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第1章 直流调速系统 1

1.1 直流电机的原理和开环调速系统 1

1.1.1 直流电机的原理 1

1.1.2 直流电机的模型和基本方程 2

1.1.3 直流电机的传递函数 3

1.1.4 直流电动机的调速方法 4

1.1.5 直流电动机开环调速系统 5

1.1.6 电力电子变流器及其传递函数 5

1.1.7 调速系统的调速指标 7

1.2 有静差转速闭环控制直流调速系统 9

1.2.1 转速闭环控制直流调速系统的组成 9

1.2.2 有静差转速闭环控制直流调速系统的稳态性能分析 9

1.2.3 有静差控制直流调速系统的动态性能分析 12

1.2.4 有静差控制直流调速系统的稳定性分析 15

1.3 无静差转速闭环控制直流调速系统 16

1.3.1 积分调节器和比例积分调节器 16

1.3.2 无静差控制直流调速系统的原理 17

1.3.3 无静差控制直流调速系统的静特性 18

1.3.4 无静差控制直流调速系统的动态性能分析 18

1.3.5 转速单闭环控制系统转速调节器设计 19

1.3.6 转速闭环控制直流调速系统应用举例 21

1.4 电压负反馈电流正反馈补偿控制的直流调速系统 26

1.4.1 系统的稳态结构图和静特性 27

1.4.2 电流补偿控制 28

1.5 转速电流双闭环控制直流调速系统 29

1.5.1 双闭环控制直流调速系统的组成和工作原理 29

1.5.2 双闭环控制直流调速系统的稳态参数和特性 32

1.5.3 双闭环控制直流调速系统的动态性能 33

1.5.4 控制系统调节器的工程设计方法 34

1.5.5 双闭环控制直流调速系统调节器的工程设计 40

1.6 直流调速系统仿真 48

1.6.1 直流调速系统主电路仿真 48

1.6.2 双闭环控制直流调速系统仿真 53

本章小结 55

习题与思考题 55

第2章 直流电动机可逆调速系统和弱磁控制 58

2.1 晶闸管直流可逆调速系统 58

2.1.1 直流可逆调速系统的主电路 58

2.1.2 反并联可逆调速系统的环流 60

2.1.3 直流可逆调速系统的控制模式 61

2.1.4 直流可逆调速系统的制动过程 62

2.1.5 逻辑无环流可逆调速系统 64

2.1.6 逻辑无环流系统仿真 68

2.2 直流PWM可逆调速系统 70

2.2.1 直流PWM可逆调速系统的组成 70

2.2.2 直流PWM可逆调速系统的正反转工作状态 71

2.2.3 直流PWM可逆调速系统的制动工作状态 71

2.2.4 直流PWM可逆调速系统仿真 72

2.3 直流调速系统的弱磁控制 75

2.3.1 自动弱磁控制方法 75

2.3.2 自动弱磁控制直流调速系统 75

2.3.3 弱磁控制调节器设计 76

本章小结 77

习题与思考题 77

第3章 异步电动机的稳态数学模型及调速控制系统 79

3.1 异步电动机的稳态数学模型和调速方法 79

3.1.1 异步电动机的稳态数学模型 79

3.1.2 异步电动机的稳态基本方程 81

3.1.3 异步电动机的电磁转矩 81

3.1.4 异步电动机的功率 82

3.1.5 异步电动机的调速方法 82

3.2 异步电动机的调压调速 83

3.2.1 异步电动机调压调速时的机械特性 83

3.2.2 异步电动机调压调速的转速闭环控制系统 84

3.3 异步电动机的变压变频调速 85

3.3.1 变频调速的基本控制方式 85

3.3.2 异步电动机电压频率协调控制时的机械特性 86

3.4 转速开环恒压频比控制变频调速系统 89

3.4.1 恒压频比控制变频调速系统 89

3.4.2 恒压频比VVVF调速系统仿真 91

3.5 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统 95

3.5.1 转速闭环转差频率控制 95

3.5.2 保持气隙磁通φm不变的电流控制 96

3.5.3 转速闭环转差频率控制的变频调速系统 96

3.5.4 转差频率控制系统仿真 99

3.6 绕线转子异步电动机双馈调速系统 101

3.6.1 双馈电机的工作原理 102

3.6.2 双馈电机的工作模式 103

3.6.3 双馈电机的转子电源和控制 105

3.6.4 绕线转子异步电动机串级调速系统 106

本章小结 108

习题与思考题 109

第4章 异步电动机的动态数学模型及矢量控制系统 110

4.1 三相异步电动机的数学模型 110

4.1.1 三相异步电动机的磁链 110

4.1.2 三相异步电动机的电压方程 112

4.1.3 三相异步电动机的电磁转矩 112

4.1.4 三相异步电动机的运动方程 113

4.2 坐标变换 113

4.2.1 三相静止坐标系和二相静止坐标系的变换（3s/2s变换） 114

4.2.2 二相静止坐标系和二相旋转坐标系的变换（2s/2r变换） 115

4.3 建立在二相坐标系上的异步电动机数学模型 117

4.3.1 二相交流电动机的模型和参数 117

4.3.2 异步电动机在一个二相任意旋转坐标系上的模型（dq0模型） 120

4.3.3 异步电动机在一个二相静止坐标系上的模型（αβ模型） 122

4.3.4 异步电动机在一个二相同步旋转坐标系上的模型 123

4.3.5 异步电动机在一个二相同步旋转坐标系上按转子磁场定向的模型（mt模型） 123

4.4 转子磁链观测 125

4.4.1 转子磁链观测的电流模型法 126

4.4.2 转子磁链观测的电压模型法 127

4.5 三相异步电动机矢量控制系统 128

4.5.1 矢量控制的基本思路 128

4.5.2 带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统 128

4.5.3 带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真 130

4.5.4 磁链开环转差型矢量控制系统 133

4.5.5 磁链开环转差型矢量控制系统仿真 134

4.5.6 无转速传感器的矢量控制系统 137

本章小结 138

习题与思考题 139

第5章 异步电动机直接转矩控制系统及SVPWM控制系统 140

5.1 逆变器开关状态和电压空间矢量 140

5.1.1 逆变器开关状态 140

5.1.2 电压空间矢量 140

5.1.3 磁链轨迹和控制策略 142

5.2 异步电动机的定子磁链和转矩观测 144

5.2.1 定子磁链观测 144

5.2.2 转矩观测 146

5.3 异步电动机直接转矩控制系统 147

5.3.1 直接转矩控制系统的基本组成 147

5.3.2 磁链控制器 147

5.3.3 转矩控制器 148

5.3.4 逆变器开关状态的选择 148

5.3.5 直接转矩控制系统的工作过程 149

5.3.6 直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较 150

5.4 SVPWM调制原理及变压变频调速系统 151

5.4.1 SVPWM调制原理 151

5.4.2 SVPWM变压变频调速系统 153

本章小结 154

习题与思考题 154

第6章 同步电动机调速系统 155

6.1 同步电机控制基础 155

6.1.1 同步电机的原理和分类 155

6.1.2 同步电机的基本方程 157

6.1.3 同步电机的特殊问题——失步和功率因数控制 158

6.1.4 同步电机与直流电机、异步电机的比较 159

6.2 同步电动机变频调速系统的分类和稳态控制 160

6.2.1 同步电动机变频调速系统的稳态控制 160

6.2.2 同步电动机变频调速系统的分类 161

6.3 可控励磁同步电动机的数学模型 162

6.3.1 同步电动机的磁链方程 162

6.3.2 同步电动机在二相旋转坐标系上的电压方程 163

6.3.3 同步电动机的转矩方程 164

6.4 可控励磁同步电动机按气隙磁场定向的矢量控制系统 164

6.4.1 气隙磁场定向和转矩控制 164

6.4.2 按气隙磁场定向的可控励磁同步电动机矢量控制系统 165

6.5 自控式无换向器电动机变频调速系统 166

6.5.1 无换向器电动机的原理 166

6.5.2 晶闸管逆变器的换流方式 167

6.5.3 无换向器电动机调速系统 168

6.6 永磁同步电动机调速控制系统 168

6.6.1 永磁同步电动机的动态数学模型 169

6.6.2 永磁同步电动机按转子位置定向的矢量控制系统 169

6.6.3 永磁同步电动机按转子位置定向的矢量控制系统仿真 170

6.6.4 无刷直流电动机调速系统 172

6.6.5 无刷直流电动机调速系统仿真 173

本章小结 175

习题与思考题 176

第7章 位置伺服控制系统 177

7.1 位置伺服控制系统的组成和控制的基本要求 177

7.1.1 位置伺服控制系统的组成 177

7.1.2 位置伺服控制的基本要求 178

7.2 步进电动机位置开环伺服控制系统 179

7.2.1 步进电动机的原理 179

7.2.2 步进电动机的参数和特性 180

7.2.3 步进电动机的选用 181

7.2.4 步进电动机的驱动 182

7.2.5 步距细分技术 184

7.3 位置闭环伺服控制系统 185

7.3.1 位置闭环伺服控制系统的组成 185

7.3.2 位置伺服控制系统的数学模型 186

7.3.3 位置伺服控制系统的稳态性能 186

7.4 位置检测 188

7.4.1 光电编码器 188

7.4.2 光栅检测 190

本章小结 190

习题与思考题 191

第8章 风力发电控制系统 192

8.1 风力发电系统的组成和分类 192

8.1.1 风力机 192

8.1.2 风力发电机组的组成 193

8.1.3 风力发电机的功率调节 196

8.1.4 风力发电机的工作模式 198

8.2 同步发电机风力发电系统控制 199

8.2.1 带全功率变流器的同步发电机风力发电系统 199

8.2.2 直流斩波控制 200

8.2.3 逆变器控制 201

8.3 双馈发电机风力发电系统控制 201

8.3.1 双馈发电机的数学模型和定向控制 202

8.3.2 转子侧变流器按定子磁链定向的矢量控制系统 204

8.3.3 双馈发电机转子网侧PWM变流器的数学模型 206

8.3.4 网侧变流器按电压定向的矢量控制系统 207

8.3.5 网侧变流器按虚拟电网磁链定向的矢量控制系统 210

本章小结 211

习题与思考题 212

参考文献 213