業(yè)以及電氣工程與自動化、電氣工程及其自動化專業(yè)本科“電力拖動自動控制系統(tǒng)”課程，也可供電力電子與電力傳動碩士研究生和從事運動控制系統(tǒng)研制的工程技術(shù)人員參考。本書由北京建筑工程學(xué)院欒茹、北京理工大學(xué)劉世岳及北京建筑工程學(xué)院祁新春等編寫。第1、5～7章由欒茹編寫，第2、4章由劉世岳編寫，第3章由祁新春編寫。欒茹負責(zé)全書的統(tǒng)稿。北京建筑工程學(xué)院陰振勇高級工程師提供了第7章的素材。北京建筑工程學(xué)院蔣志堅教授主審本書的內(nèi)容。我們在編寫過程中雖然付出了大量的精力，但仍難免有不妥之處，期望廣大讀者批評指正。編者

內(nèi)容概要

《電力拖動自動控制系統(tǒng)》共7章，主要內(nèi)容包括：可控電源-電動機系統(tǒng)的特殊問題及機械特性，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的性能指標，交、直流調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，靜態(tài)和動態(tài)性能指標及分析方法，反饋控制的基本特點，調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)及參數(shù)的設(shè)計方法，控制系統(tǒng)的實現(xiàn)，課程設(shè)計在電力拖動自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用等。
《電力拖動自動控制系統(tǒng)》的突出特色是用一整章的篇幅，專門講述課程設(shè)計的要求、目的、原理、步驟、分析等詳細過程，以滿足開設(shè)課程設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)的高校的教學(xué)需要。
《電力拖動自動控制系統(tǒng)》適用于高等院校自動化專業(yè)以及電氣工程與自動化、電氣工程及其自動化專業(yè)本科電力拖動自動控制系統(tǒng)課程，也可供電力電子與電力傳動碩士研究生和從事運動控制系統(tǒng)研制的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 1.1相控晶閘管—電動機調(diào)速系統(tǒng) 1.1.1相控晶閘管—電動機調(diào)速系統(tǒng)的組成 1.1.2相控晶閘管—電動機調(diào)速系統(tǒng)的機械特性 1.1.3相控晶閘管整流裝置的放大系數(shù)和傳遞函數(shù) 1.2直流PWM變換器—電動機系統(tǒng) 1.2.1直流斬波器的調(diào)壓原理 1.2.2不可逆直流PWM變換器—電動機系統(tǒng) 1.2.3可逆直流PWM變換器—電動機系統(tǒng) 1.2.4直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機械特性 1.2.5 PWM控制與變換器的數(shù)學(xué)模型 1.2.6 電能回饋與泵升電壓的限制 練習(xí)題 第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 2.1轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 2.1.1調(diào)速指標及開環(huán)系統(tǒng)存在的問題 2.1.2閉環(huán)系統(tǒng)的組成與靜特性 2.1_3反饋控制規(guī)律和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算 2.1.4電流截止負反饋 2.1.5反饋控制閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)分析與穩(wěn)定條件 2.1.6無靜差調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律 2.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 2.2.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性  2.2.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能 2.3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法 2.3.1控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標 2.3.2典型系統(tǒng)參數(shù)與性能指標的關(guān)系 2.3.3調(diào)節(jié)器設(shè)計的一般過程 2.4電流調(diào)節(jié)器與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 2.4.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 2.4.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 2.4.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計算 練習(xí)題 第3章 可逆、弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 3.1可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 3.1.1直流調(diào)速系統(tǒng)可逆線路的組成 3.1.2直流調(diào)速回饋系統(tǒng) 3.1.3可逆直流調(diào)速系統(tǒng)中的環(huán)流 3.1.4無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng) 3.2弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 3.2.1降壓與弱磁的配合控制 3.2.2非獨立控制勵磁的調(diào)速系統(tǒng) 練習(xí)題 第4章基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng) 4.1異步電動機變壓變頻調(diào)速的基本原理 4.1.1異步電動機的機械特性 4.1.2變壓變頻調(diào)速的基本控制方式 4.1.3不同變頻控制方式下的機械特性 4.2通用變壓變頻裝置的主要類型 4.2.1間接與直接式變頻裝置 4.2.2 電壓源型和電流源型逆變器 4.3交流脈寬調(diào)制（SPWM）變壓變頻技術(shù) 4.3.1 SPWM逆變器的工作原理 4.3.2電流滯環(huán)跟蹤PWM（CHBPWM）控制技術(shù) 4.3.3電壓空間矢量PWM（SVPWM）控制技術(shù) 4.4 PWM控制方式下的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 4.4.1轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng) 4.4.2轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 4.5變頻調(diào)速在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用 練習(xí)題 第5章基于動態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng) 5.1異步電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型 5.1.1異步電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì) 5.1.2三相異步電動機的原始數(shù)學(xué)模型 5.1.3坐標變換和變換矩陣 5.1.4三相異步電動機在兩相坐標系上的數(shù)學(xué)模型 5.1.5三相異步電動機在兩相坐標系上的狀態(tài)方程 5.2按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng) 5.2.1矢量控制的基本思路 5.2.2按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的狀態(tài)方程 5.2.3轉(zhuǎn)子磁鏈模型 5.2.4直接矢量控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 5.2.5間接矢量控制系統(tǒng) 5.3按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 5.3.1直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本原理 5.3.2定子電壓矢量對定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用 5.3.3直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的控制模型 5.4直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)與矢量控制系統(tǒng)的比較 5.5矢量控制在空調(diào)設(shè)備節(jié)能上的應(yīng)用 練習(xí)題 第6章 同步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 6.1同步電動機調(diào)速的基本類型與特點 6.2他控變頻同步電動機調(diào)速系統(tǒng) 6.2.1轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的同步電動機群調(diào)速系統(tǒng) 6.2.2 電流型變頻器一同步電動機調(diào)速系統(tǒng) 6.2.3交一交變壓變頻器一同步電動機調(diào)速系統(tǒng) 6.3 自控變頻同步電動機調(diào)速系統(tǒng) 6.3.1 自控變頻同步電動機調(diào)速的原理 6.3.2梯形波永磁同步電動機（無刷直流電動機）的自控變頻調(diào)速系統(tǒng) 6.4同步電動機矢量控制系統(tǒng) 6.4.1 同步電動機的多變量動態(tài)數(shù)學(xué)模型 6.4.2按氣隙磁場定向的同步電動機矢量控制系統(tǒng) 6.4.3正弦波永磁同步電動機的自控變頻調(diào)速系統(tǒng) 6.5同步電動機調(diào)速在三維電腦雕刻機中的應(yīng)用 練習(xí)題 第7章課程設(shè)計 7.1課程設(shè)計的目的與要求 7.1.1課程設(shè)計的目的 7.1.2課程設(shè)計的要求 7.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試 7.2.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書 7.2.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試指導(dǎo)書 7.2.3設(shè)計舉例 7.3交流拖動電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 7.3.1交流拖動電梯控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書與指導(dǎo)書 7.3.2交流拖動電梯控制系統(tǒng)設(shè)計的實例 附 錄 附錄1幾種傳遞函數(shù)的近似處理條件 【附1.1】直流調(diào)速系統(tǒng)中電力電子變換器傳遞函數(shù)的近似處理條件 【附1.2】三個小慣性環(huán)節(jié)的近似處理 附錄2典型Ⅱ型系統(tǒng)的閉環(huán)幅頻特性峰值最小（Mrmin）準則式（2—65）、式（2—66）、式（2—68）的證明 附錄3在功率不變條件下的坐標變換 【附3.1】功率不變時坐標變換陣的性質(zhì) 【附3.2】功率不變條件下的3／2變換及匝數(shù)比 附錄4 由三相靜止坐標系到兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標系上的變換（3s／2r變換） 【附4.1】3s／2r旋轉(zhuǎn)變換陣 【附4.2】電壓方程的變換 【附4.3】磁鏈方程的變換 【附4.4】轉(zhuǎn)矩方程的變換 部分習(xí)題參考答案 參考文獻

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《電力拖動自動控制系統(tǒng)》適用于高等院校自動化專業(yè)以及電氣工程與自動化、電氣工程及其自動化專業(yè)本科電力拖動自動控制系統(tǒng)課程，也可供電力電子與電力傳動碩士研究生和從事運動控制系統(tǒng)研制的工程技術(shù)人員參考。

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