本書按照《全國高等學校自動化專業(yè)系列教材》編審委員會制定的要求編寫，適用于高等院校自動化專業(yè)以及電氣工程與自動化、電氣工程及其自動化專業(yè)本科“運動控制系統(tǒng)”課程，也可供電力電子與電力傳動研究生和從事運動控制系統(tǒng)的工程技術人員參考。
本書共3篇7章，內容涵蓋: 可控電源電動機系統(tǒng)的特殊問題及機械特性，開環(huán)調速系統(tǒng)的性能指標，交、直流調速系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)結構，靜態(tài)和動態(tài)性能指標及分析方法，反饋控制的基本特點，調節(jié)器結構及參數(shù)的設計方法，控制系統(tǒng)的實現(xiàn)，計算機仿真軟件在運動控制系統(tǒng)中的應用等。本書以控制規(guī)律為主線，按照從直流到交流、從開環(huán)到閉環(huán)、從調速到伺服循序漸進的原則編寫。
本書反映了技術進步與發(fā)展的4個特征: 全控型電力電子器件取代半控型器件，變換技術由相位控制轉變成脈寬調制; 模擬電子控制基本上讓位于計算機數(shù)字控制; 交流運動控制系統(tǒng)逐步取代直流運動控制系統(tǒng); 計算機仿真與輔助設計逐步融入運動控制系統(tǒng)的性能分析與設計中。
本書屬于《全國高等學校自動化專業(yè)系列教材》，按照系列教材編審委員會制定的要求編寫，適用于高等院校自動化專業(yè)以及電氣工程與自動化、電氣工程及其自動化專業(yè)本科“運動控制系統(tǒng)”課程，也可供電力電子與電力傳動碩士研究生和從事運動控制系統(tǒng)的工程技術人員參考。
“運動控制系統(tǒng)”是電氣工程與自動化專業(yè)、電氣工程及其自動化專業(yè)和自動化專業(yè)的專業(yè)主干課，綜合利用前期課程“自動控制理論”、“電力電子技術”、“電機與拖動基礎”、“計算機控制系統(tǒng)”的基礎知識，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力，掌握運動控制系統(tǒng)的工作原理和設計方法。課程的要點是: 從實際出發(fā)，深入地進行理論分析，應用理論解決運動控制系統(tǒng)中的實際問題，以計算機仿真和實驗等手段驗證理論分析結果，提高學生分析問題和解決問題的能力。因此，“運動控制系統(tǒng)”是培養(yǎng)自動化專業(yè)學生理論聯(lián)系實際的關鍵課程。
本書反映了技術進步與發(fā)展的4個特征: 1．全控型電力電子器件取代半控型器件，變換技術由相位控制轉變成脈寬調制; 2．模擬電子控制基本上讓位于計算機數(shù)字控制; 3．交流運動控制系統(tǒng)逐步取代直流運動控制系統(tǒng); 4．計算機仿真與輔助設計逐步融入運動控制系統(tǒng)的性能分析與設計中。
本書的內容涵蓋: 可控電源電動機系統(tǒng)的特殊問題及機械特性，開環(huán)調速系統(tǒng)的性能指標，交、直流調速系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)結構，靜態(tài)和動態(tài)性能指標及分析方法，反饋控制的基本特點，調節(jié)器結構及參數(shù)的設計方法，控制系統(tǒng)的實現(xiàn)，計算機仿真軟件在運動控制系統(tǒng)中的應用等。本書以控制規(guī)律為主線，按照從直流到交流、從開環(huán)到閉環(huán)、從調速到伺服循序漸進的原則編寫。
在內容的安排上，本書避免與前期課程簡單的重復，對前期課程的交叉點、復合面，結合本課程的需要做必要的論述，引導讀者綜合利用前期基礎知識，分析與解決新的問題。在經典或傳統(tǒng)內容中融入新的方法或新的特點，如計算機數(shù)字控制，用計算機仿真來分析和設計系統(tǒng)。
直流控制系統(tǒng)，是運動控制系統(tǒng)的基礎，所以本書從直流系統(tǒng)入門，建立了扎實的控制系統(tǒng)分析與設計的概念和能力以后，再進入交流系統(tǒng)的學習。鑒于篇幅與學時上的限制，刪去轉差功率消耗型和轉差功率饋送型異步電動機調速系統(tǒng)等內容，著重論述交流電動機的變頻調速。考慮到高性能的交流調速系統(tǒng)已被廣泛應用，根據(jù)實際教學經驗，諸如異步電動機的動態(tài)模型、矢量控制系統(tǒng)與直接轉矩控制系統(tǒng)等內容教學難度較大，在實際教學中應靈活掌握。在掌握調速系統(tǒng)的基本規(guī)律和設計方法的基礎上，進一步學習伺服系統(tǒng)的分析與設計方法。
本書共3篇7章，按照48學時編寫。
運動控制系統(tǒng)前言第1篇直流調速系統(tǒng)，包含第1章可控直流電源-電動機系統(tǒng)，第2章閉環(huán)控制的直流調速系統(tǒng)，第3章可逆直流調速系統(tǒng)。
第2篇交流調速系統(tǒng)，包含第4章基于穩(wěn)態(tài)模型的感應電動機調速，第5章基于動態(tài)模型的感應電動機調速，第6章同步電動機調速系統(tǒng)。
第3篇伺服系統(tǒng)包含第7章伺服系統(tǒng)。
根據(jù)編者的教學經驗，在48學時內，難以完成全部7章內容的教學。考慮到各個學校相應專業(yè)對課程的要求不同，在實際教學中可選用部分內容，對于學時較少的學校，可刪去帶*的選學內容。本書每章附有思考題和習題，其中思考題難度較大，供教學參考，讀者不必全部求解。
本課程是一門實踐性很強的課程，實驗是學好本課程必不可少的重要環(huán)節(jié),可以隨課堂教學過程進行，也可以開設單獨的實驗課，其目的在于培養(yǎng)學生掌握實驗方法和運用理論分析并解決實際問題的能力。
本書由上海大學阮毅教授和上海交通大學陳維鈞副教授主編，第1篇直流調速系統(tǒng)共3章和直流調速系統(tǒng)的實驗由上海交通大學陳維鈞副教授編寫，其余各章由阮毅教授編寫，并負責全書的統(tǒng)稿。
為了便于使用本書實施教學，減少板書的時間，緩解學時少、內容多的矛盾，我們編制了課堂教學演示軟件，供任課教師和讀者使用。直流調速系統(tǒng)由陳維鈞副教授編制，交流調速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)由阮毅教授編制。
本書由上海大學陳伯時教授主審，陳伯時教授認真仔細地審閱了書稿，在內容編排、概念論述、文字潤飾等方面提出了許多寶貴而中肯的修改意見，在此謹致深切的感謝。
本書編寫工作得到《全國高等學校自動化專業(yè)系列教材》編審委員會，清華大學蕭德云教授，上海交通大學陳敏遜教授，上海大學龔幼民教授、高艷霞副教授和沙立民副教授，清華大學出版社王一玲主任的關心和支持，在此表示謝意。
我們在編寫過程中雖然花了不少精力，仍難免有錯誤與不足之處，殷切期望廣大讀者批評指正。
編者
2006年6月
常用符號表
緒論
0.1運動控制及其相關學科
0.2運動控制系統(tǒng)及其組成
0.3運動控制系統(tǒng)的轉矩控制規(guī)律
第1篇直流調速系統(tǒng)
第1章可控直流電源電動機系統(tǒng)
1.1相控整流器電動機系統(tǒng)
1.1.1相控整流器
1.1.2相控整流器電動機系統(tǒng)的特殊問題
1.1.3相控整流直流調速系統(tǒng)的機械特性及數(shù)學
模型
1.2直流PWM變換器電動機系統(tǒng)
1.2.1直流PWM變換器
1.2.2直流PWM變換器電動機系統(tǒng)的能量回饋
問題
1.2.3直流PWM調速系統(tǒng)的數(shù)學模型及機械特性
1.3調速系統(tǒng)性能指標
1.3.1調速范圍和靜差率
1.3.2開環(huán)調速系統(tǒng)的機械特性及性能指標
思考題
習題
第2章閉環(huán)控制的直流調速系統(tǒng)
2.1轉速單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)
2.1.1轉速單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的控制規(guī)律
2.1.2轉速單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的限流保護
2.1.3轉速單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型
2.1.4PI控制規(guī)律及調節(jié)器的設計
2.2轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)
2.2.1雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制規(guī)律
2.2.2穩(wěn)態(tài)結構與穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算
2.2.3雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的數(shù)學模型與性能分析
2.3轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn)
2.3.1微機數(shù)字控制的特點
2.3.2轉速檢測的數(shù)字化
2.3.3數(shù)字PI調節(jié)器
2.4調節(jié)器的設計方法
2.4.1控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標
2.4.2典型系統(tǒng)性能指標與參數(shù)間的關系
2.4.3調節(jié)器的設計
2.4.4設計舉例
*2.5直流調速系統(tǒng)的仿真
思考題
習題
運動控制系統(tǒng)目錄*第3章可逆、弱磁控制的直流調速系統(tǒng)
3.1可逆直流調速系統(tǒng)
3.1.1相控整流器可逆直流調速系統(tǒng)的主回路結構
3.1.2可逆VM系統(tǒng)的環(huán)流
3.1.3轉速制動過程的分析
3.1.4無環(huán)流控制的可逆晶閘管電動機系統(tǒng)
3.1.5PWM可逆直流調速系統(tǒng)
3.2弱磁控制的直流調速系統(tǒng)
3.2.1弱磁與調壓的配合控制
3.2.2調壓與弱磁配合控制的調速系統(tǒng)
思考題
習題
第2篇交流調速系統(tǒng)
第4章基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調速系統(tǒng)
4.1異步電動機變壓變頻調速基本原理
4.1.1異步電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型
4.1.2變壓變頻調速基本原理
4.1.3基頻以下電流補償控制
4.2交流PWM變頻技術
4.2.1交直交PWM變頻器主回路
4.2.2正弦波脈寬調制（SPWM）技術
4.2.3電流跟蹤PWM（CFPWM）控制技術
4.2.4電壓空間矢量PWM（SVPWM）控制技術
4.2.5交流PWM變頻器異步電動機系統(tǒng)的特殊問題
4.3轉速開環(huán)變壓變頻調速系統(tǒng)
4.3.1轉速開環(huán)變壓變頻調速系統(tǒng)結構
4.3.2系統(tǒng)實現(xiàn)
4.4轉速閉環(huán)轉差頻率控制的變壓變頻調速系統(tǒng)
4.4.1轉差頻率控制的基本概念及特點
4.4.2轉差頻率控制系統(tǒng)結構及性能分析
4.4.3最大轉差頻率ωsmax的計算
4.4.4轉差頻率控制系統(tǒng)的特點
*4.5變頻調速在恒壓供水系統(tǒng)中的應用
思考題
習題
第5章基于動態(tài)模型的異步電動機調速系統(tǒng)
5.1異步電動機動態(tài)數(shù)學模型
5.1.1異步電動機動態(tài)數(shù)學模型的性質
5.1.2異步電動機三相原始數(shù)學模型
5.1.3坐標變換
5.1.4異步電動機在兩相坐標系上的動態(tài)數(shù)學模型
5.1.5異步電動機在兩相坐標系上的狀態(tài)方程
5.2異步電動機按轉子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)
5.2.1按轉子磁鏈定向同步旋轉坐標系mt中的狀態(tài)方程
5.2.2按轉子磁鏈定向矢量控制的基本思想
5.2.3按轉子磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)的實現(xiàn)
5.2.4按轉子磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)的轉矩控制方式
5.2.5轉子磁鏈計算
5.2.6磁鏈開環(huán)轉差型矢量控制系統(tǒng)——間接定向
5.3異步電動機按定子磁鏈控制的直接轉矩控制系統(tǒng)
5.3.1定子電壓矢量對定子磁鏈與電磁轉矩的控制作用
5.3.2基于定子磁鏈控制的直接轉矩控制系統(tǒng)
5.3.3定子磁鏈和轉矩計算模型
5.4直接轉矩控制系統(tǒng)與矢量控制系統(tǒng)的比較
*5.5矢量控制系統(tǒng)在塑料擠出機主傳動中的應用
思考題
習題
第6章同步電動機變壓變頻調速系統(tǒng)
6.1同步電動機的基本特征與調速方法
6.1.1同步電動機的特點
6.1.2同步電動機的分類
6.1.3同步電動機的矩角特性
6.1.4同步電動機的穩(wěn)定運行
6.1.5同步電動機的啟動
6.1.6同步電動機的調速
6.2他控變頻同步電動機調速系統(tǒng)
6.2.1轉速開環(huán)恒壓頻比控制的同步電動機群調速系統(tǒng)
6.2.2大功率同步電動機調速系統(tǒng)
*6.3自控變頻同步電動機調速系統(tǒng)
6.3.1自控變頻同步電動機
6.3.2梯形波永磁同步電動機（無刷直流電動機）的自控變頻
調速系統(tǒng)
*6.4同步電動機矢量控制系統(tǒng)
6.4.1可控勵磁同步電動機動態(tài)數(shù)學模型
6.4.2可控勵磁同步電動機按氣隙磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)
6.4.3正弦波永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)
思考題
習題
*第3篇伺服系統(tǒng)
*第7章伺服系統(tǒng)
7.1伺服系統(tǒng)的特征及組成
7.1.1伺服系統(tǒng)的基本要求及特征
7.1.2伺服系統(tǒng)的組成
7.1.3位置傳感器
7.2伺服系統(tǒng)的跟隨性能
7.3伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學模型
7.3.1直流伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學模型
7.3.2交流伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學模型
7.4伺服系統(tǒng)的設計
7.4.1單環(huán)位置伺服系統(tǒng)
7.4.2雙環(huán)伺服系統(tǒng)
7.4.3三環(huán)伺服系統(tǒng)
7.4.4復合控制的伺服系統(tǒng)
思考題
習題
附錄
附錄1三相/兩相坐標變換
附錄1.1不同坐標系中的電功率
附錄1.2三相到兩相坐標系的變換
附錄1.3功率不變時的坐標變換陣
附錄1.4匝數(shù)不變時的坐標變換陣
附錄1.5兩種坐標變換的比較
附錄2由三相靜止坐標系到兩相任意旋轉坐標系上的變換
（3s/2r變換）
附錄2.13s/2r旋轉變換陣
附錄2.2電壓方程的變換
附錄2.3磁鏈方程的變換
附錄2.4轉矩方程的變換
教學實驗參考
實驗1帶電流截止負反饋的轉速單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)
實驗2轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)
實驗3轉速、電流雙閉環(huán)可逆直流PWM調速系統(tǒng)
實驗4異步電動機轉速開環(huán)變壓變頻調速系統(tǒng)
實驗5永磁同步電動機轉速開環(huán)變壓變頻調速系統(tǒng)
參考文獻
書單推薦
