运动控制系统/普通高等教育电气电子类工程应用型“十二五”规划教材 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　《运动控制系统/普通高等教育电气电子类工程应用型“十二五”规划教材》系针对应用型本科院校电气工程与自动化类本科专业编写的。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，运动控制系统也日新月异，本书内容吸收了本专业领域已在工程上应用比较成熟的新技术。压缩了直流调速部分的内容，突出了交流异步电动机和同步电动机调速系统，并专门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，除融合于各章的实践性内容外，第8章专门介绍了五个运动控制系统应用实例。

内页插图

目录

第1章 绪论
本章教学要求与目标
1.1 运动控制系统的组成和类型
1.1.1 液压传动系统
1.1.2 气压传动系统
1.1.3 电气传动系统
1.2 运动控制系统的发展历史
1.3 运动控制系统的转矩控制规律
本章小结
思考题与习题
第2章 开环运动控制系统
本章教学要求与目标
2.1 直流电动机拖动的运动控制系统的基本问题
2.1.1 直流调速的主要方法
2.1.2 转速控制的要求和调速性能指标
2.1.3 直流调速系统使用的3种可控直流电源
2.2 开环控制的直流电动机调速系统
2.2.1 晶闸管整流器-电动机系统
2.2.2 直流PWM变换器-电动机系统
2.2.3 开环直流调速系统的稳态分析
2.3 步进电动机运动控制系统
2.3.1 步进电动机简介
2.3.2 步进电动机的控制方式
2.3.3 步进电动机控制系统
本章小结
思考题与习题
第3章 闭环控制的直流电动机调速系统
本章教学要求与目标
3.1 单闭环直流调速系统
3.1.1 单闭环直流调速系统的组成
3.1.2 单闭环直流调速系统的稳、动态性能分析
3.1.3 无静差直流调速系统
3.1.4 其他形式的单闭环直流调速系统
3.2 转速、电流双闭环直流调速系统
3.2.1 单闭环直流调速系统存在的问题
3.2.2 转速、电流双闭环直流调速系统的组成
3.2.3 转速、电流双闭环直流调速系统的性能分析
3.2.4 转速、电流双闭环直流调速系统的工程设计方法
3.2.5 转速、电流双闭环直流调速系统调节器工程设计实例
3.3 可逆直流调速系统
3.3.1 PWM可逆直流调速系统
3.3.2 V�睲可逆直流调速系统
3.4 弱磁控制的直流调速系统
3.4.1 弱磁与变压协调控制
3.4.2 弱磁与变压协调控制的直流调速系统
本章小结
思考题与习题
第4章 交流异步电动机调速系统
本章教学要求与目标
4.1 异步电动机的稳态数学模型和调速方法
4.1.1 异步电动机的稳态数学模型
4.1.2 异步电动机的调速方法
4.2 异步电动机的变压控制系统
4.2.1 异步电动机的变压调速
4.2.2 变压调速时的机械特性
4.2.3 闭环控制的变压调速系统
4.2.4 变压控制在软起动器中的应用
4.2.5 变压控制在电动机节电器中的应用
4.3 异步电动机的变压变频（VVVF）调速
4.3.1 变压变频调速的基本原理
4.3.2 变压变频调速时的机械特性
4.4变压变频（VVVF）调速技术
4.4.1 交—直—交PWM变频器主电路
4.4.2 正弦波脉宽调制（SPWM）技术
4.5 变压变频（VVVF）调速系统的结构和工作原理
4.6 高性能异步电动机调速系统
4.6.1 矢量控制的交流变频调速系统
4.6.2 直接转矩控制的交流变频调速系统
4.7 绕线转子异步电动机调速系统
4.7.1 绕线转子异步电动机双馈控制的基本原理
4.7.2 绕线转子异步电动机串级调速系统
4.7.3 绕线转子异步电动机
双馈调速系统
4.8通用变频器
4.8.1 通用变频器简介
4.8.2 变频器的选型、安装及维护
本章小结
思考题与习题
第5章 同步电动机调速系统
本章教学要求与目标
5.1 同步电动机的稳态数学模型
与调速方法
5.1.1 同步电动机的特点
5.1.2 同步电动机的分类
5.1.3 同步电动机的转矩角特性和稳定运行
5.1.4同步电动机的起动
5.1.5同步电动机的调速
5.2 他控变频同步电动机调速系统
5.2.1 转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统
5.2.2 大功率同步电动机调速系统
5.3 三相永磁无刷直流电动机控制系统
5.3.1 无刷直流电动机的组成和工作原理
5.3.2 无刷直流电动机转矩的波动
5.3.3 无刷直流电动机控制系统
5.4三相永磁同步伺服电动机控制系统
5.4.1 位置信号的检测
5.4.2 电子齿轮的功能
5.4.3 交流伺服电动机驱动器实例
本章小结
思考题与习题
第6章 位置随动系统
本章教学要求与目标
6.1 位置随动系统概述
6.1.1 位置随动系统的组成
6.1.2 位置随动系统的特点
6.1.3 位置随动系统的基本性能指标
6.2 闭环位置随动系统及其控制原理
6.2.1 闭环伺服系统的执行电动机
6.2.2 数字脉冲比较式伺服系统
6.2.3 数控加工过程
6.2.4数控机床的轨迹控制原理及其实现
6.3 位置随动系统的数学模型与校正设计
6.3.1 位置伺服系统的数学模型
6.3.2 位置调节器设计
本章小结
思考题与习题
第7章 数字式运动控制系统
本章教学要求与目标
7.1 数字控制系统的主要特点
7.2 数字式运动控制系统的基本组成
7.3 数字控制的关键部件
7.3.1 数字测速指标
7.3.2 数字测速方法
7.3.3 数字滤波
7.3.4 数字PID调节器
7.4 基于DSP的运动控制器
7.4.1 DSP运动控制器的硬件构成
7.4.2 DSP运动控制器的软件构成
7.5现场总线及Profibus现场总线
7.5.1 现场总线的概念及特点
7.5.2 典型现场总线介绍
7.5.3 Profibus现场总线概述
7.5.4 ProfibusDP协议
7.5.5 ProfibusDP的数据通信
7.5.6 ProfibusDP的交叉通信方式
7.5.7 ProfibusDP的技术优势
7.6 数字式运动控制系统的设计内容和流程
本章小结
思考题与习题
第8章 运动控制系统应用实例
本章教学要求与目标
8.1 步进电动机在勾心刚度测试仪中的应用
8.2 西门子6RA70型直流调速器在热连轧机中的应用
8.2.1 6RA70型直流调速器简介
8.2.2 6RA70型直流调速器在热连轧机中的应用
8.3 变频器在恒压供水系统中的应用
8.4 机械手关节伺服控制系统
8.5 运动控制器在纸箱切割打样机中的应用
参考文献

前言/序言

　　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。其中，陈伯时教授主编的《自动控制系统》和后来的第2版、第3版，以及他与阮毅教授主编的第4版，一直是改革开放以来历届电气自动化专业学生选用的经典教材。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內容理解困难，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，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內部的深奥原理以及具体电路．有所了解就可以了。基于以上认识，本书以必要的理论知识为基础，着重于应用，力图适合于应用型本科院校师生的教学。
　　全书內容安排如下：第1章绪论。除了介绍运动控制系统的发展历史外，主要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，因此这方面內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一电动机系统和直流PwM变换器一电动机系统，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，罚环直流调速系统、双闭环直流调速系统、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，还介绍了软起动器和电动机节电器；在变频控制方面，重点介绍了变频调速的机械特性、SPWM和SVPWM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作一般介绍，省略了动态数学模型，还介绍了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作了详细介绍。第5章同步电动机调速系统。介绍同步电动机的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，最后给出数字式运动控制系统的设计内容和流程。第8聿运动控制系统应用实例。结合工程实际，列举了5个应用实例，涉及步进电动机的PLC控制、直流调速器的应用、变频器的应用、伺服电动机在机器人上的应用以及运动控制器的应用，以期学生从事工程实践时有所借鉴。
　　本书主要內容的理论教学时数约为48学时，建议安排第1章2学时、第2章6学时、第3章lo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內容和安排教学。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。
　　全书由吴贵文担任主编，编写了第1—6章和第8章并负责统稿。作者本人从事本课程教学前后15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，作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特色。何红军老师编写了本书的第7章并负责电子课件的制作。
　　本书在编写过程中还得到温州研硕自动化设备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。
　　本书的成功出版需要特别感谢机械工业出版社责任编辑的努力，为本书的策划、申报、立项到编辑出版付出了大量辛勤的劳动。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老师登注册下载。
　　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，恳请广大师生和读者批评指正。
　　吴贵文
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