运动控制系统 第2版

本书是针对应用型本科院校电气工程与自动化类专业编写的。随着电力电子技术、自动检测技术、计算机技术、智能控制技术和网络技术的快速发展，运动控制系统日新月异。本书内容吸收了运动控制系统已在工程上应用得比较成熟的新技术，压缩了直流调速系统的部分内容，突出了交流异步电动机和同步电动机调速系统，并介绍了位置随动系统和数字式运动控制系统。为适应教学改革的需要，本书秉承“理论够用，注重应用”的理念，对基本原理讲透，对高深理论简略，特别强调运动控制系统在工程上的应用。在实践性内容的安排上，除将其融入各章外，还在第8章专门介绍了运动控制系统的6个应用实例。 本书可作为高等学校电气工程、自动化类专业的教材，也适用于机电一体化、电子等专业，还可供有关工程技术人员阅读和参考。

第1章绪论1 本章教学要求与目标1 1.1运动控制系统的组成和类型1 1.1.1液压传动系统1 1.1.2气压传动系统3 1.1.3电气传动系统4 1.2运动控制系统的发展历史5 1.3运动控制系统的转矩控制规律7 本章小结8 思考题与习题8 第2章开环运动控制系统9 本章教学要求与目标9 2.1直流电动机拖动的运动控制系统的 基本问题9 2.1.1直流调速的主要方法9 2.1.2转速控制的要求和调速性能指标9 2.1.3直流调速系统使用的三种可控 直流电源12 2.2开环控制的直流电动机调速系统13 2.2.1晶闸管整流器电动机系统13 2.2.2直流PWM变换器电动机系统19 2.2.3开环直流调速系统的稳态分析23 2.3步进电动机运动控制系统25 2.3.1步进电动机简介25 2.3.2步进电动机的控制方式26 2.3.3步进电动机控制系统28 本章小结32 思考题与习题32 第3章闭环控制的直流电动机调速 系统33 本章教学要求与目标33 3.1单闭环直流调速系统33 3.1.1单闭环直流调速系统的组成33 3.1.2单闭环直流调速系统的稳、动态 性能分析34 3.1.3无静差直流调速系统40 3.1.4其他形式的单闭环直流调速 系统43 3.2转速、电流双闭环直流调速系统48 3.2.1单闭环直流调速系统存在的问题48 3.2.2转速、电流双闭环直流调速系统 的组成48 3.2.3转速、电流双闭环直流调速系统 的性能分析49 3.2.4转速、电流双闭环直流调速系统 的工程设计方法53 3.2.5转速、电流双闭环直流调速系统 调节器工程设计实例64 3.3可逆直流调速系统76 3.3.1PWM可逆直流调速系统77 3.3.2V睲可逆直流调速系统78 3.4弱磁控制的直流调速系统80 3.4.1弱磁与变压协调控制80 3.4.2弱磁与变压协调控制的直流调速 系统81 本章小结82 思考题与习题82 第4章交流异步电动机调速系统85 本章教学要求与目标85 4.1异步电动机的稳态数学模型和调速 方法85 4.1.1异步电动机的稳态数学模型85 4.1.2异步电动机的调速方法87 4.2异步电动机的变压控制系统87 4.2.1异步电动机的变压调速87 4.2.2变压调速时的机械特性87 4.2.3闭环控制的变压调速系统88 4.2.4变压控制在软起动器中的应用89 4.2.5变压控制在电动机节电器中的 应用91 4.3异步电动机的变压变频（VVVF） 调速92 4.3.1变压变频调速的基本原理92 4.3.2变压变频调速时的机械特性94 4.4变压变频（VVVF）调速技术95 4.4.1交—直—交PWM变频器主电路96 4.4.2正弦波脉宽调制（SPWM）技术96 4.5变压变频（VVVF）调速系统的结构 和工作原理110 4.6高性能异步电动机调速系统113 4.6.1矢量控制的交流变频调速系统113 4.6.2直接转矩控制的交流变频调速 系统114 4.7绕线转子异步电动机调速系统115 4.7.1绕线转子异步电动机双馈控制 的基本原理116 4.7.2绕线转子异步电动机串级调速 系统117 4.7.3绕线转子异步电动机双馈调速 系统118 4.8通用变频器120 4.8.1通用变频器简介120 4.8.2变频器的选型、安装及维护121 本章小结132 思考题与习题132 第5章同步电动机调速系统134 本章教学要求与目标134 5.1同步电动机的稳态数学模型与调速 方法134 5.1.1同步电动机的特点134 5.1.2同步电动机的分类134 5.1.3同步电动机的转矩角特性和稳 定运行135 5.1.4同步电动机的起动136 5.1.5同步电动机的调速137 5.2他控变频同步电动机调速系统137 5.2.1转速开环恒压频比控制的同步 电动机群调速系统138 5.2.2大功率同步电动机调速系统138 5.3三相永磁无刷直流电动机控制系统139 5.3.1无刷直流电动机的组成和工作 原理139 5.3.2无刷直流电动机转矩的波动141 5.3.3无刷直流电动机控制系统142 5.4三相永磁同步伺服电动机控制系统143 5.4.1位置信号的检测143 5.4.2电子齿轮的功能147 5.4.3交流伺服电动机驱动器实例147 本章小结150 思考题与习题151 第6章位置随动系统152 本章教学要求与目标152 6.1位置随动系统概述152 6.1.1位置随动系统的组成152 6.1.2位置随动系统的特点153 6.1.3位置随动系统的基本性能指标154 6.2闭环位置随动系统及其控制原理155 6.2.1闭环伺服系统的执行电动机155 6.2.2数字脉冲比较式伺服系统156 6.2.3数控加工过程157 6.2.4数控机床的轨迹控制原理及其 实现158 6.3位置随动系统的数学模型与校正 设计163 6.3.1位置随动系统的数学模型164 6.3.2位置调节器设计165 本章小结167 思考题与习题167 第7章数字式运动控制系统168 本章教学要求与目标168 7.1数字控制系统的主要特点168 7.2数字式运动控制系统的基本组成169 7.3数字控制的关键部件170 7.3.1数字测速指标170 7.3.2数字测速方法170 7.3.3数字滤波170 7.3.4数字PID调节器172 7.4基于DSP的运动控制器174 7.4.1DSP运动控制器的硬件构成174 7.4.2DSP运动控制器的软件构成176 7.5现场总线及Profibus现场总线179 7.5.1现场总线的概念及特点179 7.5.2典型现场总线介绍180 7.5.3Profibus现场总线概述181 7.5.4Profibus睤P协议184 7.5.5Profibus睤P的数据通信186 7.5.6Profibus睤P的交叉通信方式187 7.5.7Profibus睤P的技术优势187 7.6自抗扰控制技术在运动控制中的 应用188 7.7数字式运动控制系统的设计内容和 流程191 本章小结192 思考题与习题193 第8章运动控制系统应用实例194 本章教学要求与目标194 8.1步进电动机在勾心刚度测试仪中的 应用194 8.2西门子6RA70型直流调速器在热连 轧机中的应用202 8.2.16RA70型直流调速器简介202 8.2.26RA70型直流调速器在热连轧机 中的应用205 8.3变频器在恒压供水系统中的应用208 8.4机械手关节伺服控制系统213 8.5运动控制器在纸箱切割打样机中的 应用218 8.6电气传动技术在汽车上的应用230 8.6.1纯电动汽车230 8.6.2混合动力汽车233 8.6.3燃料电池电动汽车238 参考文献240