第1章緒論(1)

1.1機電繫統的組成(1)

1.2機電傳動控制的目的和任務(1)

1.3機電傳動控制的發展概況(2)

1.4課程的性質和任務(3)

1.5課程的內容安排(3)

第2章機電傳動繫統的動力學基礎(5)

2.1機電傳動繫統的運動方程式(5)

2.2負載轉矩和轉動慣量的折算(7)

2.2.1負載轉矩的折算(8)

2.2.2轉動慣量的折算(9)

2.2.3電動機轉矩和轉動慣量參數的選擇(9)

2.3機電傳動繫統的負載特性(10)

2.4機電傳動繫統穩定運行的條件(12)

2.5機電傳動繫統的過渡過程和動態特性(14)

2.5.1研究機電傳動繫統過渡過程的實際意義(14)

2.5.2機電傳動繫統的過渡過程和機電時間常數(14)

2.5.3機電時間常數的意義(16)

2.5.4加快機電傳動繫統過渡過程的方法(17)

習題與思考題(18)

第3章直流電機的工作原理及特性(20)

3.1直流電機的基本結構和工作原理(20)

3.1.1直流電機的基本結構(20)

3.1.2直流電機的基本工作原理(22)

3.1.3直流發電機(24)

3.2直流電動機的額定參數和銘牌數據(24)

3.3他勵直流電動機的機械特性(25)

3.3.1他勵直流電動機的基本結構(26)

3.4他勵直流電動機的啟動特性(29)

3.5他勵直流電動機的調速特性(31)

3.5.1改變電樞電路串接電阻(32)

3.5.2改變電動機電樞供電電壓(32)

3.5.3改變電動機主磁通(33)

3.6他勵直流電動機的制動特性(34)

3.6.1反饋制動(35)

3.6.2反接制動(37)

3.6.3能耗制動(39)

習題與思考題(40)

第4章交流電動機的工作原理及特性(43)

4.1三相異步電動機的結構和工作原理(43)

4.1.1三相異步電動機的基本結構(43)

4.1.2三相異步電動機的制造(45)

4.1.3三相異步電動機的旋轉磁場(45)

4.1.4三相異步電動機的工作原理(48)

4.2異步電動機的連接方式和額定參數(49)

4.2.1定子繞組的連接方式(49)

4.2.2三相異步電動機的額定參數(50)

4.2.3三相異步電動機的能流圖(51)

4.3三相異步電動機的轉矩與機械特性(52)

4.3.1三相異步電動機的定子電路和轉子電路(52)

4.3.2三相異步電動機的轉矩(55)

4.3.3三相異步電動機的機械特性(56)

4.4三相異步電動機的啟動特性(60)

4.4.1籠型異步電動機的啟動方法(60)

4.4.2繞線異步電動機的啟動方法(64)

4.5三相異步電動機的調速方法與特性(66)

4.5.1變極對數調速(66)

4.5.2變轉差率調速(68)

4.5.3變頻調速(69)

4.6三相異步電動機的制動特性(72)

4.6.1反饋制動(72)

4.6.2反接制動(72)

4.6.3能耗制動(73)

4.7單相異步電動機(74)

4.7.1單相異步電動機的磁場(75)

4.7.2單相異步電動機的啟動方法(76)

4.8同步電動機(77)

4.8.1同步電動機的基本結構(77)

4.8.2同步電動機的工作原理和特性(78)

4.8.3同步電動機的啟動(79)

習題與思考題(80)

第5章控制電動機(82)

5.1步進電動機(82)

5.1.1反應式步進電動機的結構與工作原理(82)

5.1.2混合式步進電動機的結構與工作原理(85)

5.1.3步進電動機的主要特性與性能指標(86)

5.1.4步進電動機的選型(89)

5.2直流有刷伺服電動機(89)

5.3直流無刷電動機(91)

5.4交流伺服電動機(94)

5.5旋轉直驅力矩電動機(96)

5.6直線電動機(97)

5.6.1直線電動機的類型及結構(97)

5.6.2交流永磁同步直線電動機(98)

習題與思考題(99)

第6章繼電器接觸器控制(101)

6.1常用低壓電器(101)

6.1.1低壓電器概述(101)

6.1.2主電路常用配電和保護電器(102)

6.1.3接觸器(108)

6.1.4控制回路常用繼電器(111)

6.1.5主令電器(116)

6.2繼電器接觸器控制電路原理圖的繪制(119)

6.2.1繼電器接觸器控制電路圖的形式(119)

6.2.2電氣原理圖的繪制原則(119)

6.2.3電氣原理圖繪制的計算機輔助工具(121)

6.3基於繼電器接觸器的異步電動機基本控制電路(121)

6.3.1異步電動機啟動控制電路(121)

6.3.2異步電動機的正反轉控制電路(124)

6.3.3異步電動機的制動控制電路(126)

6.3.4控制電路的其他基本環節(128)

6.3.5繼電器接觸器控制電路的基本保護(129)

習題與思考題(131)

第7章可編程控制器原理與應用(133)

7.1PLC的基本結構和工作原理(133)

7.1.1可編程控制器的發展與基本結構形式(133)

7.1.2可編程控制器的主要功能特點(136)

7.1.3可編程控制器的工作原理(136)

7.2可編程控制器的I/O接口和通信接口(137)

7.2.1可編程控制器的I/O接口(137)

7.2.2可編程控制器的通信和網絡接口(141)

7.3可編程控制器的軟件編程語言(141)

7.4小型可編程控制器的梯形圖編程(142)

7.4.1梯形圖基本編程(142)

7.4.2梯形圖編程的應用(148)

7.5基於IEC 611313標準的PLC軟件編程(153)

7.5.1IEC 611313軟件編程模型(153)

7.5.2基於IEC 611313標準的結構化文本編程(154)

7.5.3基於IEC 611313標準的功能塊編程(156)

7.5.4基於IEC 611313標準的順序功能流程圖編程(156)

7.5.5IEC 611313標準庫(157)

7.6PLC在機電傳動控制繫統設計的應用(158)

7.6.1PLC與機電傳動控制繫統的運動控制(158)

7.6.2PLC與機電傳動控制繫統的功能安全(159)

7.7PLC控制繫統設計流程(160)

7.7.1小型PLC控制繫統設計流程(160)

7.7.2復雜PLC控制繫統設計流程(163)

習題與思考題(164)

第8章電力電子技術基礎(166)

8.1電力電子器件(167)

8.1.1功率二極管(167)

8.1.2半控型電力電子器件(168)

8.1.3全控型電力電子器件(173)

8.1.4功率模塊(178)

8.2基於晶閘管的可控整流電路(179)

8.2.1單相半波可控整流電路(179)

8.2.2單相橋式可控整流電路(181)

8.2.3三相半波可控整流電路(186)

8.2.4三相橋式全控整流電路(189)

8.3無源逆變電路(192)

8.3.1IGBT無源逆變主電路(193)

8.3.2逆變器的PWM控制(200)

8.4有源逆變電路(203)

8.5直流斬波電路(205)

8.6電力電子器件的驅動和控制電路(209)

8.6.1晶閘管驅動電路(209)

8.6.2功率MOSFET和IGBT的柵極驅動電路(212)

習題與思考題(215)

第9章直流傳動控制繫統(217)

9.1直流調速繫統的功能概述(217)

9.2直流調速繫統的主要性能指標(219)

9.2.1靜態技術指標(219)

9.2.2動態技術指標(220)

9.3單閉環直流調速繫統的組成和靜態特性分析(221)

9.3.1單閉環直流調速繫統的組成(221)

9.3.2單閉環速度負反饋直流調速繫統的靜態特性(222)

9.3.3電流截止負反饋的作用(224)

9.4閉環直流調速繫統的動態分析和調節器設計(225)

9.4.1單閉環直流調速繫統的傳遞函數模型(225)

9.4.2采用比例調節器的有靜差單閉環直流調速繫統(226)

9.4.3采用比例積分調節器的無靜差單閉環直流調速繫統(227)

9.4.4轉速、電流雙閉環直流調速繫統(228)

9.5基於晶閘管的大功率直流電機調速裝置及應用(232)

9.5.1晶閘管直流調速裝置的主電路及四像限運行控制(232)

9.5.2晶閘管模擬直流調速裝置的組成(234)

9.5.3晶閘管數字化直流調速裝置的組成(234)

9.5.4晶閘管數字直流調速裝置的應用(236)

9.6直流脈寬調制調速繫統(237)

習題與思考題(239)

第10章交流傳動控制繫統(240)

10.1交流調速方法和裝置概述(240)

10.2基於交直交變頻器的三相異步電動機調速方法(242)

10.2.1V/f開環控制(242)

10.2.2矢量變頻閉環控制(244)

10.3交直交變頻器的結構原理(246)

10.4交直交變頻器的選型和應用(249)

10.4.1變頻器類型的選擇(249)

10.4.2變頻器容量的選擇(250)

10.4.3變頻器外圍設備的應用及注意事項(252)

10.5交交變頻器與同步電動機調速繫統(253)

習題與思考題(254)

第11章步進和伺服驅動繫統(256)

11.1步進電動機驅動控制和脈衝式定位控制(256)

11.1.1步進電動機驅動器的組成(256)

11.1.2步進電動機驅動器的數字控制(258)

11.1.3步進電動機及驅動器的定位控制應用(261)

11.2交流伺服驅動繫統(263)

11.2.1交流伺服驅動器結構原理(263)

11.2.2交流伺服驅動器接口(265)

11.2.3交流永磁同步伺服控制繫統的應用(266)

習題與思考題(268)

附錄A電機絕緣等級、防護等級、冷卻等級與電機工作制代碼含義(269)

附錄B常用電氣圖形符號(274)

參考文獻(278)

自本書第五版出版以來，數字制造和智能制造進入一個高速發展的時期，機電控制繫統這一傳統領域也發生著快速變革。本書的修訂工作，基於對機電控制如下的發展趨勢的理解：(1)電機及控制技術不斷革新，電機的性能和效率不斷提升，伺服電機和高性能變頻電機使用更為廣泛，各類直驅電機把電機和負載有機融為一體，運動控制的性能提升越來越依賴於電機、傳感、電力電子技術的綜合。傳統的電機在新的控制技術支持下性能進一步提升。(2)功能安全在工業中的重要性不斷提升，傳統低壓電器的綜合保護能力進一步提高，安全繼電器、安全PLC等的應用日益廣泛。(3)IGBT和功率MOSFET等主流電力電子器件不斷更新換代，功率密度不斷提升，模塊化設計簡化了應用難度，擴大了應用範圍。寬禁帶電力電子器件的發展將進一步提高電機控制的性能。(4)自動化軟件在機電繫統中發揮越來越重要的作用，PLC繫統不斷融合基於PC的控制技術，支持豐富的編程語言，提供基於模型的控制軟件設計方法，具備日益完善的運動控制功能庫，已成為機電裝備和自動化生產線的主要軟件平臺。根據技術的發展、廣大師生的教學反饋意見和我們近年來的教學實踐，第六版重點修訂的內容如下：第1章：補充了機電傳動控制近年來的發展趨勢。第2章到第4章：針對近年來高能效傳動電機標準的推廣和電機工藝的改進，做少量內容補充和文字訂正。第5章：補充了在實際中應用比較廣泛的兩相混合步進電動機，對交流伺服電動機和直驅電動機等內容進行了補充。第6章：基於新的國家標準對常用低壓電器及性能指標進行了補充，並增加安全繼電器等低壓電器的介紹、電氣CAD/CAE工具的發展等內容。第7章：補充了可編程控制器的*新發展，以及基於IEC611313的PLC編程語言和編程方法，基於PLC的運動控制和功能安全等內容。第8章：對電力電子器件近年來的發展做了補充介紹，對電力電子電路的數字化控制技術做了補充。第9章：增加了閉環直流調速繫統的傳遞函數模型和動態特性分析，並根據當前主流的數字化晶閘管調速裝置發展對原有的微型計算機控制的直流直流傳動繫統內容做了更新。第10章：重點講解交直交異步電動機變頻繫統，包括變頻器的結構原理，V/F開環控制模式和矢量控制模式原理，以及變頻調速繫統的選型和應用。對交交變頻調速和轉差調速等內容做了簡化。第11章：對步進電動機驅動控制部分，根據技術的發展做了相應更新，並增加了永磁同步電動機的伺服驅動器結構與原理等內容。本次修訂新增了配套電子資源，讀者可通過掃描二維碼了解相關擴展知識，更加直觀地瀏覽設備和裝置的三維結構、電路和繫統的輸入輸出信號動態波形等內容。本次修訂主要由陳冰、謝經明、袁楚明完成，具體分工為：謝經明負責修改第2章，袁楚明負責修改第3章、5.5節和6.3節，其他章節由陳冰修改，馮清秀、鄧星鐘、周祖德等審校全書，陳冰負責全書修訂的組織和定稿。許多使用本教材的師生提出了寶貴的修改意見，在此表示感謝。本次教材修訂得到了華中科技大學教務處、華中科技大學機械科學與工程學院、華中科技大學出版社等單位的支持，在此謹向上述單位表示衷心的感謝。限於編者水平，本次修訂內容一定還存在很多不足和錯誤，懇請讀者批評指正。編者2020年6月