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) 978730 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：29729828524

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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第1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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《现代电力系统稳定性与控制》 内容简介 本书聚焦于现代电力系统运行的核心议题——稳定性与控制，旨在为从事电力系统规划、设计、运行、继电保护以及相关科研工作的专业人士提供一套系统、深入且前沿的理论指导与技术参考。本书并非对特定教材的复述，而是独立构建了关于电力系统稳定性与控制的完整知识体系，重点突出理论的严谨性、方法的实用性以及对新兴技术趋势的洞察。 第一部分：电力系统稳态运行与基本稳定性概念 本部分首先回顾和深化了电力系统的基本运行原理，包括潮流计算、电压稳定性和频率稳定性的基础。我们将从经典功角稳定性的角度出发，详细阐述其形成机制，例如负荷扰动、发电机组甩负荷或故障等动态过程对系统稳定性的影响。在此基础上，引入非线性动力学理论，分析系统在大幅度扰动下的动态行为，例如极限环、混沌现象在电力系统中的潜在表现及其对稳定性的威胁。 深入探讨不同类型的稳定性： 暂态稳定：这是电力系统最基本也是最关键的稳定性类型。我们将详细分析系统在面临突发故障（如短路、线路跳闸）时的动态响应。通过建立简化的系统模型，如单机无穷大系统，推导功角方程，并讲解稳定判据，如临界准则和能量函数法。进一步，我们将讨论影响暂态稳定性的主要因素，包括发电机同步特性、励磁系统响应速度、调速器性能、故障清除时间以及系统阻抗等。本书将结合实际工程案例，剖析不同类型故障对系统功角稳定性的影响程度，并探讨提高暂态稳定性的有效措施，如快速故障切除、同步补偿器应用、以及适当的潮流调整等。 稳态稳定（或称联接性）：关注系统在长时间运行中，特别是在负荷缓慢变化或小幅度扰动下维持同步的能力。我们将分析稳态稳定与系统参数（如线路阻抗、发电机参数）以及运行点（如功率因数、电压水平）之间的关系。通过对静态负荷-电压特性的分析，揭示发生电压崩溃的机制，并探讨如何通过合理的调压措施、功率补偿装置（如SVC、STATCOM）以及优化潮流分布来维持系统的稳态稳定。 频率稳定：探讨系统在负荷变化或发电机出力波动时，维持频率在允许范围内的能力。我们将分析一次调频、二次调频和三次调频的原理与作用，重点阐述调频控制器的设计要求与性能评估。本书还将讨论频率稳定与有功功率平衡、发电出力控制以及负荷侧响应机制的相互作用。 电压稳定：深入研究系统在不同运行工况下，各节点电压维持在规定范围内的能力。我们将分析电压稳定性的多重维度，包括静态电压稳定性和动态电压稳定性。通过分析负荷的电压特性、输电线路的电压降落特性以及发电机无功出力特性，揭示电压不稳定的成因。本书将详细介绍各类无功功率补偿装置（如静止无功补偿器SVC、统一潮流控制器UPFC）的工作原理、参数选择与控制策略，以及其在提高电压稳定性方面的作用。 第二部分：现代电力系统动力学模型与分析方法 本部分将深入研究电力系统的动力学模型，为后续的稳定性分析奠定坚实的理论基础。 发电机组的非线性动力学模型：超越经典的二阶模型，引入更高阶的转子动力学模型，包括励磁系统、同步机和调速器的详细数学描述。我们将探讨不同类型的励磁系统（如DC、AC、ET）和调速器（如蒸汽轮机、水轮机）的数学模型及其对系统动态响应的影响。同时，引入考虑发电机饱和效应和电枢反应的模型，提高模型的精确度。 电力系统潮流模型与潮流控制：在深入理解稳态潮流的基础上，引入动态潮流的概念。我们将分析在系统动态过程中，电流、电压和功率的实时变化规律。在此基础上，介绍现代电力电子装置，如高压直流输电（HVDC）、柔性交流输电系统（FACTS）在潮流控制中的作用，以及它们如何影响系统的动态行为和稳定性。 电力系统小扰动稳定性分析：这是对系统在小的、线性的扰动下的响应进行分析。我们将详细介绍特征值分析法，通过求解特征方程来判断系统的稳定性。重点讲解阻尼振荡模态和振荡模态，以及如何通过系统参数调整和控制器设计来改善模态特性，抑制系统振荡。本书还将介绍线性二次型调节器（LQR）等现代控制理论在小扰动稳定性分析和控制中的应用。 电力系统大扰动稳定性分析：针对系统在发生较大的、非线性的扰动（如多机振荡、接地故障）时的响应进行分析。我们将重点讲解暂态能量函数法，分析系统在扰动过程中能量的变化，并利用能量函数的最小值来判断系统是否失去同步。此外，还将介绍其他数值仿真方法，如欧拉法、龙格-库塔法在求解非线性微分方程组中的应用。 第三部分：电力系统控制技术与稳定性增强 本部分是本书的核心，将详细阐述各种先进的控制技术，以增强电力系统的稳定性和运行性能。 先进的励磁系统控制：超越传统的AVR，深入研究复合型励磁控制、自适应励磁控制以及基于模型预测控制的励磁系统。我们将重点讲解励磁控制器如何通过改善发电机动态特性、提高暂态稳定性、抑制低频振荡以及改善电压稳定性。 基于电力电子的稳定性增强技术：这是现代电力系统控制的重点。我们将详细介绍： 静态无功补偿器（SVC）和统一潮流控制器（UPFC）：深入分析其工作原理、控制策略以及在提高系统电压稳定性和输电能力方面的作用。 高压直流输电（HVDC）：分析其在远距离输电、异步互联以及直流控制对交流系统稳定性的影响。 柔性直流输电（LCC-HVDC）：阐述其相对于传统HVDC的优势，以及其在系统稳定性控制方面的潜力。 风力发电机组和太阳能光伏发电接入对系统稳定性的影响及控制对策：重点研究间歇性电源的特性，以及如何通过风机/光伏变流器的控制策略来提供有功功率支撑、无功功率补偿以及阻尼控制，从而提高系统的整体稳定性。 低频振荡（LFO）的抑制：这是现代电力系统普遍面临的挑战。我们将深入分析低频振荡的产生机理，包括系统模态、阻尼特性以及外部扰动的影响。重点介绍阻尼控制器（PSS）的设计原理、参数整定方法以及其在抑制低频振荡方面的作用。本书还将探讨集中式阻尼控制器和分散式阻尼控制器在不同场景下的应用。 直流系统稳定性控制：随着直流输电在大规模应用，直流系统的稳定性也变得尤为重要。本书将分析直流系统（如MMC-HVDC）的控制策略，包括相控整流、逆变控制以及直流故障保护。 第四部分：面向未来的电力系统稳定与控制 本部分将展望电力系统稳定性与控制的未来发展方向，重点关注新兴技术和挑战。 大电网互联与稳定性：分析大区域电网互联带来的系统复杂性增加、故障传播范围扩大等问题。探讨如何通过区域协调控制、智能电网技术以及先进的通信和监测系统来确保大电网的稳定性。 智能电网与人工智能在电力系统稳定性中的应用：重点探讨大数据、机器学习、深度学习等技术在电力系统故障诊断、预警、自适应控制以及优化运行中的应用。例如，如何利用AI算法预测系统稳定性风险，并提前采取干预措施。 考虑新能源和储能的电力系统稳定性：随着新能源占比的提高和储能技术的发展，电力系统的惯量和同步特性发生变化。本书将分析储能系统（如电池储能、抽水蓄能）如何通过提供调频、调压、惯量响应等服务来增强系统稳定性。 网络安全与电力系统稳定性：探讨网络攻击对电力系统控制系统和稳定性的潜在威胁。分析如何加强电力系统的网络安全防护，以应对日益复杂的网络安全挑战。 本书特色 理论系统与工程实践相结合：本书在严谨的理论基础上，深入剖析实际工程中的问题和解决方案，力求理论与实践的有机统一。 前沿性与发展性：紧跟电力系统发展趋势，重点介绍新能源接入、智能电网、人工智能等领域在稳定性控制方面的最新进展。 模型精确与仿真工具：虽然不直接提供仿真软件的使用教程，但本书将详细阐述各种动力学模型的建立过程，为读者使用专业仿真软件（如MATLAB/Simulink, PSCAD/EMTDC, PSS/E等）进行深入分析提供理论支撑。 逻辑清晰与循序渐进：本书按照从基础到深入、从经典到前沿的逻辑顺序编排，便于读者逐步掌握电力系统稳定与控制的核心知识。 深入的数学推导与物理意义的解释：在给出数学模型和公式的同时，注重对物理意义的深入解读，帮助读者理解模型背后的本质。 本书适合高等院校电气工程、电力系统及其自动化、控制科学与工程等专业的本科高年级学生、研究生，以及从事电力系统规划、设计、运行、继电保护、科研和技术开发的工程师和科研人员阅读。通过阅读本书，读者将能够全面、深入地理解现代电力系统稳定性与控制的理论和技术，为应对电力系统发展带来的挑战提供有力的知识保障。

评分☆☆☆☆☆

我最近在整理手头的一些专业书籍，发现这本关于运动控制的教材在细节处理上非常到位，尤其体现在对实际工程问题的关注上。很多理论书籍往往只谈“理想情况”，但这本书在介绍完基本原理后，总会抛出一个“实际会遇到什么问题”的思考点。比如在讨论开关电源的脉宽调制（PWM）技术时，书中不仅给出了标准的正弦波调制方案，还深入分析了电压和电流谐波的产生机制及其对电机性能的影响，并提供了滤波器设计的初步思路，这对于我们这些希望将理论成果转化为实际产品的工程师来说，简直是太及时了。而且，书中选取的实例往往来源于工业现场的典型应用场景，像是起重机调速、轧钢机控制等，这使得书中的知识不再是抽象的符号堆砌，而是具有了鲜活的生命力，让人感觉手中拿的不是一本枯燥的教科书，而是一本实用的“问题解决手册”。作者在把握理论前沿的同时，没有忘记对工程实践的尊重，这使得本书的实用价值远超同类教材。

评分☆☆☆☆☆

这本教材的编写确实是下了一番功夫的，从整体的结构布局来看，它紧密围绕着电力拖动自动化领域的核心概念展开，兼顾了理论深度与工程实践的广度。书中对各个控制环节的数学模型建立过程描述得相当清晰，即便是初次接触这些复杂系统的新手，也能通过详细的推导步骤跟上作者的思路。尤其值得称道的是，作者并没有仅仅停留在公式的罗列上，而是非常注重从物理实际出发，解释了为什么需要引入某种特定的控制策略，例如，对于调速系统中的惯量、摩擦力等非线性因素的处理，书中就提供了多种近似和精确模型的对比分析，这对于理解控制系统的鲁棒性至关重要。再者，章节之间的逻辑衔接非常自然，从基础的电机特性分析，到经典的PID控制，再到现代的矢量控制和无传感器技术，形成了一个完整的知识体系，读者可以像爬楼梯一样，每一步都踏实有力，不会感到知识点之间的断裂感。整体来说，这本书为我们打下了一个非常坚实的基础，使得后续学习更高级的电力电子与运动控制技术时，能够做到融会贯通，而不是零散记忆。

评分☆☆☆☆☆

我必须强调一下，这本书的广度和深度是令人敬佩的。它不仅仅局限于传统的直流或交流调速系统，而是大刀阔斧地引入了当下最前沿的电力电子技术与控制理论的交汇点。书中对永磁同步电机（PMSM）的矢量控制策略进行了详尽的讨论，涵盖了从理论建模到实际电流环、速度环构筑的全过程，这一点在很多老旧的教材中是看不到的。同时，它也兼顾了必要的数学工具支撑，比如傅里叶分析在谐波分析中的应用、拉普拉斯变换在瞬态分析中的作用，都给予了足够的篇幅进行复习和强化，确保读者不会因为数学基础薄弱而掉队。这种“理论够用、实践跟进、面向未来”的编写思路，使得这本书不仅适合本科高年级学生作为专业课教材，更像是电气工程领域研究生的案头必备参考书，它为读者搭建了一个既能解决当下问题，又能面向未来技术发展的知识平台。

评分☆☆☆☆☆

如果从教学法的角度来审视，这本书在引导学生主动思考方面做得尤为出色。我注意到，很多关键概念的引入都采用了“问题驱动”的方式。例如，在介绍状态空间法时，作者并没有直接给出变换矩阵，而是先提出了传统传递函数法在处理多输入多输出（MIMO）系统时的局限性，迫使读者思考是否存在一种更通用的描述工具。这种循序渐进的引导，极大地激发了读者的求知欲和探索精神。更令人印象深刻的是，书中对于一些复杂算法的阐述，比如自适应控制或模糊逻辑控制，它不是直接抛出算法流程图，而是先用生活中的类比来解释核心思想，比如人耳对声音强弱的动态调整机制，再将这种机制映射到控制器的参数调整上。这种跨领域的类比能力，显示了作者深厚的学术功底和高超的教学艺术，使得原本晦涩难懂的现代控制理论变得平易近人，让学习过程充满乐趣和成就感。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图文并茂的呈现方式，极大地提升了阅读体验。在阅读技术类书籍时，清晰的结构和准确的图示至关重要，而本书在这方面做得几乎无可挑剔。插图的设计非常精妙，无论是电路拓扑图还是系统框图，都采用了统一的风格和符号体系，减少了读者在不同章节间切换时的认知负担。特别是一些动态过程的模拟图，线条流畅、标签清晰，让人一眼就能捕捉到系统各部分之间的能量流向和信号反馈路径。此外，书中的数学符号和公式排版也极为规范，几乎没有出现过印刷错误或格式混乱的情况，这在理工科教材中是难能可贵的。阅读过程中，我很少需要停下来去猜测某个符号的含义或重新描绘一个结构图，极大地保证了阅读的流畅性和对知识的准确理解，让人感受到出版方对专业质量的严格把控。