电力拖动自动控制系统与MATLAB仿真(高等院校电子信息与电气学科特色教材) 顾春雷,陈中 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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顾春雷，陈中著 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302244882

商品编码：29302615412

包装：平装

出版时间：2011-04-01

基本信息

书名：电力拖动自动控制系统与MATLAB仿真(高等院校电子信息与电气学科特色教材)

定价：29.00元

作者：顾春雷,陈中著

出版社：清华大学出版社

出版日期：2011-04-01

ISBN：9787302244882

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.400kg

编辑推荐

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内容提要

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　　本书主要介绍直流和交流调速系统的组成原理和应用，以及调速系统的建模与仿真技术，在适当阐述理论的基础上，重点介绍系统的分析和工程应用，以提高读者处理实际问题的能力。书中遵循理论和实际相结合的原则，以系统控制规律为主线，在强调闭环控制的前提下，由浅入深地介绍了系统的动、静态性能和设计方法及系统的工程实现。还介绍了matlab及其图形仿真界面simulink的应用基础知识、simulink模型库的电机模块的功能和使用，并通过实例介绍了交直流调速系统的仿真方法和技巧。
　　本书特点是将交、直流调速运动控制技术和matlab/simulink仿真技术有机地结合在一起，叙述简练，概念清楚，体现了应用型本科的教学特色。
　　本书适合作为电气工程及其自动化专业、自动化专业和其他以培养应用型人才为目的的相近专业的教材或教学参考书，也可供有关工程技术人员参考。

目录

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章单环控制直流调速系统
　1.1开环直流调速系统及调速指标
　　1.1.1直流电动机的调速方法和方案
　　1.1.2晶闸管—直流电动机开环调速系统
　　1.1.3v-m系统的机械特性
　　1.1.4生产机械对转速控制的要求及调速指标
　　1.1.5开环调速系统存在的问题
　1.2转速负反馈单闭环有静差直流调速系统
　　1.2.1调速系统的组成及其工作原理
　　1.2.2闭环调速系统的静特性
　　1.2.3开环系统机械特性与闭环系统静特性的比较
　　1.2.4闭环控制系统的基本特征
　　1.2.5限流保护——电流截止负反馈
　1.3反馈控制闭环直流调速系统的动态分析
　　1.3.1反馈控制闭环直流调速系统的动态数学模型
　　1.3.2单闭环有静差调速系统的动态结构图
　　1.3.3单闭环有静差调速系统的稳定性分析
　1.4比例积分控制规律和无静差调速系统
　　1.4.1积分调节器和比例积分调节器及其控制规律
　　1.4.2采用pi调节器的无静差直流调速系统
　1.5电压反馈电流补偿控制的直流调速系统
　　1.5.1电压负反馈直流调速系统
　　1.5.2电流正反馈和补偿控制规律
　　思考题与习题
第2章多环控制直流调速系统
　2.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性
　　2.1.1问题的提出
　　2.1.2转速、电流双闭环直流调速系统的组成
　　2.1.3双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性
　2.2双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析
　　2.2.1双闭环直流调速系统的动态结构图
　　2.2.2起动过程分析
　　2.2.3双闭环直流调速系统的动态抗扰性能
　　2.2.4转速和电流两个调节器的作用
　2.3双闭环直流调速系统调节器的工程设计
　　2.3.1调节器工程设计方法的必要性、可能性与基本思路
　　2.3.2控制系统的动态性能指标
　　2.3.3典型ⅰ型系统以及系统性能指标和参数的关系
　　2.3.4典型ⅱ型系统以及系统性能指标和参数的关系
　　2.3.5非典型系统的典型化
　2.4按工程设计方法设计双闭环调速系统的调节器
　　2.4.1电流调节器的设计
　　2.4.2转速调节器的设计
　　2.4.3转速调节器退饱和时转速超调量的计算
　2.5转速超调的抑制——转速微分负反馈
　　2.5.1带转速微分负反馈双闭环调速系统的基本原理
　　2.5.2退饱和时间和退饱和转速
　　2.5.3转速微分负反馈参数的工程设计方法
　　思考题与习题
第3章直流电动机可逆调速及直流斩波调速系统
　3.1晶闸管-电动机（v-m）可逆调速系统主电路结构形式
　3.2可逆调速系统中环流分析
　　3.2.1环流的定义
　　3.2.2直流平均环流产生的原因及消除办法
　　3.2.3瞬时脉动环流及其抑制
　3.3有环流可逆调速系统
　　3.3.1α=β配合控制的有环流可逆调速系统
　　3.3.2可控环流可逆调速系统
　3.4无环流控制的可逆晶闸管—电动机系统
　　3.4.1逻辑控制无环流可逆调速系统的组成和工作原理
　　3.5直流脉宽调速系统
　3.5.1pwm变换器的工作状态和电压、电流波形
　　3.5.2直流脉宽调速系统的机械特性
　　3.5.3双闭环的pwm可逆直流调速系统
　　3.5.4交流电源供电时的制动
　　思考题与习题
第4章matlab简介与直流调速系统仿真
　4.1matlab简介
　4.2simulink/simpower systems模型窗口
　　4.2.1simulink的工作环境
　　4.2.2模型窗口工具栏
　4.3有关模块的基本操作及仿真步骤
　4.4测量模块及显示和记录模块的使用
　4.5建立子系统和系统模型的封装
　4.6simulink模型库中的模块
　4.7simpower systems模型库浏览
　4.8仿真算法介绍
　4.9单闭环直流调速系统的仿真
　　4.9.1开环直流调速系统的仿真
　　4.9.2单闭环有静差转速负反馈调速系统的建模与仿真
　　4.9.3单闭环无静差转速负反馈调速系统的建模与仿真
　　4.9.4单闭环电流截止转速负反馈调速系统的建模与仿真
　　4.9.5单闭环电压负反馈调速系统的建模与仿真
　　4.9.6单闭环电压负反馈和带电流正反馈调速系统的建模与仿真
　　4.9.7单闭环转速负反馈调速系统定量仿真
　4.10双闭环及pwm直流调速系统仿真
　　4.10.1双闭环直流调速系统定量仿真
　　4.10.2三闭环直流调速系统仿真
　　4.10.3α=β配合控制调速系统仿真
　　4.10.4逻辑无环流可逆直流调速系统仿真
　　4.10.5pwm直流调速系统仿真
　　思考题与习题
第5章交流调压调速系统
　5.1异步电动机改变电压时的机械特性
　5.2异步电动机变压调速电路
　5.3闭环控制的调压调速系统及其特性
　　5.3.1具有速度反馈的调压调速系统及其静特性
　　5.3.2闭环变压调速系统的动态结构图
　　思考题与习题
第6章交流异步电动机变压变频调速系统
　6.1变压变频调速的基本控制方式
　6.2异步电动机电压—频率协调控制时的机械特性
　　6.2.1恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性
　　6.2.2基频以下电压—频率协调控制时的机械特性
　　6.2.3基频以上恒压变频的机械特性
　6.3电力电子变频器的主要类型
　　6.3.1交-直-交和交-交变压变频器
　6.4电压源型和电流源型逆变器
　6.5变压变频调速系统中的脉宽调制技术
　　6.5.1pwm变频调速系统中的功率接口
　　6.5.2正弦波脉宽调制技术
　　6.5.3电流滞环跟踪控制技术
　　6.5.4电压空间pwm矢量控制技术
　6.6基于异步电动机稳态模型的变压变频调速系统
　6.7异步电动机的动态数学模型和坐标变换
　　6.7.1异步电动机动态数学模型
　　6.7.2坐标变换和变换矩阵
　6.8三相异步电动机在不同坐标系上的数学模型
　6.9基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统
　　6.9.1矢量控制系统的基本思路
　　6.9.2按转子磁链定向的矢量控制方程及其解耦作用
　　6.9.3转子磁链模型
　6.10磁链开环转差型矢量控制系统——间接矢量控制
　6.11转速、磁链闭环控制的矢量控制系统——直接矢量控制系统
　　思考题与习题
第7章绕线转子异步电动机调速系统
　7.1绕线转子异步电动机串级调速原理
　　7.1.1异步电动机转子附加电动势时的工作情况
　　7.1.2串级调速的各种运行状态及功率传递关系
　　7.1.3串级调速系统的基本类型
　7.2串级调速系统的性能
　　7.2.1串级调速系统的机械特性
　　7.2.2串级调速装置的电压和容量
　　7.2.3串级调速系统的效率
　　7.2.4串级调速系统的功率因数
　7.3转速、电流双闭环串级调速系统
　　7.3.1双闭环控制串级调速系统的组成
　　7.3.2串级调速系统的动态数学模型
　　7.3.3串级调速系统调节器参数的设计
　　7.3.4串级调速系统的起动方式
　7.4超同步串级调速系统
　　7.4.1超同步串级调速系统的工作原理
　　7.4.2超同步串级调速系统的再生制动
　　思考题与习题
第8章交流调速系统的matlab仿真
　8.1调压调速系统的仿真
　　8.1.1交流调速系统仿真中常用模块简介
　　8.1.2单闭环交流电动机调压调速系统的建模与仿真
　8.2变频调速系统的仿真
　　8.2.1spwm内置波调速系统仿真
　　8.2.2spwm外置波调速系统仿真
　8.3电流滞环跟踪控制调速系统仿真
　8.4电压空间矢量调速系统仿真
　8.5转速开环恒压频比的交流调速系统仿真
　8.6转速、磁链闭环控制的矢量控制系统仿真
　8.7绕线转子异步电动机双馈调速系统的仿真
　　思考题与习题
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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现代电力拖动控制理论及其应用 本书深入探讨了现代电力拖动控制系统的基本原理、关键技术以及在实际工程中的应用。电力拖动作为现代工业生产的核心动力源，其控制技术的先进性直接影响着生产效率、能源消耗和产品质量。本书旨在为读者构建一个全面而深入的电力拖动自动控制知识体系，并在此基础上引导读者掌握先进的仿真分析方法，以应对日益复杂的工程挑战。 第一部分：电力拖动系统的基础理论 本部分首先回顾和梳理了电力拖动系统的基本组成和工作原理。我们将从最基础的电动机类型入手，详细介绍直流电动机和交流电动机（包括异步电动机和同步电动机）的结构、电磁特性和机械特性。在此基础上，深入讲解了电动机的稳态和暂态运行特性，以及负载的各种典型类型，如恒转矩负载、恒功率负载和恒转速负载等，并分析了电动机与负载特性相匹配的重要性。 直流电动机：详细阐述了直流电动机的结构、电枢反应、换向原理、以及不同接线方式（他励、并励、串励、复励）下电动机的转速-转矩特性和功率特性。特别地，我们将深入探讨直流电动机的调速方法，包括改变电枢电压、改变磁场磁通和串接电阻等，并分析各种调速方法的优缺点及适用范围。 交流电动机：重点分析了三相异步电动机的结构、电磁原理、等效电路模型，以及转子感应电动势、电流和转矩的产生过程。我们将详细讲解异步电动机的机械特性曲线，分析其起动转矩、最大转矩、失步转矩以及不同负载下的运行点。同步电动机的部分，将重点介绍其结构、工作原理、功率角特性，以及起动和运行时的注意事项。 负载的类型与特性：系统性地介绍了各种常见的工业负载，如风机、泵、卷扬机、轧钢机、运输带等，并分析了它们的转速-转矩特性和功率特性。理解负载特性对于合理选择电动机、设计控制系统至关重要。我们将通过实例说明如何根据负载特性来选择合适的电动机型号和容量。 第二部分：电力拖动自动控制系统的核心技术 本部分是本书的重点，将系统性地介绍电力拖动自动控制系统的核心理论和关键技术。我们将从自动控制的基本概念出发，逐步深入到电力拖动系统的具体控制策略和方法。 自动控制理论基础：简要回顾了线性系统控制理论，包括系统的时域响应、频域响应、稳定性判据（如劳斯判据、奈奎斯特判据、根轨迹法）以及PID控制理论。在此基础上，我们将引出针对电力拖动系统特性的先进控制方法。 变压变频调速技术：这是现代交流异步电动机最主要的调速方式。我们将详细讲解电压型和电流型脉宽调制（PWM）逆变器的基本原理，以及如何通过改变输出电压和频率来实现对电动机转速的平滑控制。重点介绍V/f恒压频比控制、转差频率控制（SVPWM）、以及矢量控制（FOC）等先进的控制策略。 V/f恒压频比控制：这是最基础的变频调速方法，我们将分析其原理、优点和局限性，并讨论如何通过适当的补偿来改善其性能。 矢量控制（FOC）：这是目前最先进、应用最广泛的交流电动机控制技术之一。我们将深入剖析矢量控制的原理，包括三相坐标变换（Clarke变换、Park变换）、磁链定向、转矩控制和速度控制的实现。重点讲解如何通过估计或测量电动机的状态变量来实现精确的转矩和速度控制，以及其在恒转矩和恒功率区域的性能表现。 直接转矩控制（DTC）：与矢量控制并行，DTC是另一种重要的交流电动机控制策略。我们将介绍DTC的基本原理，包括转矩和磁链的直接估计与控制，以及其在实现快速动态响应和简化控制结构方面的优势。 直流电动机的现代控制：虽然交流电动机在现代工业中占据主导地位，但直流电动机在某些特定场合仍有应用。我们将介绍直流电动机的斩波调速原理，以及基于微处理器的数字控制技术，实现对直流电动机更精确、更高效的控制。 伺服驱动与精密控制：针对需要高精度定位和速度控制的应用场景，我们将介绍伺服驱动系统的组成和工作原理。重点讲解伺服电动机的特点（如永磁同步电动机PM、直流无刷电动机BLDC），以及位置、速度和力矩的闭环控制策略，包括PID控制、前馈控制、状态空间控制等。 制动技术：除了起动和运行控制，制动也是电力拖动系统中不可或缺的一部分。我们将介绍机械制动、电制动（再生制动、电阻制动、反接制动）等技术，并分析其在不同工况下的应用。 第三部分：电力拖动自动控制系统的仿真与分析 本部分强调了仿真在现代电力拖动系统设计与优化中的重要作用。通过仿真，可以在设计早期阶段对系统性能进行预测和评估，减少实际试验的成本和风险，并加速产品开发周期。 仿真平台与工具：我们将介绍常用的电力系统仿真软件，并以一个具体的、具有代表性的仿真环境为例，详细讲解其功能和使用方法。 模型建立与仿真流程：如何将实际的电力拖动系统（包括电动机、负载、控制器、电源等）转化为仿真模型是仿真的关键。我们将介绍建立不同精度模型的策略，例如基于数学方程的解析模型、基于元器件的电路模型以及基于系统框图的模块化模型。同时，将详细阐述仿真前的系统参数设置、仿真过程的控制以及仿真结果的分析与解读。 典型工况下的仿真分析：我们将通过一系列典型的仿真案例，演示如何对电力拖动系统的不同方面进行分析。 起动过程仿真：分析不同起动方式（直接起动、软起动、变频起动）下的起动电流、起动转矩、起动时间，评估起动对电网的影响以及对机械系统的冲击。 稳态运行仿真：验证不同负载工况下电动机的转速、转矩、电流、功率等参数是否满足设计要求。 动态响应仿真：分析系统在负载突变、参数变化或控制器参数调整时的动态响应特性，包括超调量、调节时间和稳定性。 控制器参数整定仿真：通过仿真平台，演示如何对PID控制器或其他先进控制器的参数进行优化，以获得最佳的控制性能。 故障诊断与安全保护仿真：模拟电动机过载、短路、开路等故障，评估保护装置的动作性能。 先进仿真技术的应用：探讨一些更高级的仿真技术，如多物理场耦合仿真（例如电磁、热、机械多物理场）、实时仿真等，及其在复杂电力拖动系统中的应用前景。 第四部分：电力拖动自动控制系统的工程实践与发展趋势 本部分将理论与实践相结合，介绍电力拖动自动控制系统在各个领域的实际应用，并展望该领域未来的发展趋势。 工业应用实例：列举电力拖动自动控制系统在冶金、矿山、纺织、造纸、橡塑、化工、交通运输（如电动汽车、轨道交通）、航空航天等行业中的典型应用案例，并分析其在提高生产效率、降低能耗、保障安全生产等方面发挥的作用。 智能化与集成化：探讨电力拖动系统向智能化、网络化、集成化方向发展的趋势。例如，基于人工智能和机器学习的预测性维护、自适应控制；以及与上位控制系统（如SCADA、DCS）的深度集成，实现生产过程的优化调度和远程监控。 新能源与节能技术：介绍电力拖动系统在新能源领域（如风力发电、太阳能发电配套的驱动系统）的应用，以及如何通过先进的控制技术实现更高效的能源利用，推动绿色制造和可持续发展。 未来发展方向：展望电力拖动自动控制系统在高性能计算、物联网、数字孪生等新兴技术驱动下的未来发展，如更高效的电机设计、更智能的驱动控制、以及更完善的系统集成与管理。 本书结构严谨，逻辑清晰，理论讲解深入浅出，并辅以大量的实例和仿真分析，旨在帮助读者不仅掌握电力拖动自动控制系统的理论知识，更能培养解决实际工程问题的能力。无论是从事电气工程、自动化、机械工程等相关专业的学生，还是在工业界从事电气设计、设备维护、系统集成等工作的工程师，都能从中获得有益的启示和实用的技能。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，电力拖动系统的自动控制是一个既需要扎实理论基础，又需要丰富实践经验的领域。这本书恰恰提供了这样一个绝佳的平台。它不仅仅是告诉你如何设计一个控制器，更是引导你理解整个系统的动力学特性，以及各种控制方法背后的机理。我尤其被书中对于如何利用MATLAB/Simulink构建复杂电力拖动系统的仿真模型的讲解所吸引。从电机模型到控制器模型，再到整个闭环系统的集成，作者都提供了清晰的步骤和详细的代码示例。这对于我们这些想要将仿真能力提升到新高度的学生来说，无疑是雪中送炭。书中对一些经典控制算法的深入剖析，以及在不同应用场景下的对比分析，也让我对如何选择和优化控制器有了更清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

对于我来说，这本书最大的价值在于它将理论知识与实际应用紧密地结合在了一起。以往阅读一些理论书籍时，总觉得有些脱离实际，但这本书通过大量MATLAB仿真的实例，让我能够直观地看到各种控制算法在实际电力拖动系统中的表现。我尤其喜欢书中对变频调速系统和伺服系统等现代电力拖动技术进行深入探讨的部分。作者不仅详细讲解了这些系统的控制原理，还通过仿真展示了不同控制策略下的系统响应，例如，如何通过电流环和速度环的协同作用，实现电机的高精度调速和定位。这种“理论+仿真”的学习方式，极大地加深了我对电力拖动自动控制系统的理解，也让我对接下来的课程学习和未来的职业发展充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书确实是电力拖动领域的一部力作，我个人认为它在理论深度和实践应用之间找到了一个非常出色的平衡点。书中对于各种电力拖动系统的基本原理，从最基础的直流电机、交流电机（包括异步电机和同步电机）的电磁原理、机械特性，到更复杂的伺服系统和变频调速系统，都进行了详尽的阐述。作者并没有仅仅停留在理论的堆砌，而是通过大量精心设计的仿真实例，将抽象的数学模型具象化，让读者能够直观地理解不同控制策略对系统动态性能的影响。特别是对于MATLAB/Simulink在电力拖动系统建模、仿真和控制设计中的应用，这本书提供了一套非常系统化的方法论。我印象深刻的是，书中对于PID控制器的整定方法，以及如何根据系统特性进行优化，给出了非常实用的指导。此外，书中对一些先进的控制算法，如模糊控制、神经网络控制在电力拖动中的应用也有所介绍，这对于希望深入研究的读者来说，无疑是一笔宝贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

作为一名正在学习电力电子和自动化控制的学生，我必须说，这本书提供的视角非常独特且具有前瞻性。它不仅仅是一本教材，更像是一本能够引导我思考如何将理论知识转化为实际工程解决方案的指南。书中对各种电力拖动系统的数学模型建立过程，以及如何利用MATLAB/Simulink将其转化为可执行的仿真代码，讲解得非常透彻。我特别喜欢书中通过对比不同参数下的仿真结果，来揭示系统性能变化规律的做法，这比枯燥的文字描述要有效得多。例如，在讨论异步电机变频调速时，书中不仅分析了恒转矩、恒功率等不同工作模式下的控制方法，还通过仿真展示了不同调制方式和参数设置对电机转矩脉动、损耗等指标的影响。这种“动手实践”式的教学方法，极大地激发了我学习的兴趣，也让我对电力拖动系统的设计和优化有了更深刻的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于理解现代电力拖动系统的自动控制原理，绝对是物超所值的。它将复杂的理论知识，通过生动形象的仿真案例，以一种非常易于接受的方式呈现出来。我特别欣赏作者在介绍各种控制策略时，不仅说明了“是什么”，更强调了“为什么”和“怎么做”。例如，在讲解模糊逻辑控制器在电力拖动系统中的应用时，作者详细阐述了模糊化、模糊推理和解模糊的过程，并通过仿真演示了模糊控制器如何有效地处理非线性负载和参数变化带来的影响。这本书不仅仅是理论的梳理，更是一种思维方式的培养，它教会我如何运用现代仿真工具来分析问题、解决问题，并最终实现最优控制。这本书的内容深度和广度，使得它不仅适合作为本科和研究生阶段的学习教材，也对从事相关领域研究的工程师具有很高的参考价值。