電力拖動自動控制系統（簡體書）

《電力拖動自動控制系統》共7章，主要內容包括：可控電源一電動機系統的特殊問題及機械特性，開環調速系統的性能指標，交、直流調速系統的工作原理、系統結構，靜態和動態性能指標及分析方法，反饋控制的基本特點，調節器結構及參數的設計方法，控制系統的實現，課程設計在電力拖動自動控制系統中的應用等。
欒茹等編著的《電力拖動自動控制系統》的突出特色是用一整章的篇幅，專門講述課程設計的要求、目的、原理、步驟、分析等詳細過程，以滿足開設課程設計等實踐環節的高校的教學需要。
《電力拖動自動控制系統》適用於高等院校自動化專業以及電氣工程與自動化、電氣工程及其自動化專業本科電力拖動自動控制系統課程，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研製的工程技術人員參考。

《電力拖動自動控制系統》適用于高等院校自動化專業以及電氣工程與自動化、電氣工程及其自動化專業本科電力拖動自動控制系統課程，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研制的工程技術人員參考。

電力拖動自動控制系統是電氣工程與自動化專業、電氣工程及其自動化專業和自動化專業的專業主干課，綜合利用前面已講過的電機與拖動基礎、電力電子技術、自動控制原理等課程的基礎知識，培養學生理論聯系實際的能力，掌握電力拖動運動控制系統的工作原理和設計方法。本課程的要點是：應用積累的專業理論知識，解決電力拖動運動控制系統的實際問題，深入進行理論分析，以實驗、課程設計等手段驗證理論分析結果，提高學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是培養電氣工程與自動化專業、電氣工程及其自動化專業和自動化專業學生理論聯系實際的關鍵課程。
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中將電力拖動自動控制系統課程的理論學時大幅度縮減，減下的學時用于實踐環節。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教材。
本書的特點如下。
1 以控制規律為主線，按照從直流到交流、從開環到閉環、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 直流控制系統是電力拖動控制系統的基礎，本書將以此為入門，利用不大的篇幅建立扎實的控制系統分析與設計的概念和能力后，轉入最主要的交流系統的學習。
3 刪去轉差功率消耗型異步電動機調速系統等內容，著重論述交流電動機的變頻調速。
4 增加高性能的交流調速系統的內容，如異步電動機的直接轉矩控制系統、同步電動機的幾種矢量控制系統等，增加高性能的交流調速系統的工程應用情況的介紹與分析等。
5 增加課程設計環節，當今不少高校開設了與本課程配套的課程設計，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，專門講述課程設計的要求、目的、原理、步驟、分析等詳細過程。
本書的內容主要包括：可控電源電動機系統的特殊問題及機械特性，開環調速系統的性能指標，交、直流調速系統系統的工作原理、系統結構，靜態和動態性能指標及分析方法，反饋控制的基本特點，調節器結構及參數的設計方法，控制系統的實現等。在敘述閉環系統時，注意聯系線性控制理論，同時注意結合經典的工程設計概念和方法。為了能夠在縮減一半學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，對選擇出的內容重新設計，由淺入深，力求避免知識塊的無序堆積。
2 對于控制系統部分，力求體現與前期課程的結合、與工程實際的結合，注意由淺入深地揭示物理本質。
3 結合課程設計，將課堂上沒有交代很清楚的知識結構拿到實踐環節來講，以提高教學效果。
本書共7章，按64學時編寫，所包含的課程設計內容放在課后專門開設的時間里完成。
第一大部分直流調速系統，包含第1章直流調壓調速系統，第2章閉環控制的直流調速系統，第3章可逆、弱磁控制的直流調速系統。
第二大部分交流調速系統，包含第4章基于穩態模型的異步電動機調速系統，第5章基于動態模型的異步電動機調速系統，第6章同步電動機變壓變頻調速系統。
第三大部分運用前面的理論知識指導實踐，包含第7章課程設計。
如果安排在48學時內學完本課程，可以考慮各個學校相應專業對課程的要求不同，在實際教學中選用部分內容，可刪去帶※的選學內容。本書每章附有思考題和習題，其中思考題難度較大，供教學時參考，讀者可量力而行。
本課程是一門實踐性很強的課程，安排課程設計就是為了強化學生對課堂理論知識的掌握與應用，需要在課程結束后單獨開設，在課程設計的過程中培養學生運用理論分析并解決實際問題的能力，以及培養學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以及電氣工程與自動化、電氣工程及其自動化專業本科“電力拖動自動控制系統”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研制的工程技術人員參考。
本書由北京建筑工程學院欒茹、北京理工大學劉世岳及北京建筑工程學院祁新春等編寫。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。欒茹負責全書的統稿。北京建筑工程學院陰振勇高級工程師提供了第7章的素材。北京建筑工程學院蔣志堅教授主審本書的內容。
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

第1章直流調壓調速系統
1．1相控晶閘管一電動機調速系統
1．1．1相控晶閘管一電動機調速系統的組成
1．1．2相控晶閘管一電動機調速系統的機械特性
1．1．3相控晶閘管整流裝置的放大係數和傳遞函數
1．2直流PwM變換器一電動機系統
1．2．1直流斬波器的調壓原理
1．2．2不可逆直流PwM變換器一電動機系統
1．2．3可逆直流PwM變換器一電動機系統
1．2．4直流脈寬調速系統的機械特性
1．2．5PwM控制與變換器的數學模型
※1．2．6電能回饋與泵升電壓的限制
練習題

第2章閉環控制的直流調速系統
2．1轉速單閉環直流調速系統
2．1．1調速指標及開環系統存在的問題
2．1．2閉環系統的組成與靜特性
2．1．3反饋控制規律和穩態參數計算
2．1．4電流截止負反饋
2．1．5反饋控制閉環系統的動態分析與穩定條件
2．1．6無靜差調速系統的控制規律
2．2轉速、電流雙閉環直流調速系統
2．2．1轉速、電流雙閉環調速系統及其靜特性
2．2．2雙閉環直流調速系統的動態性能
2．3調節器的工程設計方法
2．3．1控制系統的動態性能指標
2．3．2典型系統參數與性能指標的關係
2．3．3調節器設計的一般過程
2．4電流調節器與轉速調節器的設計
2．4．1電流調節器的設計
2．4．2轉速調節器的設計
※2．4．3轉速調節器退飽和時轉速超調量的計算
練習題

第3章可逆、弱磁控制的直流調速系統
3．1可逆直流調速系統
3．1．1直流調速系統可逆線路的組成
3．1．2直流調速回饋系統
3．1．3可逆直流調速系統中的環流
3．1．4無環流可逆調速系統
※3．2弱磁控制的直流調速系統
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速系統
練習題

第4章基於穩態模型的異步電動機調速系統
4．1異步電動機變壓變頻調速的基本原理
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交流脈寬調製（SPwM）變壓變頻技術
4．3．1SPwM逆變器的工作原理
4．3．2電流滯環跟蹤PWM（CHBPWM）控制技術
4．3．3電壓空間矢量PwM（SVPWM）控制技術
4．4PwM控制方式下的變壓變頻調速系統
4．4．1轉速開環恒壓頻比控制調速系統
4．4．2轉速閉環轉差頻率控制的變壓變頻調速系統
※4．5變頻調速在恒壓供水系統中的應用
練習題

第5章基於動態模型的異步電動機調速系統
5．1異步電動機動態數學模型
5．1．1異步電動機動態數學模型的性質
5．1．2三相異步電動機的原始數學模型
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學模型
5．1．5三相異步電動機在兩相坐標系上的狀態方程
5．2按轉子磁鏈定向的矢量控制系統
5．2．1矢量控制的基本思路
5．2．2按轉子磁鏈定向的狀態方程
5．2．3轉子磁鏈模型
5．2．4直接矢量控制系統的實現
5．2．5間接矢量控制系統
5．3按定子磁鏈控制的直接轉矩控制系統
5．3．1直接轉矩控制系統的基本原理
5．3．2定子電壓矢量對定子磁鏈與電磁轉矩的控制作用
5．3．3直接轉矩控制系統的控制模型
※5．4直接轉矩控制系統與矢量控制系統的比較
※5．5矢量控制在空調設備節能上的應用
練習題

第6章同步電動機變壓變頻調速系統
6．1同步電動機調速的基本類型與特點
6．2他控變頻同步電動機調速系統
6．2．1轉速開環恒壓頻比控制的同步電動機群調速系統
6．2．2電流型變頻器一同步電動機調速系統
6．2．3交一交變壓變頻器一同步電動機調速系統
6．3自控變頻同步電動機調速系統
6．3．1自控變頻同步電動機調速的原理
6．3．2梯形波永磁同步電動機（無刷直流電動機）的自控變頻調速系統
※6．4同步電動機矢量控制系統
6．4．1同步電動機的多變量動態數學模型
6．4．2按氣隙磁場定向的同步電動機矢量控制系統
6．4．3正弦波永磁同步電動機的自控變頻調速系統
※6．5同步電動機調速在三維電腦雕刻機中的應用
練習題

第7章課程設計
7．1課程設計的目的與要求
7．1．1課程設計的目的
7．1．2課程設計的要求
7．2雙閉環直流調速系統設計與調試
7．2．1雙閉環直流調速系統設計任務書
7．2．2雙閉環直流調速系統設計與調試指導書
7．2．3設計舉例
7．3交流拖動電梯控制系統設計
7．3．1交流拖動電梯控制系統設計任務書與指導書
7．3．2交流拖動電梯控制系統設計的實例

附錄
附錄1幾種傳遞函數的近似處理條件
【附11】直流調速系統中電力電子變換器傳遞函數的近似處理條件
【附12】三個小慣性環節的近似處理
附錄2典型Ⅱ型系統的閉環幅頻特性峰值最小（Mrmin）準則式（2-65）、式（2-66）、式（2-68）的證明M97
附錄3在功率不變條件下的坐標變換
【附3l】功率不變時坐標變換陣的性質
【附32】功率不變條件下的3／2變換及匝數比
附錄4由三相靜止坐標系到兩相任意旋轉坐標系上的變換（3s／2r變換）
【附41】3s／2r旋轉變換陣
【附42】電壓方程的變換
【附43】磁鏈方程的變換
【附44】轉矩方程的變換
部分習題參考答案
參考文獻