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| 內容簡介： |
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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。
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第1章绪论1本章教学要求与目标11.1运动控制系统的组成和类型11.1.1液压传动系统11.1.2气压传动系统31.1.3电气传动系统41.2运动控制系统的发展历史51.3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92.1直流电动机拖动的运动控制系统的基本问题92.1.1直流调速的主要方法92.1.2转速控制的要求和调速性能指标92.1.3直流调速系统使用的三种可控直流电源122.2开环控制的直流电动机调速系统132.2.1晶闸管整流器电动机系统132.2.2直流PWM变换器电动机系统192.2.3开环直流调速系统的稳态分析232.3步进电动机运动控制系统252.3.1步进电动机简介252.3.2步进电动机的控制方式262.3.3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333.1单闭环直流调速系统333.1.1单闭环直流调速系统的组成333.1.2单闭环直流调速系统的稳、动态性能分析343.1.3无静差直流调速系统403.1.4其他形式的单闭环直流调速系统433.2转速、电流双闭环直流调速系统483.2.1单闭环直流调速系统存在的问题483.2.2转速、电流双闭环直流调速系统的组成483.2.3转速、电流双闭环直流调速系统的性能分析493.2.4转速、电流双闭环直流调速系统的工程设计方法533.2.5转速、电流双闭环直流调速系统调节器工程设计实例643.3可逆直流调速系统763.3.1PWM可逆直流调速系统773.3.2VM可逆直流调速系统783.4弱磁控制的直流调速系统803.4.1弱磁与变压协调控制803.4.2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854.1异步电动机的稳态数学模型和调速方法854.1.1异步电动机的稳态数学模型854.1.2异步电动机的调速方法874.2异步电动机的变压控制系统874.2.1异步电动机的变压调速874.2.2变压调速时的机械特性874.2.3闭环控制的变压调速系统884.2.4变压控制在软起动器中的应用894.2.5变压控制在电动机节电器中的应用914.3异步电动机的变压变频（VVVF）调速924.3.1变压变频调速的基本原理924.3.2变压变频调速时的机械特性944.4变压变频（VVVF）调速技术954.4.1交—直—交PWM变频器主电路964.4.2正弦波脉宽调制（SPWM）技术964.5变压变频（VVVF）调速系统的结构和工作原理1104.6高性能异步电动机调速系统1134.6.1矢量控制的交流变频调速系统1134.6.2直接转矩控制的交流变频调速系统1144.7绕线转子异步电动机调速系统1154.7.1绕线转子异步电动机双馈控制的基本原理1164.7.2绕线转子异步电动机串级调速系统1174.7.3绕线转子异步电动机双馈调速系统1184.8通用变频器1204.8.1通用变频器简介1204.8.2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1345.1同步电动机的稳态数学模型与调速方法1345.1.1同步电动机的特点1345.1.2同步电动机的分类1345.1.3同步电动机的转矩角特性和稳定运行1355.1.4同步电动机的起动1365.1.5同步电动机的调速1375.2他控变频同步电动机调速系统1375.2.1转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统1385.2.2大功率同步电动机调速系统1385.3三相永磁无刷直流电动机控制系统1395.3.1无刷直流电动机的组成和工作原理1395.3.2无刷直流电动机转矩的波动1415.3.3无刷直流电动机控制系统1425.4三相永磁同步伺服电动机控制系统1435.4.1位置信号的检测1435.4.2电子齿轮的功能1475.4.3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1526.1位置随动系统概述1526.1.1位置随动系统的组成1526.1.2位置随动系统的特点1536.1.3位置随动系统的基本性能指标1546.2闭环位置随动系统及其控制原理1556.2.1闭环伺服系统的执行电动机1556.2.2数字脉冲比较式伺服系统1566.2.3数控加工过程1576.2.4数控机床的轨迹控制原理及其实现1586.3位置随动系统的数学模型与校正设计1636.3.1位置随动系统的数学模型1646.3.2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1687.1数字控制系统的主要特点1687.2数字式运动控制系统的基本组成1697.3数字控制的关键部件1707.3.1数字测速指标1707.3.2数字测速方法1707.3.3数字滤波1707.3.4数字PID调节器1727.4基于DSP的运动控制器1747.4.1DSP运动控制器的硬件构成1747.4.2DSP运动控制器的软件构成1767.5现场总线及Profibus现场总线1797.5.1现场总线的概念及特点1797.5.2典型现场总线介绍1807.5.3Profibus现场总线概述1817.5.4ProfibusDP协议1847.5.5ProfibusDP的数据通信1867.5.6ProfibusDP的交叉通信方式1877.5.7ProfibusDP的技术优势1877.6自抗扰控制技术在运动控制中的应用1887.7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1948.1步进电动机在勾心刚度测试仪中的应用1948.2西门子6RA70型直流调速器在热连轧机中的应用2028.2.16RA70型直流调速器简介2028.2.26RA70型直流调速器在热连轧机中的应用2058.3变频器在恒压供水系统中的应用2088.4机械手关节伺服控制系统2138.5运动控制器在纸箱切割打样机中的应用2188.6电气传动技术在汽车上的应用2308.6.1纯电动汽车2308.6.2混合动力汽车2338.6.3燃料电池电动汽车238参考文献240
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运动控制系统（电力拖动自动控制系统）课程作为电气工程和自动化类本科专业的一门专业必修课，已有多种版本的教材在各高校使用。自大学扩招以来，许多大学将自身定位于应用型本科院校，就读的学生普遍存在抽象思维和数理知识方面的欠缺，对理论性较强的教学内容理解困难，而且他们的就业方向主要是基层一线，面对自动控制系统的设计、安装、调试、维护和系统集成等电气技术工作，因此，他们需要的是系统的思维能力、宽广的知识面、较强的动手实践能力和解决实际工程问题的能力，而对于电力传动设备内部的深奥原理以及具体电路，有所了解即可。近年来，随着技术进步和中国制造2025战略举措的提出，一方面各种数字控制技术、智能控制技术和网络控制技术将运动控制系统性能提高到一个新的水平，另一方面运动控制系统除在传统工业制造之外的各个领域得到广泛应用。因此，有必要将新技术、新成果融入教材之中，以期培养出适应时代要求的应用型人才。基于以上认识，本书以必要的理论知识为基础，着重于应用，有利于创新，力图适合应用型本科院校的教学。全书内容安排如下：第1章绪论。除了介绍运动控制系统的发展历史外，还介绍运动控制系统的3个类型，即液压传动系统、气压传动系统和电气传动系统。由于液压传动系统和气压传动系统仍在工业上大量使用且具有独特的优点，因此这方面的内容将有助于扩展学生的知识面。本章最后介绍的转矩控制规律是后续学习的预备知识。第2章开环运动控制系统。首先介绍运动控制系统的要求和稳、动态性能指标，然后介绍常用的晶闸管整流器电动机系统和直流PWM变换器电动机系统，最后介绍广泛使用的一种开环运动控制系统——步进电动机运动控制系统，并给出一个步进驱动器的实例。第3章闭环控制的直流电动机调速系统。尽管直流调速系统已被交流调速系统逐步替代，但直流调速系统特别是双闭环控制系统仍是交流调速系统的基础，其工程设计和分析方法对工程技术人员有重要作用，所以本章循序渐进地讲解了单闭环直流调速系统、双闭环调速直流系统、可逆直流调速系统和弱磁控制的直流调速系统。第4章交流异步电动机调速系统。在提出异步电动机稳态数学模型的基础上，导出了交流调速的方法；在变压控制方面，除了介绍变压调速系统外，还介绍软起动器和电动机节电器；在变频控制方面，重点介绍变频调速的机械特性、SPWM控制方法、VVVF调速系统，对矢量控制系统和直接转矩控制系统只做一般介绍，省略了动态数学模型，还介绍绕线转子异步电动机串级调速系统和双馈调速系统；最后对通用变频器的使用做详细介绍。第5章同步电动机调速系统。介绍同步电动机稳态数学模型及调速方法，重点关注无刷直流电动机控制系统和三相永磁同步伺服电动机控制系统，最后介绍一种交流伺服电动机驱动器。第6章位置随动系统。近年来随着各种数控机床和机器人技术的普遍应用，位置随动系统在工业上显得日益重要，本章在介绍位置随动系统的要求、组成、特点和性能指标后，着重介绍数控加工特别是轨迹控制原理，最后介绍随动系统校正方法。第7章数字式运动控制系统。数字化、智能化、网络化正在成为运动控制系统的主流，本章首先介绍数字控制的特点、系统组成及测速滤波方法，然后介绍数字PID调节器的算法实现，并讲述基于DSP的运动控制器，还详细介绍以Profibus为代表的现场总线和应用较广的EtherCAT现场总线以及目前比较先进的自抗扰控制技术，最后给出数字式运动控制系统的设计内容和流程。第8章运动控制系统应用实例。结合工程实际，列举了6个应用实例，涉及步进电动机的PLC控制、直流调速器应用、变频器的应用、伺服电动机在机器人上的应用、运动控制器的应用以及纯电动汽车和混合动力汽车中电气传动系统的应用，以期学生从事工程实践时有所借鉴。本书主要内容的理论教学学时数为48 学时，建议安排：第1章2学时、第2章6学时、第3章10学时、第4章8学时、第5章6学时、第6章6学时、第7章4学时、第8章6学时，各学校可根据各自教学大纲的要求选择内容和安排教学。本课程是一门实践性很强的课程，实验是学好本课程必不可少的环节，建议按课堂教学进程和实验设备条件安排相关实验。实验内容应突出设计性和综合性，注意运用理论分析解决实际问题。如条件许可，建议另外安排一次运动控制系统的课程设计或综合实践，以培养学生的工程实践能力。吴贵文任本书主编，编写了第1～6章和第8章并负责统稿。编者从事本课程教学前后20余年，中间又有15年时间在工业企业从事相关技术研发工作，有一定的经验，依托这些积累，编者力图在现有各种优秀教材的基础上，使本书在应用方面体现出特色。何红军编写了本书的第7章并负责全书电子课件的制作。本书在编写过程中还得到常州研硕自动化系统工程有限公司的大力支持，在此表示衷心的感谢。徐虎老师对本书内容和插图提出了宝贵意见，刘希真老师给予了许多帮助，在此一并致谢。希望本书能对推动本课程的教学改革有所裨益，对培养高素质的应用型人才有所帮助。本书配有免费电子课件，欢迎选用本书作为教材的教师登录wwwcmpeducom下载。虽然在编写时倾注了大量心血，时时刻刻如履薄冰，唯恐失误，但因学识水平有限，书中仍会存在许多缺点和不足，恳请广大读者批评指正。编者于温州商学院信息工程学院
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