本书分10章，分别是绪论、运动控制系统的负载特性、运动控制系统的被控对象—电动机、运动控制系统的执行器—电力电子功率变换器、运动控制系统中的检测技术、直流电动机调速系统、交流电动机调速系统、调速系统的数字化与智能化、伺服控制系统、运动控制技术的典型应用。本书以闭环控制系统的基本构成为主线，通过从单元到系统的逻辑递进，重构了教材知识体系；同时以实际工程问题为导引叙述基本概念、基本理论和方法，使读者带着问题学习知识，并在解决问题的过程中掌握分析方法。本书每章前设有简短提要和思维导图，帮助读者了解本章的概况，并通过丰富的建模与仿真实例分析，帮助读者将理论知识与实际应用相结合，提升知识转化为应用的能力。 　　本书为新形态教材，配有丰富的数字化教学资源，可满足多元化教学需求。配套的教学资源有教学课件、教学大纲、习题答案及教学视频等。 　　本书可作为普通高校电气工程及其自动化、自动化等专业的教材，也可作为相关工程技术人员的参考书。 　　本书配有以下教学资源：教学PPT、教学大纲、习题解答和仿真模型，请选用本书作教材的教师登录www.cmpedu.com注册后下载。

高等院校教师

序
前言
第1章　绪论 1
1.1　运动控制系统的组成 1
1.1.1　被控对象 2
1.1.2　执行器 2
1.1.3　控制器 3
1.1.4　反馈环节 4
1.2　运动控制系统的发展趋势 5
本章小结 5
本章习题 6
第2章　运动控制系统的负载特性 7
2.1　运动控制系统的转矩控制规律 7
2.2　生产机械的负载特性 8
2.3　运动控制系统稳定运行的条件 10
2.4　调速方式与负载特性的配合 11
本章小结 12
本章习题 12
第3章　运动控制系统的被控对象—电动机 13
3.1　直流电动机数学模型 13
3.2　交流电动机数学模型 15
3.2.1　异步电动机数学模型 15
3.2.2　PMSM/BLDCM数学模型 34
本章小结 36
本章习题 37
第4章　运动控制系统的执行器—电力电子功率变换器 38
4.1　功率变换器的基本拓扑 38
4.1.1　晶闸管整流器 38
4.1.2　PWM变换器 39
4.1.3　逆变器 45
4.1.4　交-交变频器 47
4.2　功率变换器的统一数学模型 49
4.2.1　功率变换器放大系数 49
4.2.2　功率变换器失控时间分析 50
4.2.3　功率变换器的动态数学模型 50
4.3　功率变换器的调制技术 51
4.3.1　直流PWM调制技术 51
4.3.2　交流PWM调制技术 52
4.4　变换器的驱动技术 66
4.4.1　PWM直接驱动 66
4.4.2　PWM集成驱动芯片 67
4.5　功率变换器的仿真 68
4.5.1　晶闸管整流器 68
4.5.2　H桥PWM变换器 70
4.5.3　SPWM电压型逆变器 71
4.5.4　CHBPWM电压型逆变器 72
4.5.5　SVPWM电压型逆变器 74
4.5.6　交-交变频器带三相异步电动机 75
本章小结 77
本章习题 77
第5章　运动控制系统中的检测技术 78
5.1　电流检测 78
5.1.1　I-V变换法 78
5.1.2　直流电流互感器 78
5.1.3　交流电流互感器 79
5.1.4　霍尔式电流传感器 79
5.2　电压检测 80
5.2.1　电阻分压网络测量法 80
5.2.2　交流电压互感器 80
5.2.3　霍尔式电压传感器 80
5.3　速度检测 81
5.3.1　模拟测速方法 81
5.3.2　数字测速方法 81
5.4　位置检测 86
5.4.1　自整角机 86
5.4.2　旋转变压器 86
5.4.3　感应同步器 87
5.5　信号滤波技术 88
本章小结 90
本章习题 90
第6章　直流电动机调速系统 91
6.1　直流电动机的调速方法 91
6.1.1　电枢串电阻调速 91
6.1.2　调节电枢端电压调速 92
6.1.3　调节励磁磁通调速 92
6.2　稳态调速性能指标及开环调速系统存在的问题 93
6.2.1　调速范围与静差率 93
6.2.2　开环直流调速系统的性能和存在的问题 94
6.3　有静差转速闭环直流调速系统 95
6.3.1　比例控制的转速闭环调速系统的结构及其静特性 95
6.3.2　闭环直流调速系统的反馈控制规律 100
6.3.3　比例控制的转速闭环系统的稳定性 101
6.4　无静差转速闭环直流调速系统 104
6.4.1　积分调节器和积分控制规律 104
6.4.2　比例积分控制规律 107
6.4.3　无静差直流调速系统及其稳态参数 108
6.5　转速电流双闭环直流调速系统 109
6.5.1　双闭环直流调速系统及其静特性 110
6.5.2　双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析 113
6.5.3　双闭环直流调速系统中调节器的作用 118
6.5.4　双闭环直流调速系统调节器设计 118
6.6　直流调速系统的可逆运行 131
6.6.1　PWM-M可逆直流调速系统 131
6.6.2　V-M可逆直流调速系统 132
6.7　直流电动机调速系统的仿真 137
6.7.1　有静差转速闭环调速系统 137
6.7.2　无静差转速闭环调速系统 138
6.7.3　PWM-M双闭环直流可逆运行 138
6.7.4　V-M双闭环直流可逆运行 140
本章小结 143
本章习题 143
第7章　交流电动机调速系统 145
7.1　基于稳态数学模型的异步电动机变压变频调速 145
7.1.1　变压变频调速系统的基本控制方法 146
7.1.2　转速开环恒压频比控制调速系统 150
7.1.3　转速闭环转差频率控制的恒压频比控制调速系统 151
7.2　基于动态数学模型的异步电动机矢量控制系统 154
7.2.1　矢量控制的基本思路 154
7.2.2　按转子磁链定向的矢量控制方程 155
7.2.3　转子磁链观测器模型 158
7.2.4　转速、磁链闭环控制的矢量控制系统—直接矢量控制系统 160
7.2.5　磁链开环转差型矢量控制系统—间接矢量控制系统 164
7.3　基于动态数学模型的异步电动机直接转矩控制系统 165
7.3.1　直接转矩控制的原理 166
7.3.2　电压空间矢量对定子磁链和转矩的影响 167
7.3.3　直接转矩控制系统 171
7.3.4　直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较 172
7.4　PMSM/BLDCM调速系统 173
7.4.1　BLDCM六步换相控制系统 173
7.4.2　PMSM/BLDCM矢量控制系统 175
7.5　交流电动机调速系统的仿真 176
7.5.1　转速开环恒压频比控制调速系统 176
7.5.2　异步电动机直接磁场定向矢量控制系统 177
7.5.3　异步电动机间接磁场定向矢量控制系统 180
7.5.4　PMSM/BLDCM矢量控制系统 183
7.5.5　异步电动机直接转矩控制系统 184
7.5.6　BLDCM六步换相控制系统 186
本章小结 188
本章习题 188
第8章　调速系统的数字化与智能化 190
8.1　数字控制系统的特征 190
8.1.1　A/D量化误差 191
8.1.2　D/A滞后效应 191
8.1.3　存储系数 191
8.1.4　数据处理及数字滤波 192
8.2　数字控制系统的理论基础 194
8.2.1　连续域-离散化设计方法 195
8.2.2　状态空间设计法 199
8.3　数字控制系统的软硬件基础 202
8.3.1　数字控制系统的硬件基础 202
8.3.2　数字控制系统的软件基础 205
8.4　数字化调速系统的设计 206
8.4.1　数字化调速系统的设计方法与步骤 206
8.4.2　数字化调速系统的设计实例 206
8.5　智能控制在调速系统中的应用 211
8.5.1　模糊控制PID 211
8.5.2　神经网络PID 212
8.5.3　遗传算法PID 213
8.5.4　粒子群PID 213
本章小结 214
本章习题 215
第9章　伺服控制系统 216
9.1　位置伺服控制系统的组成 216
9.2　位置开环伺服控制系统 217
9.2.1　步进电动机的原理 218
9.2.2　步进电动机的驱动 218
9.2.3　步距细分技术 221
9.3　位置闭环伺服控制系统 222
9.3.1　位置闭环直流伺服控制系统的结构 222
9.3.2　位置闭环交流伺服控制系统的结构 224
9.3.3　位置闭环伺服控制系统的设计 225
9.4　伺服驱动器 227
9.4.1　伺服驱动器的控制模式 227
9.4.2　SINAMICS V90伺服控制器 227
9.4.3　汇川IS600P系列伺服驱动器 229
9.4.4　台达ASDA系列伺服驱动器 229
9.4.5　GSHD系列伺服驱动器 231
本章小结 232
本章习题 233
第10章　运动控制技术的典型应用 234
10.1　新能源汽车中的运动控制技术 234
10.2　风力发电系统中的运动控制技术 236
10.3　机器人中的运动控制技术 238
10.4　轨道交通中的运动控制技术 240
10.5　数控机床中的运动控制技术 243
参考文献 246