序一

序二

前言

常用符号表

绪论1

第1章电力传动控制系统的

基本结构与组成3

1.1电力传动控制系统的基本结构

和共性问题3

1.1.1电力传动控制系统的组成与分类3

1.1.2电力传动控制系统的共性问题4

1.2电动机的主要类型与调速方法4

1.2.1直流电动机及其调速方法4

1.2.2交流电动机及其调速方法6

1.3电力电子变流器的结构与类型8

1.3.1直流输出变换器9

1.3.2交流输出变换器14

1.4电力传动控制系统的检测方法27

1.4.1直接检测方法27

1.4.2信号处理31

1.4.3状态观测和参数估计35

1.5电力传动控制系统的控制

与分析方法36

1.5.1电力传动控制系统的

要求和指标36

1.5.2PID控制器38

1.5.3先进控制方法40

1.5.4系统分析和仿真40

本章小结41

思考题与习题41

第2章电力传动系统的模型43

2.1直流电动机的模型43

2.2统一电机理论模型44

2.2.1统一电机理论的基本思路44

2.2.2第一种原型电机45

2.2.3第二种原型电机48

2.2.4由统一电机理论建立的

直流电动机模型49

2.3交流电动机模型51

2.4坐标变换理论55

2.4.1线性变换简介55

2.4.2坐标变换的原则及约束56

2.4.3Park变换56

2.5基于统一电机理论的交流

电动机建模60

2.5.1异步电动机模型变换60

2.5.2同步电动机模型64

2.6电力电子变流器的建模66

本章小结69

思考题与习题69

第3章直流传动控制系统71

3.1开环直流调速系统的组成与

主要问题71

3.1.1开环直流调速系统的组成71

3.1.2开环直流调速系统的主要问题71

3.1.3开环系统的静特性计算74

3.2转速闭环直流调速系统74

3.2.1转速闭环直流调速系统的组成74

3.2.2转速闭环直流调速系统的

稳态分析75

3.2.3反馈控制闭环直流调速系统的

动态分析和设计78

3.2.4比例积分控制规律和无静差

调速系统82

3.3转速、电流双闭环直流调速系统84

3.3.1直流电动机起动的要求及

控制策略84

3.3.2转速、电流双闭环直流调速系统的

结构85

3.3.3转速、电流双闭环直流调速系统的

稳态分析85

3.3.4转速、电流双闭环直流调速系统的

动态分析87

3.3.5转速和电流两个调节器的作用89

*3.4直流调速系统的电压与磁场

协调控制90

3.4.1直流电动机磁场控制的问题90

3.4.2直流电动机的电压与磁场协调

控制策略90

3.4.3电压与磁场协调控制的直流调速

系统结构与控制原理92

3.5直流调速系统的可逆控制93

3.5.1可逆控制的主要问题93

3.5.2无环流控制的可逆直流

调速系统97

*3.5.3有环流控制的可逆直流

调速系统101

3.6直流调速系统的MATLAB仿真104

本章小结107

思考题与习题108

目录

电力传动控制系统

第4章交流传动控制系统109

4.1异步电动机的变压控制系统109

4.1.1异步电动机在任意旋转坐标系

上的动态等效电路109

4.1.2异步电动机的变压控制系统110

4.1.3转速反馈闭环控制的异步

电动机变压调速系统112

4.1.4变压控制在异步电动机软

起动中的应用113

4.2异步电动机的变压变频控制系统116

4.2.1变压变频调速的控制模式及

其机械特性116

4.2.2转速开环恒压频比控制的

调速系统120

4.2.3转速闭环恒定子电动势频比

控制的调速系统122

4.2.4按转子磁场定向的矢量控制

系统123

4.2.5按定子磁链控制的直接转矩

控制系统129

4.3绕线转子异步电动机的双馈

控制系统132

4.3.1绕线转子异步电动机双馈控制的

基本原理和运行模式132

4.3.2绕线转子异步电动机的次同步转速

调速——串级调速系统134

4.3.3绕线转子异步电动机的超同步转速

调速——双馈调速系统137

4.4同步电动机控制系统139

4.4.1同步电动机在旋转坐标系的动态

等效电路及方程140

4.4.2同步电动机按定子磁链定向的矢量

控制调速系统141

4.4.3永磁同步电动机按转子位置定向的

矢量控制系统144

4.4.4直流无刷同步电动机控制系统146

本章小结149

思考题与习题149

第5章电力传动控制系统的分析

与设计151

5.1电力传动控制系统的性能指标151

5.1.1电力传动控制系统的控制要求151

5.1.2电力传动控制系统的稳态

性能指标151

5.1.3电力传动控制系统的动态

性能指标152

5.2电力传动控制系统的设计方法153

5.2.1系统设计的基本原理和方法153

5.2.2调节器最佳整定设计法155

5.2.3基于典型系统的工程

设计方法\[1\]157

*5.2.4数字控制系统的设计方法163

5.3基于MATLAB的系统仿真方法168

5.3.1MATLAB的Simulink仿真

平台168

5.3.2电力传动控制系统的MATLAB

仿真举例169

本章小结175

思考题与习题176

参考文献177常用符号表

1.元件和装置用的文字符号

A放大器、调节器，电枢绕组，A相绕组M电动机（总称）ACR电流调节器MA异步电动机A/D模数转换器MD直流电动机AE电动势运算器MS同步电动机AER电动势调节器P/D脉冲数字转换器AFR励磁电流调节器PG脉冲发生器AR反号器PR极性转换器ASR转速调节器R电阻AΨR磁链调节器RP电位器B非电量电量变换器，B相绕组S开关器件BQ位置传感器,转子位置检测器SA控制开关，选择开关C电容器，C相绕组，补偿绕组SE转速编码器CPU中央处理器ST饱和限制环节D数字集成电路和器件，整流二极管T变压器D/A数模转换器TA电流互感器，霍尔电流传感器DLC逻辑控制环节TG测速发电机F励磁绕组TVC双向晶闸管交流调压器FA具有瞬时动作的限流保护TVD直流电压隔离变换器FBC电流反馈环节U变换器，调制器FBS测速反馈环节UCR可控整流器FC频率控制器UCH直流斩波器FG函数发生器UI逆变器G发电机UPWPWM波生成环节GD驱动电路UR整流器GT触发装置V晶闸管整流装置GTF正组触发装置VBT晶体管GTR反组触发装置VCO压控振荡器I/O输入输出接口VD二极管，续流二极管HBC滞环控制器VF正组晶闸管整流装置K继电器，接触器VR反组晶闸管整流装置L电感器，电抗器VST稳压管LED发光二极管VT晶闸管,功率开关器件

2.常用缩写符号

AC交流电（Alternating Current）ANN人工神经网络（Artificial Neural Networks）APF有源电力滤波器（Active Power Filters）BJT双极性晶体管（Bipolar Junction Transistor）CHBPWM电流滞环跟踪PWM（Current Hysteresis Band PWM）CSI电流（源）型逆变器（Current Source Inverter）CVCF恒压恒频（Constant Voltage Constant Frequency）DC直流电（Direct Current）DF位移因数（Displacement Factor）DSP数字信号处理器（Digital Signal Processor）DTC直接转矩控制系统（Direct Torque Control）GTO门极关断晶闸管（Gate Turnoff Thyristor）EMI电磁干扰（Electromagnetic Interference）FFT快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform）IGBT绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor）IGCT绝缘栅双极型晶闸管（Insulated Gate Commutated Thyristor）PD比例微分（Proportion, Differentiation）PF功率因数（Power Factor）PFC功率因数校正（Power Factor Correction）PID比例积分微分（Proportion, Integration, Differentiation）PLL锁相环（Phase Lock Loops）PMOSFET场效应晶体管（Power MOS Field Effect Transistor）PWM脉宽调制（Pulse Width Modulation）SHEPWM消除指定次数谐波的PWM（Selected Harmonics Elimination PWM）SOA安全工作区（Safe Operation Area）SPWM正弦波脉宽调制（Sinusoidal PWM）SVPWM电压空间矢量（Space Vector PWM）THD总谐波畸变率（Total Harmonic Distortion）VC矢量控制（Vector Control）VR矢量旋转变换器（Vector Rotator）VSI电压（源）型逆变器（Voltage Source Inverter）VVVF变压变频（Variable Voltage Variable Frequency）

常用符号表

电力传动控制系统——运动控制系统

3.常见下角标

AA相定子绕组

a电枢绕组（armature）；a相转子绕组

add附加（additional）

av平均值（average）

BB相定子绕组

bb相转子绕组；偏压（bias）；基准（basic）

bl堵转；封锁（block）

CC相定子绕组,补偿绕组

cc相转子绕组；环流（circulating）；控制（control）

cl闭环（closed loop）

com比较（compare）；复合（combination）

cr临界（critical）

d直流（direct current）；d轴（direct axis）

D微分（differential）

e电（electricity）；电源（electric source）

em电磁的（electricmagnetic）

f磁场（field）；正向（forward）；反馈（feedback）

g气隙（gap）；栅极（gate）

I积分（integral）

in输入（input）

L负载（Load）

l线值（line）；漏感（leakage）

lim极限，限制（limit）

m磁的（magnetic）；主要部分（main）

m机械的（mechanical）；幅值

max最大值（maximum）

min最小值（minimum）

N额定值，标称值（nominal）

off断开（off）

on闭合（on）

op开环（open loop）

out输出（out）

p磁极（poles）；峰值（peak）

P比例（proportion）；有功功率

qq轴（quadrature axis）

Q无功功率

r转子（rotator）；上升（rise）；反向（reverse）

ref参考（reference）

rec整流器（rectifier）

s定子（stator）；串联（series）

sam采样（sampling）

sl转差（slip）

ss稳态（steady state）

st起动（starting）

sy同步（synchronous）

t触发（trigger）；三角波（triangular wave）

T转矩（torque）

W线圈，绕组（winding）

∞稳态值，无穷大处（infinity）

4.参数和物理量符号

A散热系数

a线加速度；特征方程系数

B磁通密度

C电容

Ce他励直流电动机在额定磁通的电动势系数

CT他励直流电动机在额定磁通的转矩系数

D调速范围；摩擦转矩阻尼系数

E,e感应电动势（大写为平均值或有效值，小写为瞬时值，下同）；误差

Ea,ea直流电机电枢感应电动势,反电动势

Eadd,eadd附加电动势

ed检测误差

es系统误差

E2,e2变压器二次绕组感应电动势

Er,E·r交流电机转子感应电动势

E′r,E·′r交流电机转子折算感应电动势

Er0,E·r0交流电机转子静止电动势

Es,E·s交流电机定子感应电动势

Esσ,E·sσ交流电机定子漏磁电动势

F磁动势,扰动量

f频率

fe电源频率

fM调制信号频率

fr交流电机转子频率

fsl交流电机转差频率

fs交流电机定子频率

fsw开关频率

fT载波信号频率

G重力；运动电动势系数；传递函数

G(s)开环传递函数

Gcl(s)闭环传递函数

g重力加速度

GD2飞轮惯量

GM增益裕度

h开环对数频率特性中频宽，滞环宽度

H风机的风压；水泵的扬程

I,i电流（大写为平均值或有效值，小写为瞬时值，下同）

Ia，ia电枢电流

Id，id整流电流，直流平均电流

IdL直流负载电流

IF,iF励磁电流

I·m,im交流电机励磁电流

I·2,i2变压器二次侧电流

I·L,iL负载电流

I·N,iN额定电流

I·r,ir交流电机转子电流

I·′r,i′r交流电机转子折算电流

I·s,is交流电机定子电流

I·st,ist电机起动电流

J转动惯量

j传动机构减速比

K系数，常数，比值

Ke直流电机电动势结构常数

KD，kD微分系数

KI，kI积分系数

KP，kP比例放大系数

Ki电流检测环节比值，电流反馈系数

Km电机结构常数

Kn转速检测环节比值，转速反馈系数

Ks电力电子变流器放大系数

KT直流电机转矩结构常数，起动转矩倍数

k谐波次数；振荡次数

ki电流比；起动电流倍数

kN绕组系数

L电感

Ll漏感

Lm互感

M闭环系统频率特性幅值；PWM调制比

Mr闭环系统频率特性峰值

m质量；相数；脉冲数；检测值

N绕组匝数；载波比；计数值

n转速

n0理想空载转速，同步转速

np极对数

P功率

Pem电磁功率

PL负载功率

Pm机械功率

PN额定功率

PG电网功率

Psl转差功率

p=ddt微分算子

Q无功功率；热量；流量

R电阻；电枢回路总电阻

Ra直流电机电枢电阻

Rb镇流电阻，泄流电阻

Rf励磁电阻；反馈电阻

R0运算放大器输入电阻

Rr，R′r转子绕组电阻及折算

Rrec整流装置内阻

Rs定子绕组电阻

r参考变量；控制指令

S视在功率；面积；开关状态

s转差率；Laplace变量

T转矩；时间常数；开关周期

Tc电力电子开关周期，定时或计数时间

Td检测环节的时间常数

Te电磁转矩

Tem最大电磁转矩

Tfl滤波时间常数

Tl电枢回路电磁时间常数

TL负载转矩

Tm机电时间常数

TN额定转矩

Tr转子电磁时间常数

Tst起动转矩

Ts电力电子变流器平均失控时间，电力电子变流器滞后时间常数

Tsam采样周期

Tsw电力电子器件开关时间

TT载波信号周期

t时间

tm最大动态降落时间

ton开通时间

toff关断时间

tp峰值时间

tr上升时间

ts调节时间

tv恢复时间

U,u,u电压，电源电压（大写为平均值或有效值，小写为瞬时值，黑体为矢量，下同）

U2,u2变压器二次电压

Ua直流电机电枢电压

Uc控制电压

Ud整流电压、直流平均电压

Ud0,ud0理想空载整流电压

Uf,uf励磁电压

Ug栅极驱动电压，

Um峰值电压

uM调制波电压

UN,uN额定电压

Ur,ur交流电机转子电压

U′r,u′r交流电机转子折算电压

Us,us电源电压,交流电机定子电压

us空间电压矢量

uT三角载波电压

U*x,Ux变量x的给定和反馈电压（x可用变量符号替代）

v速度，线速度；转换变量

ww变换的变量

W能量

x位移,距离

X电抗

Xr，X′r转子绕组旋转漏电抗及折算

y,Y系统输出变量

zz变换的变量

Z电阻抗

α可控整流器的触发延迟角

β可控整流器的逆变角；机械特性的斜率

γ相角裕度；PWM电压系数

δ放大系数；静差率

Δn转速降落

Δp功率损耗

ΔU电压差

Δθm相角差

ξ阻尼比

η效率

θ电角位移；相位角；可控整流器的导通角

θm机械角位移

λ电机允许过载倍数

ρ占空比；电位器的分压系数

σ漏磁系数；转差功率损耗系数

σ%超调量

τ时间常数，积分时间常数，微分时间常数

Φ磁通

Φm每极气隙磁通

ΦN额定磁通

Φr转子磁通

Φrs定、转子合成磁通

Φs定子磁通

φ相位角；阻抗角

Ψ,ψ磁链

Ψm交互磁链

ω角转速，角频率

ωb闭环频率特性带宽

ωc开环频率特性截止频率

ωe电角频率

ωm机械角转速

ωn二阶系统的自然振荡频率

ωr转子角转速，角频率

ωs定子角转速（频率）；同步角转速（频率）

ωsl转差角转速，角频率2100433B