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第1章 单环控制直流调速系统1

1.1 开环直流调速系统及调速指标1

1.1.1 直流电动机的调速方法和方案1

1.1.2 晶闸管-直流电动机开环调速系统2

1.1.3 V-M系统的机械特性3

1.1.4 生产机械对转速控制的要求及调速指标4

1.1.5 开环调速系统存在的问题5

1.2 转速负反馈单闭环有静差直流调速系统6

1.2.1 调速系统的组成及其工作原理6

1.2.2 闭环调速系统的静特性7

1.2.3 开环系统机械特性与闭环系统静特性的比较8

1.2.4 闭环控制系统的基本特征11

1.2.5 限流保护——电流截止负反馈12

1.3 反馈控制闭环直流调速系统的动态分析14

1.3.1 反馈控制闭环直流调速系统的动态数学模型14

1.3.2 单闭环有静差调速系统的动态结构图18

1.3.3 单闭环有静差调速系统的稳定性分析19

1.4 比例积分控制规律和无静差调速系统20

1.4.1 积分调节器和比例积分调节器及其控制规律21

1.4.2 采用PI调节器的无静差直流调速系统23

1.5 电压反馈电流补偿控制的直流调速系统25

1.5.1 电压负反馈直流调速系统25

1.5.2 电流正反馈和补偿控制规律26

思考题与习题29

第2章 多环控制直流调速系统32

2.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性32

2.1.1 问题的提出32

2.1.2 转速、电流双闭环直流调速系统的组成33

2.1.3 双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性34

2.2 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析36

2.2.1 双闭环直流调速系统的动态结构图36

2.2.2 起动过程分析37

2.2.3 双闭环直流调速系统的动态抗扰性能39

2.2.4 转速和电流两个调节器的作用39

2.3 双闭环直流调速系统调节器的工程设计40

2.3.1 调节器工程设计方法的必要性、可能性与基本思路40

2.3.2 控制系统的动态性能指标41

2.3.3 典型Ⅰ型系统以及系统性能指标和参数的关系43

2.3.4 典型Ⅱ型系统以及系统性能指标和参数的关系48

2.3.5 非典型系统的典型化52

2.4 按工程设计方法设计双闭环调速系统的调节器57

2.4.1 电流调节器的设计58

2.4.2 转速调节器的设计62

2.4.3 转速调节器退饱和时转速超调量的计算66

2.5 转速超调的抑制——转速微分负反馈69

2.5.1 带转速微分负反馈双闭环调速系统的基本原理69

2.5.2 退饱和时间和退饱和转速71

2.5.3 转速微分负反馈参数的工程设计方法72

思考题与习题73

第3章 直流电动机可逆调速及直流斩波调速系统76

3.1 晶闸管-电动机（V-M）可逆调速系统主电路结构形式76

3.2 可逆调速系统中环流分析80

3.2.1 环流的定义80

3.2.2 直流平均环流产生的原因及消除办法81

3.2.3 瞬时脉动环流及其抑制82

3.3 有环流可逆调速系统84

3.3.1 α＝β配合控制的有环流可逆调速系统84

3.3.2 可控环流可逆调速系统87

3.4 无环流控制的可逆晶闸管-电动机系统90

3.5 直流脉宽调速系统97

3.5.1 PWM变换器的工作状态和电压、电流波形97

3.5.2 直流脉宽调速系统的机械特性102

3.5.3 双闭环的PWM可逆直流调速系统103

3.5.4 交流电源供电时的制动104

思考题与习题104

第4章 MATLAB简介与直流调速系统仿真107

4.1 MATLAB简介107

4.2 Simulink/SimPower Systems模型窗口108

4.2.1 Simulink的工作环境108

4.2.2 模型窗口工具栏111

4.3 有关模块的基本操作及仿真步骤112

4.4 测量模块及显示和记录模块的使用117

4.5 建立子系统和系统模型的封装122

4.6 Simulink模型库中的模块126

4.7 SimPower Systems模型库浏览132

4.8 仿真算法介绍143

4.9 单闭环直流调速系统的仿真146

4.9.1 开环直流调速系统的仿真146

4.9.2 单闭环有静差转速负反馈调速系统的建模与仿真151

4.9.3 单闭环无静差转速负反馈调速系统的建模与仿真153

4.9.4 单闭环电流截止转速负反馈调速系统的建模与仿真156

4.9.5 单闭环电压负反馈调速系统的建模与仿真157

4.9.6 单闭环电压负反馈和带电流正反馈调速系统的建模与仿真159

4.9.7 单闭环转速负反馈调速系统定量仿真161

4.10 双闭环及PWM直流调速系统仿真163

4.10.1 双闭环直流调速系统定量仿真163

4.10.2 转速超调的抑制——转速微分负反馈仿真167

4.10.3 α＝β配合控制调速系统仿真168

4.10.4 逻辑无环流可逆直流调速系统仿真172

4.10.5 PWM直流调速系统仿真177

思考题与习题181

第5章 交流调压调速系统182

5.1 异步电动机改变电压时的机械特性183

5.2 异步电动机变压调速电路185

5.3 闭环控制的调压调速系统及其特性186

5.3.1 具有速度反馈的调压调速系统及其静特性186

5.3.2 闭环变压调速系统的动态结构图187

思考题与习题191

第6章 交流异步电动机变频调速系统192

6.1 变频调速的基本控制方式192

6.2 异步电动机电压-频率协调控制时的机械特性194

6.2.1 恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性194

6.2.2 基频以下电压-频率协调控制时的机械特性195

6.2.3 基频以上恒压变频的机械特性197

6.3 电力电子变频器的主要类型198

6.4 电压源型和电流源型逆变器201

6.5 变压变频调速系统中的脉宽调制技术203

6.5.1 PWM变频调速系统中的功率接口203

6.5.2 正弦波脉宽调制技术209

6.5.3 电流滞环跟踪控制技术214

6.5.4 电压空间PWM矢量控制技术216

6.6 基于异步电动机稳态模型的变压变频调速系统222

6.7 异步电动机的动态数学模型和坐标变换227

6.7.1 异步电动机动态数学模型227

6.7.2 坐标变换和变换矩阵231

6.8 三相异步电动机在不同坐标系上的数学模型238

6.9 基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统240

6.9.1 矢量控制系统的基本思路241

6.9.2 按转子磁链定向的矢量控制方程及其解耦作用242

6.9.3 转子磁链模型243

6.10 磁链开环转差型矢量控制系统——间接矢量控制245

6.11 转速、磁链闭环控制的矢量控制系统——直接矢量控制系统246

思考题与习题247

第7章 绕线转子异步电动机调速系统249

7.1 绕线转子异步电动机串级调速原理249

7.1.1 异步电动机转子附加电动势时的工作情况249

7.1.2 串级调速的各种运行状态及功率传递关系250

7.1.3 串级调速系统的基本类型251

7.2 串级调速系统的性能255

7.2.1 串级调速系统的机械特性255

7.2.2 串级调速装置的电压和容量260

7.2.3 串级调速系统的效率261

7.2.4 串级调速系统的功率因数263

7.3 转速、电流双闭环串级调速系统264

7.3.1 双闭环控制串级调速系统的组成264

7.3.2 串级调速系统的动态数学模型264

7.3.3 串级调速系统调节器参数的设计267

7.3.4 串级调速系统的起动方式268

7.4 超同步串级调速系统269

7.4.1 超同步串级调速系统的工作原理269

7.4.2 超同步串级调速系统的再生制动270

思考题与习题270

第8章 交流调速系统的MATLAB仿真271

8.1 调压调速系统的仿真271

8.1.1 交流调速系统仿真中常用模块简介271

8.1.2 单闭环交流电动机调压调速系统的建模与仿真273

8.2 变频调速系统的仿真276

8.2.1 SPWM内置波调速系统仿真276

8.2.2 SPWM外置波调速系统仿真278

8.3 电流滞环跟踪控制调速系统仿真280

8.4 电压空间矢量调速系统仿真283

8.5 转速开环恒压频比的交流调速系统仿真286

8.6 转速、磁链闭环控制的矢量控制系统仿真288

8.7 绕线转子异步电动机双馈调速系统的仿真294

思考题与习题297

第9章 智能控制在直流调速系统中的应用298

9.1 常规PID控制原理298

9.2 人工神经网络介绍299

9.2.1 人工神经元模型300

9.2.2 人工神经网络的结构模型301

9.3 基于单神经元PID控制的双闭环直流调速系统302

9.3.1 单神经元PID控制原理302

9.3.2 双闭环直流调速系统的单神经元自适应PID控制模型建立及参数设置304

9.3.3 仿真结果308

9.4 基于BP神经网络PID控制的双闭环直流调速系统309

9.4.1 基于BP神经网络参数自整定的PID控制原理309

9.4.2 双闭环直流调速系统的BP神经网络PID控制模型建立及参数设置312

9.4.3 仿真结果315

9.5 模糊控制基本理论316

9.6 基于模糊自适应PID控制的双闭环直流调速系统317

9.6.1 模糊自适应PID控制原理318

9.6.2 双闭环直流调速系统的模糊自适应PID控制模型建立及参数设置318

9.6.3 仿真结果324

思考题与习题326

参考文献327