控制電機及其應用(修訂版)（簡體書）

隨著電子技術的發展，控制電機在實際工程中的應用愈加廣泛，本書在汲取傳統的控制電機教材對原理講述清楚的基礎上增加了控制等內容。將新的控制技術與控制芯片相結合，以適應寬口徑複合型人才培養的需要。全書共分七章，第1章主要介紹直流伺服電動機、直流力矩電動機和無刷直流電動機的原理、結構、運行特性及控制；第2章主要介紹永磁同步伺服電動機的原理、結構及運行特性，重點講述永磁同步伺服電動機的控制技術；第3章重點介紹步進電動機的原理、結構及運行特性和單片機控制技術；第4、5兩章主要介紹旋轉變壓器和自整角機的原理、結構及應用；第6章的內容為開關磁阻電動機，重點介紹開關磁阻電動機系統的組成、原理、結構、運行特性及DSP控制技術和C語言例程；第7章的內容為直線電機，主要介紹直線電機的原理、結構及應用。同時，在各章的後面附有一定數量的思考與練習題，供複習與練習使用。．

《普通高等教育"十二五"規劃教材?電氣工程、自動化專業規劃教材:控制電機及其應用(修訂版)》可作為電氣工程及其自動化、自動化、儀表及檢測技術、機電一體化等本科專業的教材和參考書，也可供從事相關行業的技術人員學習參考。

第1章直流伺服電動機
1.1直流伺服電動機
1.1.1結構和分類
1.1.2運行原理
1.1.3直流伺服電動機的應用
1.2無刷直流電動機
1.2.1無刷直流電動機的結構與組成
1.2.2無刷直流電動機的控制方法
1.2.3無刷直流電動機的運行特性
1.2.4無刷直流電動機的應用
1.3直流力矩電動機
1.3.1直流力矩電動機的結構與特點
1.3.2運行原理與特性
1.3.3直流力矩電動機性能特點
思考與練習一
第2章永磁伺服電動機
2.1永磁同步伺服電動機
2.1.1結構與分類
2.1.2運行原理及分析
2.2永磁同步伺服電動機的控制
2.2.1三相永磁同步伺服電動機在靜止ABC坐標系中的參數
2.2.2逆變器機電能量變換裝置的坐標變換
2.2.3逆變器機電能量變換裝置電壓方程的坐標變換
2.2.4無轉子阻尼繞組的三相永磁同步伺服電動機的電磁轉矩
2.2.5基于統一模型電動機方法的三相永磁同步伺服電動機動態方程
2.3三相永磁同步伺服電動機的基本控制方法
2.3.1位置環的控制策略
2.3.2速度環的控制策略
2.3.3電流環的控制模型
2.3.4電流環的PID控制
2.3.5三相永磁同步伺服電動機的三閉環控制系統
2.4三相永磁同步伺服逆變器的空間正弦SVPWM技術
2.4.1直角坐標系二電平廣義逆變器空間電壓矢量SVPWM波
2.4.2直角坐標系的SVPWM的基本概念
2.4.3電壓幅值的歸一化
2.4.4電壓矢量的分區
2.4.5基于LF2812DSP的SVPWM波的產生
2.5三相永磁同步伺服電動機的DSP控制電路
2.5.1控制器的硬件組成
2.5.2電磁兼容設計
思考與練習二
第3章步進電動機
3.1步進電動機的工作原理
3.1.1反應式步進電動機的工作原理
3.1.2運行方式
3.1.3小步距角步進電動機
3.1.4反應式步進電動機的結構
3.1.5其他形式的步進電動機
3.2反應式步進電動機的運行特性
3.2.1反應式步進電動機的靜態特性
3.2.2反應式步進電動機的動態特性
3.2.3連續脈沖運行
3.3步進電動機主要性能指標
3.4驅動電源
3.4.1驅動電源組成及作用
3.4.2驅動電源的分類
3.5步進電動機的微處理器控制
3.5.1并行控制
3.5.2串行控制
3.5.3步進電動機轉速控制
3.5.4加減速定位控制
3.5.5步進電動機的其他控制
思考與練習三
第4章旋轉變壓器
4.1旋轉變壓器的結構和工作原理
4.1.1旋轉變壓器的結構
4.1.2旋轉變壓器的工作原理
4.1.3旋轉變壓器的負載運行
4.1.4一次側補償的旋轉變壓器
4.1.5二次側補償的旋轉變壓器
4.1.6旋轉變壓器的技術指標
4.2線性旋轉變壓器
4.2.1一次側補償的線性旋轉變壓器
4.2.2二次側補償的線性旋轉變壓器
4.2.3比例式旋轉變壓器
4.3數字式旋轉變壓器
4.3.1數字式旋轉變壓器簡介
4.3.2AD2S83芯片簡介
4.3.3AD2S83芯片外圍電路
4.3.4AD2S83工作過程
4.4旋轉變壓器的應用
4.4.1矢量分解運算
4.4.2反正弦函數運算
4.4.3乘法運算
4.4.4除法運算
思考與練習四
第5章自整角機
5.1力矩式自整角機的結構和工作原理
5.1.1力矩式自整角機的結構
5.1.2力矩式自整角機的工作原理
5.1.3力矩式自整角機的磁勢特點
5.1.4力矩式自整角機的轉矩分析
5.1.5力矩式自整角機的主要技術指標
5.2控制式自整角機的結構和工作原理
5.2.1控制式自整角機的結構
5.2.2控制式自整角機的工作原理
5.2.3差動式自整角機
5.2.4控制式自整角機的主要技術指標
5.3數字式自整角機
5.3.1SDC1740芯片簡介
5.3.2SDC1740芯片工作原理
5.4自整角機的應用
5.4.1液面位置指示器
5.4.2艦船雷達方位指示
思考與練習五
第6章開關磁阻電動機及其控制
6.1開關磁阻電動機傳動系統
6.1.1開關磁阻電動機傳動系統的組成
6.1.2開關磁阻電動機的工作原理
6.1.3開關磁阻電動機傳動系統的特點
6.2開關磁阻電動機的基本電磁關系
6.2.1理想開關磁阻電動機的基本電磁關系
6.2.2實際開關磁阻電動機的物理狀態
6.2.3開關磁阻電動機的數學模型
6.3開關磁阻電動機的運行狀態及控制方式
6.3.1開關磁阻電動機的運行特性
6.3.2開關磁阻電動機的啟動運行
6.3.3開關磁阻電動機的穩態運行
6.3.4開關磁阻電動機的制動運行
6.3.5開關磁阻電動機運行時的轉矩脈動與噪聲
6.4開關磁阻電動機傳動系統的控制
6.4.1SRD控制系統結構及算法
6.4.2功率變換器
6.4.3信號檢測
6.5開關磁阻電動機的DSP控制
思考與練習六
第7章直線電動機
7.1直線感應電動機的結構與原理
7.1.1直線電動機的原理
7.1.2直線電動機的結構與分類
7.2直線感應電動機的分析
7.2.1直線感應電動機縱向邊緣效應
7.2.2直線感應電動機的橫向邊緣效應
7.3其他直線電動機
7.3.1直線直流電動機
7.3.2直線自整角機
7.3.3直線和平面步進電動機
7.4直線感應電動機的應用
7.4.1直線感應電動機的應用原則
7.4.2直線感應電動機的應用情況
思考與練習七
附錄A信號檢測與轉換
A.1電流和電壓的檢測
A.1.1電流的檢測
A.1.2電壓的檢測
A.2位置檢測
A.2.1絕對式旋轉編碼器
A.2.2增量式旋轉編碼器
A.2.3光電編碼盤與單片機的接口
A.2.4增量式旋轉編碼器與TMS320F2812的接口
A.3速度檢測
A.3.1用測速發電動機測速
A.3.2用光電旋轉編碼器測速
附錄B數字PID控制算法與數字濾波技術
B.1數字PID控制算法
B.1.1模擬PID控制原理
B.1.2數字PID控制算法
B.1.3數字PID的改進算法
B.1.4數字PID控制器的參數選擇和采樣周期的選擇
B.2數字濾波技術
B.2.1算數平均值法
B.2.2移動平均濾波法
B.2.3防脈沖干擾平均值法
B.2.4數字低通濾波法
參考文獻

第4章旋轉變壓器
本章主要介紹各種典型的旋轉變壓器的結構、工作原理和使用方法。
主要內容
旋轉變壓器的結構和工作原理
線性旋轉變壓器
數字式旋轉變壓器
旋轉變壓器的應用
知識重點
本章重點為旋轉變壓器的結構和工作原理；線性旋轉變壓器工作原理；一次側補償、二次側補償；數字式旋轉變壓器的常用控制芯片。
旋轉變壓器是測量機械轉角的控制電動機。旋轉變壓器的輸出電壓與轉子轉角具有一定的函數關系，根據具體的設計方法，可以獲得正弦關系、余弦關系或線性關系等函數關系。在控制系統中可以用做檢測元件、坐標變換、三角運算等。
這種控制電動機在工作狀態中，實質是一臺變壓器。旋轉變壓器的定子通常作為原邊，或者一次側，輸入單相交流電壓。旋轉變壓器的轉子通常作為副邊，或者二次側，輸出單相交流電壓。原邊和副邊的電磁耦合程度，由轉子相對于定子的旋轉角度決定。改變轉子的轉角，也就改變了原邊和副邊的電磁耦合程度，最終導致輸出單相交流電壓的幅值發生變化。通過觀察輸出的單相交流電壓的幅值的變化，就可以得知轉角的變化。因此把這種控制電動機稱為旋轉變壓器。
旋轉變壓器的轉子繞組一般有兩套：一套繞組的輸出電壓與轉子轉角成正弦函數關系；另一套繞組的輸出電壓與轉子轉角成余弦函數關系；這種旋轉變壓器稱為正余弦旋轉變壓器，是旋轉變壓器的最基本的形式，旋轉變壓器默認是指正余弦旋轉變壓器。
通過對正余弦旋轉變壓器進行改造，例如，對于定子繞組和轉子繞組采用不同的連接方式，選擇不同的參數，就可以使輸出電壓與轉子轉角具有線性函數關系。具有這種特性的變壓器稱為線性旋轉變壓器。線性旋轉變壓器只能做到在一定的工作轉角范圍內成線性關系，典型工作轉角范圍在±60゜之內。
通過對正余弦旋轉變壓器進行另一種形式的改造，即增加一個調整和鎖緊轉子位置的裝置，可以得到比例式旋轉變壓器，輸出電壓僅是輸入電壓的若干倍。
旋轉變壓器還有其他分類的方法。若按有無電刷和滑環之間的滑動接觸來分，可分為接觸式和無接觸式兩種，默認情況是接觸式旋轉變壓器。在無接觸式中又可再細分為有限轉角和無限轉角兩種。若按電動機的極對數多少來分，又可分為單極對和多極對兩種。默認情況是指單極對旋轉變壓器。
4.1 旋轉變壓器的結構和工作原理
旋轉變壓器的結構可以分為定子和轉子兩大部分。旋轉變壓器的原理可以按空載和負載
4.1.1 旋轉變壓器的結構
旋轉變壓器的典型結構，如圖4-1所示。
旋轉變壓器可以分為定子和轉子兩大部分。每一大部分又有自己的電磁部分和機械部分。電刷固定在后端蓋上和滑環摩擦接觸。這樣轉子繞組引出線就經過滑環和電刷而接到固定的接線柱上。對于比例式旋轉變壓器，由于轉子已經被鎖緊到一定角度，所以一般是用軟導線直接將轉子繞組接到固定的接線柱上。這樣可以省去滑環（又叫集電環）和電刷裝置，使結構簡單。對于普通旋轉變壓器，即正余弦旋轉變壓器，則需要滑環和電刷裝置，電刷及滑環材料采用金屬合金，以提高接觸的可靠性及壽命。