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潘月斗 等 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111447368

商品编码：29523129794

包装：平装

出版时间：2014-02-01

基本信息

书名：电力拖动自动控制系统

定价：58.00元

作者：潘月斗 等

出版社：机械工业出版社

出版日期：2014-02-01

ISBN：9787111447368

字数：

页码：

版次：2

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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★本书由人士马小亮教授主审
★本书在版的基础上，综合读者反馈和技术发展，进行了全新改版，更加全面、系统、深入地介绍了现代电力拖动（运动）自动控制系统的基本组成、基本原理、基本控制方法，以及对系统的静、动态特性分析

内容提要

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《电力拖动自动控制系统(第2版21 世纪高等院校自动化专业系列教材)》全面、系统地 介绍了现代电力拖动自动控制系统的基本理论，对电 力拖动自动控制系统的静、动态特性进行了较为深入 的分析，并介绍了数字电力拖动自动控制系统的基本 特点及数字化设计方法。
篇依据直流电动机的广义数学模型，建立了 直流电动机的闭环控制结构及相应的控制系统；分析 了闭环直流调速系统的静、动态特性；介绍了可逆直 流调速系统的运行方法；给出了电力拖动自动控制系 统调节器工程设计方法。
第2篇从建立交流电动机数学模型人手，讲述现 代交流电动机变压变频调速系统的基本组成、工作原 理、控制方法，以及静、动态特性分析；介绍了先进 控制理论在电力拖动系统中的应用情况。本篇的重点 内容是恒压频比控制的异步电动机变压变频调速系统 、异步电动机矢量控制系统、直接转矩控制系统，以 及异步电动机定子磁链轨迹控制系统；普通三相同步 电动机自控式变压变频调速系统及其矢量控制系统、 正弦波永磁同步电动机矢量控制系统和直接转矩控制 系统，以及梯形波永磁同步电动机变压变频调速系统 。
第3篇介绍了伺服系统的基本特点、组成、类型 、基本工作原理，以及伺服系统的稳态分析和设计、 动态分析和设计；介绍了工业生产中应用的伺服系统 。
第4篇介绍了数字（计算机）电力拖动自动控制 系统的基本特点、数字控制系统的基本组成、数字控 制器的硬件与软件，以及电力拖动自动控制系统数字 化设计方法。
《电力拖动自动控制系统(第2版21世纪高等院校 自动化专业系列教材)》适用于高等院校电气工程有 关专业本科、电气自动化专业本科专业课程的教学需 要，也可作为电力电子与电力传动、电气自动化等相 关学科硕士研究生用书，还可供从事电气传动工作的 技术人员参考。

目录

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出版说明
第2版前言
版前言
常用符号表
绪论
0.1 电力拖动自动控制系统
0.1.1 电力拖动及其自动控制系统
0.1.2 电力拖动自动控制系统的基本组成
0.1.3 电力拖动自动控制系统的分类
0.2 电力拖动自动控制系统的特点
0.3 电力拖动自动控制系统的发展概况与发展趋势
0.3.1 电力拖动调速系统的发展概况和趋势
0.3.2 电力拖动伺服系统的发展概况和趋势
0.3.3 电力拖动自动控制系统的网络控制
篇 电力拖动直流调速系统
章 开／闭环控制的直流调速系统
1.1 开环控制的直流调速系统及其数学模型
1.1.1 晶闸管整流器，直流电动机调速系统
1.1.2 直流PWM变换器，直流电动机调速系统
1.1.3 开环直流调速系统的广义数学模型
1.2 闭环控制的直流调速系统
1.2.1 转速单闭环直流调速系统的控制结构及其相应的自动控制系统
1.2.2 转速、电流双闭环直流调速系统的控制结构及其相应的自动控制系统
1.2.3 他励直流电动机励磁闭环控制系统
1.2.4 直流电动机双域闭环控制系统（先升压后弱磁调速系统）
第2章 闭环直流调速系统的稳态分析
2.1 调速系统的稳态调速指标
2.1.1 转速控制的要求
2.1.2 稳态调速指标
2.2 单闭环直流调速系统的稳态分析
2.2.1 ASR为比例调节器时的转速单闭环直流调速系统的稳态分析
2.2.2 ASR为PI调节器时的转速单闭环直流调速系统的稳态分析
2.2.3 带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统的稳态分析
2.3 转速、电流双闭环调速系统的稳态分析
2.4 习题
第3章 闭环直流调速系统的动态分析和设计
3.1 动态调速指标
3.2 单闭环直流调速系统的动态分析
3.2.1 ASR为比例调节器时的单闭环直流调速系统的动态分析
3.2.2 ASR为PI调节器时的单闭环直流调速系统的动态分析
3.2.3 调节器设计
3.3 转速、电流双闭环直流调速系统的动态分析
3.3.1 转速、电流双闭环直流调速系统的动态结构
3.3.2 转速、电流双闭环直流调速系统的动态过程分析
3.3.3 双闭环直流调速系统的仿真分析
3.4 闭环直流调速系统的自适应控制
3.4.1 电流自适应调节器
3.4.2 转速自适应调节器
3.5 习题
第4章 可逆直流调速系统
4.1 晶闸管.电动机可逆调速系统（V-M可逆系统）
4.1.1 晶闸管·电动机可逆调速系统的基本结构
4.1.2 电枢可逆系统中的环流
4.1.3 有环流可逆调速系统
4.1.4 无环流可逆调速系统
4.2 可逆直流脉宽调速系统（PWM-M可逆系统）
4.3 习题
第5章 调节器的工程设计方法
5.1 调节器工程设计方法的基本思想和意义
5.2 典型系统
5.3 典型系统的参数和性能指标的关系
5.3.1 典型I型系统的参数与性能指标的关系
5.3.2 典型Ⅱ型系统的参数与性能指标的关系
5.4 非典型系统的典型化
5.4.1 直接校正成典型系统
5.4.2 低频大惯性环节的近似处理
5.4.3 高频小惯性群的近似处理
5.5 双闭环直流调速系统的工程设计
5.5.1 电流环的设计
5.5.2 转速环的设计
5.6 习题
第2篇 电力拖动交流调速系统
第6章 基于稳态数学模型的异步电动机变压变频调速系统
6.1 基于稳态数学模型的异步电动机变压变频调速系统控制方式
6.1.1 电压·频率协调控制方式
6.1.2 转差频率控制方式
第3篇 电力拖动伺服系统
第4篇 电力拖动自动控制系统数字化设计

作者介绍

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文摘

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序言

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《现代电力拖动技术解析》 概述 本书旨在深入探讨现代电力拖动系统在工业生产中的应用、技术发展趋势以及关键控制策略。电力拖动作为现代工业的“心脏”，其效率、可靠性和智能化水平直接影响着生产制造的整体效能。本书将从基础理论出发，循序渐进地引入复杂的控制技术和前沿应用，为读者构建一个全面而深入的电力拖动知识体系。我们关注的重点并非仅限于理论的推演，更在于如何将先进的电力拖动技术落地，解决实际工程中的挑战，并指引未来的发展方向。 第一章：电力拖动系统的基础理论与发展脉络 本章将首先梳理电力拖动系统的基本概念，包括其构成要素（电动机、传动装置、控制器等）及其在不同工业场景下的作用。我们将回顾电力拖动技术的发展历程，从最初的直流电机拖动，到交流感应电机，再到现代的同步电机和特种电机，解析技术演进背后的驱动力——对效率、精度、节能和环境友好性的不断追求。此外，本章还将介绍电力拖动系统的基本性能指标，如起动性能、调速性能、制动性能、运行平稳性、效率和功率因数等，并阐述这些指标在不同应用领域的重要意义。最后，我们将初步探讨电力电子技术和微处理器技术对电力拖动系统带来的革命性影响，为后续章节的技术深入奠定基础。 第二章：常用电动机的特性与选型 本章将详细介绍工业领域中最常用的几种电动机类型，包括交流感应电动机（笼型和绕线型）、同步电动机（永磁同步电机PMSM、同步磁阻电机SynRM等）以及直流电动机（有刷和无刷）。对于每种电动机，我们将深入分析其工作原理、结构特点、电磁特性、机械特性、调速特性以及各自的优缺点。重点在于阐述在不同负载特性、调速要求、运行环境和经济性考量下，如何进行科学合理的电动机选型。例如，在需要高效率、高功率密度和精确调速的场合，PMSM的优势将得到突出；而在对成本较为敏感且负载变化不大的场合，传统的笼型感应电动机仍有其不可替代的地位。本章将通过大量的工程实例，帮助读者掌握电动机选型的实用技巧。 第三章：电力电子变流技术在电力拖动中的应用 电力电子技术是实现电力拖动系统高性能控制的核心。本章将聚焦于电力电子变流器在电力拖动中的关键作用，重点介绍各类变流器的拓扑结构、工作原理、控制策略以及在不同应用场景下的优劣势。我们将详细阐述： AC-DC-AC变频器（VFD）： 这是目前应用最广泛的交流电动机调速系统。本章将深入讲解其整流单元（如二极管桥、可控硅桥）、直流环节（滤波电感、电容）和逆变单元（IGBT、MOSFET等）的工作原理。特别地，我们将着重介绍空间矢量脉宽调制（SVPWM）和梯形波脉宽调制（TPWM）等控制算法，分析它们如何实现对电动机输出电压和频率的精确控制，从而达到平滑调速的目的。 DC-DC变流器： 在需要将直流电压转换为另一直流电压的场合，如电池供电的电动车辆拖动系统，DC-DC变流器（如升压/降压斩波器）是必不可少的。本章将介绍不同DC-DC变换器的基本拓扑和控制方式。 AC-AC直接变频器： 探讨其工作原理和局限性，以及在特定场合的应用。 本章将强调变流器的性能如何直接影响到电动机的运行效率、动态响应和电网谐波污染，并介绍提高变流器性能的关键技术，如软开关技术、多电平技术等。 第四章：现代电动机控制理论与方法 本章将深入探讨实现高效、精确、快速的电动机控制所采用的现代控制理论和方法。在电力电子变流技术的基础上，本章将着重介绍以下几种关键控制策略： 标量控制（V/f控制）： 作为一种经典的调速方法，本章将详细解析其原理、优点和局限性，并说明其在对动态性能要求不高的场合的应用。 矢量控制（Vector Control）： 这是目前实现高性能交流电机驱动的主流技术。我们将深入讲解磁场定向控制（FOC）的基本原理，包括坐标变换（Clark、Park变换）、转子磁场定向、定子电流矢量分解等。本章将详细解析如何通过控制定子电流的幅值和相位，独立地控制电动机的磁链和转矩，从而实现近似直流机的控制特性，达到高精度、宽范围的调速和优异的动态响应。 直接转矩控制（DTC）： 作为矢量控制的一种重要替代或补充，本章将介绍DTC的原理，包括转矩和磁链的估计，以及如何通过开关状态的选择直接控制电动机的转矩和磁链，其特点在于响应速度快，但可能产生较大的转矩脉动和开关损耗。 滑模变结构控制（SMC）： 介绍其鲁棒性强的特点，以及在噪声干扰和参数不确定性下的应用前景。 模糊逻辑控制（FLC）与神经网络控制（NNC）： 探讨这些智能控制方法在解决传统控制方法难以处理的非线性、时变系统中的潜力，以及如何将它们与传统控制方法相结合，实现更优的控制效果。 本章将通过仿真和实验数据，直观展示不同控制策略的性能差异，帮助读者理解它们在实际应用中的选择依据。 第五章：电力拖动系统的制动与节能技术 制动是电力拖动系统中不可或缺的一部分，它不仅关系到系统的安全可靠运行，也对能量的有效利用有着重要影响。本章将详细介绍几种主要的制动方式： 电能反馈制动（再生制动）： 重点阐述在电动机减速过程中，将机械能转化为电能反馈给电网的原理，以及实现再生制动的关键技术（如带有再生能量回馈单元的变频器）。 电阻制动： 介绍通过外接制动电阻消耗制动能量的原理和应用场合。 直流制动： 分析其工作原理和在特定应用中的作用。 动力制动与机械制动： 探讨其工作方式和组合应用。 同时，本章将深入探讨电力拖动系统的节能技术。我们将分析影响系统能耗的关键因素，并介绍一系列行之有效的节能措施，包括： 采用高效电机和变流器： 强调在选型阶段对能效的关注。 优化控制策略： 如采用更精确的调速算法，减少能量损耗。 能量回收与再利用： 详细介绍再生制动的节能效益。 合理匹配负载与电动机： 避免“大马拉小车”现象。 功率因数补偿： 讲解无功功率的危害以及如何通过功率因数补偿提高电网利用率。 变频调速的应用： 再次强调变频技术在不同负载下的节能潜力。 第六章：电力拖动系统的保护与诊断 系统的可靠运行离不开有效的保护和及时准确的诊断。本章将聚焦于电力拖动系统的保护机制和故障诊断技术。 电动机保护： 详细介绍过载、短路、缺相、过压、欠压、过温等常见的电动机故障及其保护原理。我们将分析不同保护元件（如热继电器、断路器、熔断器、保护模块）的工作特性和选配原则。 变流器保护： 阐述变流器内部过流、过压、过温、短路等故障的保护措施。 系统故障诊断： 介绍基于电流、电压、转速、温度等信号的监测与分析，以及如何通过特征提取和模式识别来诊断电动机、变流器和传动链的故障。本章还将介绍一些先进的故障诊断技术，如基于人工智能的诊断方法。 健康管理（Health Monitoring）： 引入状态监测和预测性维护的概念，分析如何通过对系统运行状态的持续跟踪，预测潜在故障，从而提前采取措施，避免非计划停机。 第七章：特定应用领域的电力拖动系统 本章将聚焦于电力拖动系统在几个关键工业领域的具体应用，深入剖析其特殊需求和技术解决方案。 冶金与矿山机械： 分析重载、高可靠性、高起动转矩等要求，介绍直流拖动、变频调速在轧钢机、起重机、矿井提升机等设备上的应用。 造纸与纺织机械： 探讨对速度精度、张力控制、低噪音等方面的要求，介绍多电机同步控制、伺服驱动等技术。 电力机车与电动车辆： 重点介绍大功率牵引系统、能量管理、制动能量回收等技术。 机器人与自动化生产线： 阐述伺服电机、精密减速器、高动态响应控制在工业机器人、AGV等领域的应用。 新能源发电： 介绍风力发电机、太阳能跟踪系统等领域的电力拖动技术。 本章将通过具体案例，展示电力拖动技术如何支撑现代工业的发展，并提出未来在这些领域的技术发展趋势。 第八章：电力拖动系统智能化与未来发展趋势 随着工业4.0和智能制造的推进，电力拖动系统正朝着更加智能化、网络化和柔性化的方向发展。本章将展望电力拖动系统的未来。 物联网（IoT）与工业互联网（IIoT）： 探讨如何将电力拖动系统接入IIoT平台，实现设备数据的采集、传输、分析和远程监控。 人工智能（AI）与机器学习（ML）： 分析AI/ML在优化控制参数、故障预测、能耗管理、自主运行等方面的潜力。 数字孪生（Digital Twin）： 介绍如何构建电力拖动系统的数字孪生模型，用于仿真优化、性能预测和远程诊断。 新型电机与驱动技术： 展望永磁同步电机、同步磁阻电机、线性电机等新型电机在节能和高性能方面的进一步发展，以及相应的驱动技术。 集成化与模块化设计： 探讨集成电机、驱动器和控制器的解决方案，以及模块化设计如何提高系统的灵活性和可维护性。 可持续发展与绿色电力拖动： 强调在设计和应用中如何进一步降低能耗，减少环境污染，响应全球可持续发展的号召。 结论 本书力求为读者提供一个关于现代电力拖动技术的全面、深入且实用的指导。通过对基础理论、关键技术、应用实例和未来趋势的系统性阐述，我们希望能够帮助工程师、技术人员和学生更深刻地理解电力拖动系统的工作原理，掌握先进的控制和应用技术，并为推动电力拖动技术的创新和发展贡献力量。我们相信，掌握现代电力拖动技术，就是掌握工业生产的核心竞争力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，在于它成功架设了理论科学与工程实践之间的桥梁。我过去在学习电机控制时，总觉得理论很美，但一到实际应用中，总有各种参数漂移、非线性和干扰问题冒出来，让我束手无策。这本书给出的解决方案是多维度的：它不仅教会了如何设计理想的控制器，更重要的是，它花了不少篇幅讨论了如何应对实际系统中的不确定性。比如，针对不同负载类型（恒转矩、恒功率）下的动态性能优化，书里给出的建议非常具有操作性。我特别欣赏它对底层硬件接口的讨论，虽然不深入细节，但明确指出了软件算法必须如何适应PLC、DCS或专用DSP的特点。这本书让你明白，一个“好”的控制系统，绝不是纯粹的数学模型，而是一个能在真实世界中稳定、高效运行的有机整体。这对于培养具备全局观的工程师至关重要。

评分☆☆☆☆☆

初次翻开这本书，我最大的感受是它的编排结构非常新颖，完全打破了我对传统教材那种枯燥乏味的刻板印象。它更像是一本精心策划的工程师实战指南，而不是冷冰冰的理论汇编。内容上，它并没有沉溺于过时的技术细节，而是高瞻远瞩地将最新的数字信号处理技术和现代传感器技术融入到了电力拖动的控制回路设计中。我尤其赞赏作者对“可靠性”和“鲁棒性”的强调，这在实际的工业现场至关重要。书中关于故障诊断和自适应控制策略的讨论，简直就是一份高级研修班的讲义。那些关于系统响应速度、超调量和稳态精度的权衡分析，简直是教科书级别的辩证思维展示。我感觉自己不只是在阅读知识，更是在跟一位经验丰富的老专家对话，他总能在我即将迷失在数学公式的海洋时，及时拉我一把，告诉我真正的工程目标是什么。这本书的阅读体验，非常酣畅淋漓。

评分☆☆☆☆☆

这本《电力拖动自动控制系统》简直是为我这种电力工程专业学生量身定做的教科书！书中的内容深度和广度都令人印象深刻。首先，它对传统电力拖动系统的原理阐述得极其透彻，从最基础的电磁学到复杂的电机控制理论，循序渐进，逻辑性极强。特别是关于变频调速和伺服控制的那几个章节，作者似乎完全掌握了如何将深奥的理论转化为易于理解的实际应用。书里大量的实例分析和仿真结果，让我能够清晰地看到理论是如何在实际生产线上发挥作用的。我特别欣赏作者在描述控制算法时的严谨性，从拉普拉斯变换到状态空间法，每一步推导都详略得当，让人在学习过程中既能掌握“怎么做”，更能理解“为什么这样做”。对于想打下扎实基础的工程师来说，这本书绝对是案头必备的工具书，它提供的不仅仅是知识点，更是一种系统性的解决问题的思维框架。读完后，我对现代工业驱动系统的复杂性和美感有了全新的认识。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的评价，必须从其详尽的图表和清晰的数学推导说起。很多技术书籍在引入复杂模型时，往往会省略关键的中间步骤，导致读者在复现或深入研究时感到力不从心。然而，《电力拖动自动控制系统》在这方面做得极为出色。每一个控制框图都精准无误，每一次传递函数的推导都清晰可见，绝无含糊其辞之处。例如，在讨论到磁场定向控制（FOC）时，作者不仅展示了坐标变换的几何意义，还深入分析了电流环和磁链环之间的耦合关系，这对于理解矢量控制的精髓至关重要。对于我这种需要经常进行系统仿真和参数整定的技术人员来说，书中提供的这些精确的数学模型，直接可以作为我编写仿真代码的蓝本。它不是那种只停留在概念层面的浮夸之作，而是那种可以真正被“拆解”和“利用”的硬核技术宝典。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，这本书的知识密度非常高，不是那种可以轻松“浏览”的书籍。它的语言风格是高度凝练和专业化的，对于初次接触该领域的读者可能会有陡峭的学习曲线。但是，如果你已经具备了基本的电气工程背景，那么这本书将是你知识体系中不可或缺的“压舱石”。它对最新工业标准和网络化控制趋势的融入，显示了作者的前瞻性视野。在章节的末尾，作者常常会布置一些需要综合运用前几章知识才能解答的开放性问题，这极大地激发了读者的主动探索欲。我个人的体会是，这本书需要反复阅读，每次重温都会有新的领悟，因为你对前置知识的理解在不断加深。它就像一把精密的尺子，让你精确地丈量自己在电力拖动自动化领域的掌握程度，是名副其实的行业进阶指南。