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序1

前言1

本卷前言1

第1篇 概论1

第1章 概述3

1 电气自动化系统及其结构3

1.1 电气自动化系统3

1.2 两类电气自动化系统3

1.3 电气传动自动化系统结构3

1.4 数据通信和网络4

1.5 电气传动、电力电子和数字控制5

2 本卷内容概述5

第2章 技术标准6

1 电气传动系统与设备的现行标准体系6

1.1 电气传动系统与设备专业的标准体系6

1.2 电气传动系统与设备的国际标准体系7

1.3 常用的国内外技术标准对照简况7

2 电气控制设备8

2.1 范围8

2.2 技术要求8

2.3 主要试验8

3 交流电动机电力电子软起动装置8

3.1 范围8

3.2 技术要求8

3.3 主要试验9

4 低压直流调速电气传动系统9

4.1 范围9

4.2 技术要求9

4.3 专门试验9

5 低压交流变频电气传动系统9

5.1 范围9

5.2 技术要求10

5.3 专门试验10

6 1～35kV交流调速电气传动系统10

6.1 范围10

6.2 技术要求10

6.3 主要试验项目10

7 调速电气传动系统的电磁兼容10

7.1 范围10

7.2 技术要求11

8 调速电气传动系统的安全要求11

8.1 范围11

8.2 技术要求11

9 调速电气传动系统带负荷运行和对应额定电流形式的选择11

9.1 范围11

9.2 技术要求11

10 船用电气传动控制设备11

11 热带用电气传动控制设备11

11.1 气候防护类型及使用环境条件11

11.2 热带电工产品环境的技术要求12

11.3 热带电工产品的结构与设计简要要求12

11.4 材料的选用简要要求12

11.5 工艺防护简要要求12

12 电工电子产品的产品认证12

12.1 产品质量认证的三个层级12

12.2 合格认证和安全认证12

12.3 自愿性认证和强制性认证12

12.4 质量认证的基本原则12

12.5 我国产品认证概况13

12.6 中国强制性产品认证的基本环节13

12.7 申请产品认证需提供的主要技术资料13

附表：常用标准目录13

第3章 电磁兼容性与可靠性21

1 电磁兼容性概述21

1.1 静电放电21

1.2 辐射电磁场23

1.3 电快速瞬变脉冲群23

2 抗干扰技术25

2.1 抗干扰设计的基本原则25

2.2 噪声的分类25

2.3 噪声的传递方式26

2.4 抗干扰的基本措施27

2.5 抗干扰设计的检查细则27

3 常见噪声的抑制28

3.1 电网噪声的抑制28

3.2 直流电源噪声的抑制32

3.3 静电放电噪声的抑制33

3.4 模拟电路噪声的抑制33

3.5 数字电路的抗干扰设计35

4 设备安装的抗干扰技术37

4.1 设备的内部装配要求37

4.2 设备的外部安装要求37

4.3 系统的接地技术37

5 可靠性40

5.1 可靠性的定义40

5.2 可靠性的指标41

5.3 系统可靠性的预计43

5.4 冗余系统46

5.5 提高设备可靠性的措施47

参考文献49

第2篇 电气自动控制策略51

第1章 概论53

1 自动控制的基本原理53

1.1 控制系统实例53

1.2 控制系统框图54

2 自动控制系统的分类54

2.1 基于系统的控制结构分类54

2.2 基于传输信号的性质分类55

2.3 基于输入信号的变化规律分类55

2.4 基于系统的数学模型分类55

2.5 其他分类方法55

3 对控制系统的基本要求56

3.1 稳定性56

3.2 动态性能56

3.3 稳态性能56

4 自动控制理论的发展56

4.1 经典控制理论57

4.2 现代控制理论57

4.3 大系统理论57

4.4 智能控制57

第2章 自动控制系统的建模58

1 导论58

1.1 数学模型58

1.2 系统建模58

2 控制系统的微分方程58

2.1 微分方程的建立58

2.2 非线性方程的线性化61

3 控制系统的传递函数62

3.1 传递函数的概念及性质63

3.2 典型环节的开环传递函数64

3.3 控制系统的结构图65

3.4 控制系统的闭环传递函数69

4 控制系统的频率特性70

4.1 频率特性的概念70

4.2 开环频率特性71

4.3 闭环频率特性80

5 采样控制系统的数学模型85

5.1 采样过程及其信号恢复85

5.2 z变换88

5.3 脉冲传递函数91

6 控制系统的状态空间模型93

6.1 状态空间和状态方程93

6.2 控制系统状态空间表达式的建立94

第3章 自动控制系统的性能分析99

1 控制系统的瞬态响应及性能指标99

1.1 系统基本概念99

1.2 二阶系统的瞬态响应及性能指标99

1.3 添加零点对二阶规范系统瞬态特性的影响104

2 反馈控制系统的稳态误差106

2.1 稳态误差的概念及计算106

2.2 主扰动输入引起的稳态误差110

2.3 降低稳态误差问题112

3 控制系统的稳定性分析113

3.1 劳斯-赫尔维茨稳定性判据113

3.2 奈奎斯特稳定判据114

3.3 采样系统的稳定性分析115

3.4 李雅普诺夫稳定性理论116

第4章 基于经典控制理论的自动控制系统设计119

1 校正与综合的概念119

1.1 校正的基本方式119

1.2 串联校正的基本控制规律120

2 频率法校正122

2.1 串联超前校正122

2.2 串联滞后校正123

2.3 串联滞后—超前校正123

2.4 期望频率特性法校正123

3 根轨迹法校正125

3.1 串联超前校正125

3.2 串联滞后校正126

3.3 并联校正126

4 PID控制器127

4.1 PID控制器的概念127

4.2 PID控制器参数的工程整定方法128

4.3 采样系统的校正128

第5章 基于状态空间模型的自动控制系统分析与设计131

1 线性系统的运动分析131

1.1 线性定常连续系统状态方程的解131

1.2 线性时变连续系统状态方程的解132

1.3 线性离散系统的运动分析133

2 线性系统的能控性与能观性分析134

2.1 线性系统的能控性分析134

2.2 线性系统的能观性分析135

2.3 对偶系统与对偶性原理137

2.4 能控标准形与能观标准形137

2.5 系统能控性、能观性与传递函数（矩阵）139

2.6 线性系统的结构分解139

3 线性定常系统的综合141

3.1 系统的综合问题141

3.2 状态反馈及极点配置141

3.3 系统镇定问题144

3.4 系统渐近跟踪问题146

3.5 系统解耦控制问题147

3.6 状态重构问题与状态观测器151

3.7 引入状态观测器的状态反馈控制系统153

3.8 线性二次型最优控制154

第6章 智能控制158

1 智能控制概述158

1.1 智能控制的发展历史与现状158

1.2 智能控制与传统控制的关系159

1.3 智能控制的主要内容与当前的研究热点159

2 模糊控制160

2.1 模糊关系及其模糊推理160

2.2 模糊控制系统原理163

2.3 模糊控制器设计164

2.4 模糊控制应用示例166

3 神经网络控制168

3.1 神经网络基本概念及学习算法168

3.2 常用神经网络及学习算法169

3.3 神经网络智能PID参数最优控制173

3.4 液位系统实时控制示例175

4 仿人智能控制176

4.1 专家控制176

4.2 仿人智能控制的原理178

4.3 仿人比例控制算法178

4.4 仿人智能积分控制算法178

5 遗传算法179

5.1 遗传算法的基本原理179

5.2 遗传算法的特点180

5.3 遗传算法的构成要素180

5.4 遗传算法在控制器参数整定中的应用181

5.5 应用示例181

第7章 非线性系统控制与先进控制技术183

1 导论183

1.1 非线性系统的复杂性及特征183

1.2 非线性系统控制的经典方法及局限性183

1.3 非线性系统控制技术的新发展及存在的问题184

2 经典控制理论中的非线性系统分析与控制185

2.1 描述函数法185

2.2 相平面法188

3 反馈线性化控制191

3.1 非线性系统精确线性化方法192

3.2 非线性系统的近似线性化方法193

3.3 应用实例194

4 预测控制196

4.1 预测控制基本原理196

4.2 动态矩阵预测控制197

4.3 应用实例199

5 滑模变结构控制200

5.1 滑模变结构控制的基本概念200

5.2 滑模变结构控制的数学描述201

5.3 不确定系统的滑模变结构控制202

5.4 应用实例202

6 鲁棒控制203

6.1 稳定鲁棒性204

6.2 基于频域的鲁棒控制205

6.3 基于线性矩阵不等式的鲁棒控制206

6.4 应用实例206

参考文献208

第3篇 计算机控制技术209

第1章 绪论211

1 计算机与计算机控制系统211

1.1 计算机技术的发展211

1.2 计算机控制系统211

2 计算机控制系统组成与特点213

2.1 计算机控制系统基本结构213

2.2 数字控制器与控制计算机213

2.3 计算机控制系统的特点214

3 计算机控制系统的开发215

4 计算机控制技术与本篇章节安排215

第2章 控制计算机与处理器216

1 概述216

2 工业控制计算机（IPC）216

2.1 IPC组成及特点216

2.2 CPU模板217

2.3 I/O模板217

3 微控制器220

3.1 8位微控制器220

3.2 16位微控制器225

3.3 MCU的中断技术226

4 DSP控制器229

4.1 概述229

4.2 DSP结构与工作原理232

4.3 DSP的中断技术238

5 嵌入式微处理器245

5.1 概述245

5.2 ARM的体系结构247

5.3 ARM基本编程模型249

5.4 其他嵌入式微处理器251

6 多处理器与总线控制253

6.1 概述253

6.2 总线控制与仲裁253

6.3 基于共享存储器的多处理器结构254

6.4 基于SPI总线的多处理器结构256

6.5 基于I2C总线的多处理器结构256

7 数据保护与人机接口257

7.1 电源电压监视257

7.2 存储器与数据保护257

7.3 人机接口（MMI）258

第3章 总线与通信接口263

1 总线及其分类263

1.1 总线的概念263

1.2 总线的分类263

2 并行总线264

2.1 并行总线的基本特性264

2.2 总线与总线信号266

2.3 典型总线的接口方式268

3 串行通信270

3.1 通信的基本概念270

3.2 异步串行通信271

3.3 同步串行通信271

3.4 通信控制器272

4 串行总线接口273

4.1 串行总线及其分类273

4.2 串行总线接口标准274

第4章 计算机输入/输出接口技术281

1 开关量输入接口技术281

1.1 开关量输入信号281

1.2 开关量输入接口电路281

2 开关量输出接口技术282

2.1 开关量输出接口的功能282

2.2 开关量输出接口电路282

3 开关量I/O隔离与保护283

3.1 光电耦合器件283

3.2 大功率开关量输入接口电路284

3.3 典型开关量输出接口电路284

3.4 继电器型开关量输出接口电路284

3.5 双向晶闸管隔离驱动电路284

3.6 远距离信号的隔离传送284

4 模拟量输入接口技术284

4.1 A/D转换器的主要技术指标285

4.2 A/D转换的方法和原理285

4.3 A/D转换集成芯片的选择要点286

4.4 A/D转换器与微机系统的连接287

4.5 典型A/D转换器简介287

4.6 电压/频率型A/D转换器289

4.7 多路模拟开关及采样保持电路289

5 模拟量输出接口技术290

5.1 D/A转换器的主要技术指标290

5.2 D/A转换的方法和原理291

5.3 D/A转换集成芯片的选择要点291

5.4 D/A转换器与微机系统的连接292

5.5 多路数字量的转换293

5.6 典型D/A转换器简介293

6 模拟量调理与功率放大294

6.1 模拟量输入信号的滤波294

6.2 模拟量放大技术296

7 模拟量隔离技术298

7.1 电磁耦合隔离放大器298

7.2 光耦合隔离放大器299

第5章 系统软件与控制软件301

1 概述301

1.1 软件与控制系统301

1.2 控制计算机软件的分类302

2 实时系统与实时软件303

2.1 实时系统及其特点303

2.2 实时系统的性能303

2.3 实时系统的特征304

2.4 实时操作系统RTOS304

2.5 编程语言与实时软件306

2.6 实时控制与软件307

3 系统软件与控制软件结构307

3.1 简单应用系统的软件结构307

3.2 控制软件的中断机制308

3.3 复杂应用系统的软件结构308

3.4 基于客户端/服务器（C/S）模式的结构309

4 实时软件任务调度310

4.1 实时任务与线程310

4.2 实时控制软件中的任务调度310

4.3 实时系统中的任务同步与通信310

5 控制与处理软件310

5.1 基本要素310

5.2 输入信号转换与离散化311

5.3 信号输入预处理312

5.4 常用数字滤波313

5.5 输入异常监测报警313

5.6 输出信号处理313

6 常规数字控制算法314

6.1 控制运算概述314

6.2 数字PID及其改进算法314

6.3 软件控制模块的典型结构316

6.4 常用算法模块316

6.5 控制参数整定317

7 高级控制技术318

7.1 自整定PID318

7.2 模糊逻辑控制319

7.3 多模块的软连接与回路切换320

8 系统组态与组态软件321

8.1 控制组态321

8.2 监控组态323

8.3 组态软件与系统生成324

9 实时数据库技术326

9.1 实时数据库的定义326

9.2 实时数据库体系结构326

9.3 实时数据库访问与管理327

10 实时多任务控制软件328

10.1 MS-DOS操作系统下的任务调度328

1O.2 基于中断技术的实时控制软件任务分配328

10.3 基于RTOS的实时控制软件329

10.4 基于MS-Windows的准实时软件330

1O.5 实时控制软件的故障监测330

11 实时控制软件分析设计方法330

11.1 软件生命周期330

11.2 软件分析设计方法331

11.3 面向对象的程序设计331

11.4 基于构件技术的程序设计332

12 实时控制软件开发332

12.1 目标定义与可行性研究333

12.2 需求分析333

12.3 计算机控制系统软件的设计333

12.4 编码与测试334

12.5 任务与系统集成334

12.6 软件应用与系统测试334

12.7 软件系统维护334

第6章 基本控制单元335

1 基本控制单元及其特点335

2 多功能控制器335

2.1 多功能控制器原理与发展336

2.2 面向DCS的多功能控制器336

2.3 多功能控制器的应用337

3 可编程逻辑控制器PLC339

3.1 PLC简介339

3.2 PLC系统基本原理341

3.3 PLC系统应用编程345

4 嵌入式控制单元350

4.1 采用微控制器的控制单元350

4.2 采用DSP控制器的控制单元352

4.3 采用嵌入式系统的控制单元356

5 可编程自动控制器PAC358

5.1 概述358

5.2 可编程自动控制器PAC定义358

5.3 PAC的特点358

5.4 PAC硬件的两种结构358

第7章 分布式控制系统359

1 工业控制网络概述359

1.1 工业控制网络的特点359

1.2 工业控制网络的基本要素359

1.3 开放系统互连参考模型359

1.4 DCS与FCS362

2 现场通信总线与DCS组网362

2.1 长线收发器362

2.2 调制解调器363

2.3 DCS组网364

3 基于自组网（Ad-hoc）技术的分布式控制系统365

3.1 中低速现场通信系统365

3.2 基于工业以太网的控制系统368

4 现场总线及其电气自动化系统368

4.1 现场总线概述368

4.2 典型现场总线—控制器局域网总线CAN370

4.3 典型过程现场总线Profbus373

4.4 基金会现场总线FF377

5 分布式电气自动化应用系统382

5.1 基于工业以太网的电气自动化应用系统382

5.2 典型DCS控制系统384

5.3 现场总线控制系统应用386

第8章 互联网技术在计算机控制系统中的应用388

1 互联网及其接入388

1.1 局域网与互联网388

1.2 互联网协议389

1.3 常见互联网接人方式390

1.4 互联网交换技术390

1.5 互联网路由技术391

2 基于互联网技术的控制系统结构与特点391

2.1 客户机/服务器模式391

2.2 浏览器/服务器模式391

2.3 基于互联网的测控系统数据交换392

2.4 基于互联网的数据传输393

2.5 互联网控制的网络延迟393

3 基于互联网的控制系统394

3.1 网络化远程控制394

3.2 控制数据的互联网发布394

3.3 面向互联网的SNMP设备远程监控395

3.4 面向互联网的远程视频监控396

第9章 计算机控制系统中的可靠性技术398

1 可靠性的基本概念398

2 软件可靠性设计398

2.1 软件容错技术398

2.2 编码检错技术399

2.3 数字滤波技术399

2.4 故障自诊断技术400

3 硬件可靠性设计400

3.1 硬件可靠性及提高400

3.2 单元可靠性设计401

4 控制系统的可靠性设计402

4.1 可靠性保障的解决方法402

4.2 双工结构与工作流程402

4.3 双工控制系统的设计与实现402

4.4 功能分布式下的多机系统冗余设计403

参考文献405

第4篇 电气传动控制系统407

第1章 电气传动基础409

1 电气传动系统的结构与组成409

1.1 电气传动系统的基本结构409

1.2 电气传动系统的组成与分类409

1.3 电气传动系统的基本问题410

2 电动机与负载的机械特性和运行状态410

2.1 直流电动机的机械特性410

2.2 交流电动机的机械特性411

2.3 生产机械的负载类型及机械特性412

2.4 电动机与负载特性的匹配413

2.5 电动机的各种运行状态413

3 电气传动系统的动力学415

3.1 电气传动系统的运动方程415

3.2 电气传动系统的稳定条件416

3.3 电气传动系统的过渡过程416

4 电动机的发热与冷却规律和容量选择417

4.1 电动机的能量损耗与发热417

4.2 电气传动系统的工作制418

4.3 复杂传动机构的转矩与功率折算419

4.4 电动机的选择420

5 典型生产机械的工艺要求及其电气传动422

5.1 电气传动的应用范围422

5.2 风机和泵类设备422

5.3 调速控制类423

5.4 多电动机协调控制类423

5.5 伺服（随动）类423

5.6 张力控制类423

5.7 升降控制类423

5.8 牵引推进类423

第2章 直流电动机调速系统425

1 直流电动机调速系统的类型和指标425

1.1 直流电动机调速系统的类型425

1.2 调速系统指标427

2 转速单闭环控制的直流调速系统428

2.1 系统的组成和静态性能428

2.2 动态性能429

2.3 无静差直流调速系统429

2.4 限流保护429

3 转速、电流双闭环直流调速系统430

3.1 系统的组成和静态性能430

3.2 动态性能430

4 可逆直流调速系统431

4.1 可逆直流脉宽调速系统431

4.2 晶闸管相控可逆直流调速系统431

5 弱磁控制的直流调速系统433

5.1 调压与弱磁配合控制433

5.2 非独立控制励磁直流调速系统433

5.3 弱磁过程中直流调速系统的动态数学模型和转速调节器设计433

6 模拟控制和数字控制434

6.1 模拟控制系统434

6.2 数字控制系统434

7 调速系统中的信号检测436

7.1 连续的模拟量检测436

7.2 数字量的检测436

第3章 交流异步电动机调速系统439

1 交流异步电动机调速系统的分类439

1.1 按用途分类439

1.2 按转差功率分类439

2 转差功率消耗型变压调速系统439

2.1 异步电动机变压调速系统的主电路及机械特性439

2.2 闭环控制的异步电动机变压调速系统440

2.3 在软起动器和轻载减压节能中的应用440

3 转差功率馈送型绕线转子异步电动机调速系统441

3.1 绕线转子异步电动机串级调速系统441

3.2 绕线转子异步电动机双馈调速系统445

4 转差功率不变型变压变频调速系统447

4.1 转速开环变压变频调速系统447

4.2 转速闭环转差频率控制调速系统448

5 异步电动机的动态数学模型和坐标变换449

5.1 坐标变换449

5.2 异步电动机的动态数学模型451

6 异步电动机矢量控制系统455

6.1 矢量控制系统的基本原理455

6.2 转差型间接矢量控制系统458

6.3 磁链闭环直接矢量控制系统459

7 异步电动机直接转矩控制系统461

7.1 直接转矩控制原理461

7.2 磁链和转矩的控制性能462

7.3 全数字化直接转矩控制系统464

8 无速度传感器异步电动机调速系统467

8.1 基于电动机模型的直接计算法468

8.2 基于闭环控制作用的自适应控制法469

8.3 利用电动机特征的谐波信号处理法471

9 异步电动机调速系统的非线性控制和智能控制472

9.1 异步电动机的非线性控制472

9.2 异步电动机的智能控制475

第4章 交流同步电动机调速系统479

1 交流同步电动机调速的优点和类型479

1.1 交流同步电动机的类型479

1.2 交流同步电动机与直流电动机、异步电动机的比较479

1.3 交流同步电动机调速系统的类型480

2 交流同步电动机的数学模型481

2.1 交流同步电动机在dq坐标系上的数学模型481

2.2 同步电动机的时空矢量图482

2.3 同步电动机的动态参数483

3 负载换流同步电动机变频调速系统484

3.1 负载换流同步电动机调速系统的工作原理484

3.2 负载换流同步电动机的基本关系485

3.3 负载换流同步电动机调速控制486

4 转子励磁同步电动机调速系统487

4.1 交流同步电动机磁场定向控制原理488

4.2 交流同步电动机磁场定向控制系统491

4.3 交流同步电动机直接转矩控制系统493

5 永磁同步电动机调速系统495

5.1 永磁同步电动机495

5.2 永磁同步电动机的数学模型496

5.3 永磁同步电动机的控制策略497

5.4 永磁同步电动机控制系统499

5.5 永磁同步电动机的自控式变频调速系统501

6 开关磁阻电动机调速系统502

6.1 开关磁阻电动机调速系统的工作原理502

6.2 开关磁阻电动机基本关系分析503

6.3 开关磁阻电动机控制系统504

第5章 伺服系统（随动系统）507

1 伺服系统的特征、分类和结构507

1.1 伺服系统的特征507

1.2 伺服系统的分类507

1.3 伺服系统的结构507

2 伺服系统的主要组成部分507

2.1 位置反馈装置508

2.2 执行电动机512

2.3 功率放大装置512

3 伺服系统的性能指标512

3.1 稳态性能指标513

3.2 动态性能指标513

4 伺服系统的设计513

4.1 伺服系统的稳态设计513

4.2 伺服系统的动态设计515

4.3 伺服系统的复合控制519

4.4 现代控制理论在伺服系统设计中的应用520

第6章 电气传动控制系统调节器的工程设计方法525

1 典型系统525

1.1 典型Ⅰ型系统525

1.2 典型Ⅱ型系统525

2 典型系统性能指标与参数的关系526

2.1 典型Ⅰ系统性能指标与参数的关系526

2.2 典型Ⅱ型系统性能指标与参数的关系527

3 非典型系统的典型化528

3.1 控制对象传递函数的近似处理528

3.2 调节器结构的选择529

4 直流调速系统设计举例529

4.1 电流调节器的设计529

4.2 转速调节器的设计530

4.3 转速退饱和超调量的计算531

4.4 对转速超调的抑制—转速微分负反馈531

5 交流调速系统设计举例532

5.1 转速调节器的设计532

5.2 磁链调节器的设计533

6 调节器最佳整定设计法533

6.1 模最佳（二阶最佳）整定533

6.2 对称最佳（三阶最佳）整定533

6.3 对“调节器最佳整定设计法”的评价533

参考文献535

第5篇 装备制造电气自动化537

第1章 装备制造电气自动化概述539

1 装备制造电气自动化的作用及范畴539

1.1 装备制造电气自动化的作用539

1.2 装备制造电气自动化的范畴539

1.3 数控系统的基本概念539

1.4 数控机床的组成与工作原理540

1.5 数控机床的分类与适用范围540

1.6 数控机床的特点543

2 国外装备制造电气自动化的现状543

2.1 现代数控机床的两个基本评定指标543

2.2 国外数控机床技术现状544

2.3 国外数控机床伺服驱动技术现状545

3 国内装备制造电气自动化的现状546

3.1 我国装备工业的技术现状546

3.2 我国工业控制自动化技术的现状547

3.3 中国数控机床技术发展现状550

3.4 国内数控机床伺服驱动技术现状和趋势552

4 装备制造电气自动化的关键技术552

4.1 数控机床的关键技术552

4.2 永磁交流运动控制系统的关键技术555

4.3 SERCOS接口技术557

5 装备电气自动化的发展方向559

5.1 数控机床发展的新趋势559

5.2 数控机床的未来展望561

5.3 数控系统技术的发展趋势563

第2章 数控机床的电气系统567

1 数控机床的产生、发展和定义567

1.1 数字控制技术与数控机床的产生和发展567

1.2 数控机床的主要技术指标567

1.3 机床数控技术的发展趋势568

2 数控机床的电气组成570

2.1 概述570

2.2 数控机床的伺服系统571

2.3 位置检测装置576

2.4 位置控制581

3 数控机床的发展趋势582

3.1 电主轴的高速化和一体化582

3.2 直线电动机直接驱动进给技术583

3.3 人工智能控制技术的应用584

3.4 计算机集成制造（CIMS）技术584

3.5 开放式网络化数控技术585

第3章 工业机器人控制系统587

1 工业机器人的定义587

1.1 工业机器人诞生的背景587

1.2 工业机器人的定义587

1.3 工业机器人和一般自动机的区别587

2 工业机器人的发展历史、现状与趋势588

2.1 工业机器人的发展历史与现状588

2.2 工业机器人市场现状590

2.3 工业机器人的技术方向和发展趋势591

3 工业机器人系统的组成、运动及分类593

3.1 工业机器人系统的组成593

3.2 工业机器人的运动系统594

3.3 工业机器人的分类597

4 工业机器人的控制系统597

4.1 工业机器人控制功能的基本要求597

4.2 开放式工业机器人控制器598

4.3 工业机器人的编程及仿真601

4.4 工业机器人控制系统603

5 工业机器人在装备制造中的应用607

5.1 工业机器人的主要应用及分布情况607

5.2 焊接机器人608

5.3 喷漆机器人611

5.4 装配机器人611

5.5 搬运机器人612

第4章 柔性加工自动化616

1 柔性加工自动化的发展和组成616

1.1 柔性加工自动化现状和发展趋势616

1.2 柔性制造系统616

1.3 集成制造系统618

1.4 控制系统和通信结构626

2 计算机辅助设计629

2.1 概述629

2.2 数据库技术629

2.3 计算机辅助设计优化方法633

2.4 计算机图形学635

3 机电一体化640

3.1 总论640

3.2 系统部件的选择与设计643

3.3 微机控制系统643

3.4 传感器技术644

3.5 数据采集及信息处理技术651

4 人工智能和专家系统660

4.1 人工智能的基本原理660

4.2 故障诊断技术662

4.3 专家系统在装备制造中的应用667

4.4 专家系统的基本构成667

5 虚拟现实及仿真技术667

5.1 虚拟现实简介667

5.2 系统仿真基本原理668

6 模糊和神经网技术671

6.1 模糊逻辑基本理论671

6.2 模糊控制器672

6.3 神经网络基本理论673

6.4 神经网络控制及其软件实现674

6.5 模糊和神经网络技术在装备制造中的应用674

第5章 装备制造中的新型驱动技术678

1 直接驱动技术678

1.1 直接驱动技术概论678

1.2 直接驱动旋转电动机技术679

1.3 直线电动机680

1.4 直线电动机技术在装备制造中的应用682

2 磁悬浮驱动技术682

2.1 磁悬浮技术概论682

2.2 磁悬浮轴承技术683

2.3 磁悬浮旋转电动机684

2.4 磁悬浮直线电动机684

2.5 磁悬浮控制系统684

2.6 磁悬浮电动机的应用领域684

3 非电磁类驱动技术685

3.1 磁致伸缩驱动685

3.2 压电驱动686

3.3 超声驱动691

3.4 记忆合金驱动691

3.5 静电驱动691

3.6 光驱动691

3.7 超导驱动691

3.8 其他驱动技术691

4 新型驱动技术在装备制造中的应用691

4.1 新型驱动技术在机床设备中的应用691

4.2 新型驱动技术在磁悬浮列车驱动中的应用692

4.3 新型驱动技术在现代物流中的应用692

4.4 在军事、航天、医学及其他方面的应用与国内外的发展692

4.5 新型驱动技术在信息及自动化中的应用692

参考文献693

第6篇 电气传动自动化的应用695

第1章 电动机调速节能的应用697

1 电动机的调速节能697

1.1 电动机调速节能的意义697

1.2 电动机调速节能的方法697

2 电动机节能系统设计及应用700

2.1 选择调速节能注意事项700

2.2 风机、水泵电动机节能应用700

2.3 节能效果的工程计算和测量方法701

3 通用低压交流调速节能控制系统设计701

3.1 交流调速节能系统的容量计算701

3.2 外围设备及选择703

4 异步电动机中压变频的应用实例704

4.1 单元串联变频器特点704

4.2 应用实例704

5 大功率同步电动机静止变频的实例705

5.1 同步电动机变频起动原理705

5.2 SFC的功率单元706

5.3 SFC控制单元706

5.4 SFC的运行706

5.5 某蓄能水电厂二期工程SFC的特点707

5.6 结束语707

第2章 在钢铁工业中的应用708

1 钢铁工业电气传动设备和特点708

2 电力电子变流器的发展与应用709

2.1 大功率晶闸管整流装置的应用709

2.2 同步电动机静止变频装置的应用711

2.3 异步电动机中压变频装置的应用714

3 高炉炼铁的应用715

3.1 高炉生产工艺特点715

3.2 高炉电气传动控制系统716

3.3 高炉基础自动化控制系统719

3.4 高炉过程自动化控制系统721

3.5 高炉三电自动化的典型控制系统723

4 转炉炼钢中的应用725

4.1 转炉炼钢生产设备的组成和生产工艺要求725

4.2 转炉倾动机构的传动自动化系统726

4.3 转炉氧枪升降传动自动化系统727

4.4 转炉基础自动化系统727

5 轧钢工业的应用728

5.1 轧机设备的组成及电气传动自动化系统728

5.2 轧制力计算和电动机容量选择731

5.3 控制性能和各类传动方案的比较734

5.4 轧钢传动的典型控制系统737

5.5 轧钢生产过程自动化和计算机控制系统的应用举例766

第3章 在有色金属工业中的应用775

1 铝电解工业的应用775

1.1 铝电解整流机组的基本类型775

1.2 二极管整流机组775

1.3 晶闸管整流机组775

1.4 三相五柱整流变压器776

1.5 同相逆并联整流技术777

1.6 整流器的散热和结构方式777

1.7 整流机组的稳流控制系统777

1.8 多相整流和电力电子元件的均流技术779

1.9 整流机组的运行监控和故障保护779

1.10 工业应用780

2 铝板轧机电气传动系统780

2.1 铝轧机生产设备的组成780

2.2 粗轧机可逆主传动系统781

2.3 精轧连轧机主传动系统782

2.4 生产过程自动化和计算机控制782

3 铜铝冷轧机电气传动系统783

3.1 铜铝冷轧机生产设备的组成783

3.2 生产设备对电气传动自动化系统的要求783

3.3 电气传动自动化系统配置方案784

3.4 控制系统功能描述785

3.5 生产过程自动化和计算机控制787

第4章 在采矿工业中的应用789

1 矿井提升机械的应用789

1.1 矿井提升机对电气传动系统的要求789

1.2 矿井提升机直流电气传动系统791

1.3 矿井提升机交流电气传动系统796

1.4 矿井提升机的综合自动化控制797

2 矿山挖掘机械的应用798

2.1 矿山挖掘机设备及特点798

2.2 矿山挖掘机电气传动系统的特点799

2.3 矿山挖掘机全数字直流传动系统800

2.4 矿山挖掘机全数字交流传动系统800

第5章 在石油钻井机械中的应用803

1 钻机的组成和分类803

1.1 钻机的组成803

1.2 钻机的分类804

2 钻机的负载特性和电气传动控制系统804

2.1 主要钻井机械工作与负荷特性804

2.2 钻机电控设备的工作特点805

3 钻机电气传动系统806

3.1 直流模拟控制系统806

3.2 直流全数字控制系统807

3.3 交流变频控制系统807

3.4 新型钻机控制系统的功能的发展809

第6章 在港口和起重机械中的应用810

1 港口机械设备的组成及分类810

1.1 翻车机810

1.2 堆/取料机810

1.3 装船机810

1.4 连续卸船机810

1.5 输送机811

1.6 港口起重机械812

2 港口机械设备电气传动自动化系统812

2.1 港口设备的供电系统812

2.2 港口机械的电气传动系统813

2.3 港口机械设备自动化系统814

3 港口设备综合管理自动化系统815

3.1 功能描述815

3.2 港口综合管理自动化系统815

4 起重机械电气传动系统815

4.1 起重机类型及工作分类815

4.2 电动机容量计算816

4.3 常用电气传动系统817

第7章 在造纸工业中的应用820

1 生产线设备组成及生产工艺820

1.1 造纸生产过程820

1.2 制浆工艺流程820

1.3 造纸工艺流程820

1.4 精整部分821

2 制浆设备及电气设备821

2.1 磨木机及电气设备821

2.2 削片机及电气设备821

2.3 精浆机及电气设备821

2.4 其他辅助机械821

3 造纸机机械822

3.1 造纸机的种类822

3.2 造纸机的传动方式823

4 造纸机的传动系统823

4.1 造纸机对电气传动的要求823

4.2 造纸机电气传动的方案选择824

4.3 造纸机电气控制的基本形式825

4.4 造纸机电气传动的特点825

4.5 典型造纸机电气系统方案826

4.6 造纸机系统变频器的选择826

4.7 造纸机系统电动机的选择827

4.8 造纸机电气传动系统的过压保护827

5 复卷机的传动系统827

5.1 复卷机的结构及动作827

5.2 复卷机对传动系统的要求827

5.3 主要控制工艺的描述827

5.4 复卷机电气传动的特点828

5.5 复卷机电气控制典型实例828

6 压光机的传动系统829

6.1 压光机的结构及动作829

6.2 超级压光机对传动系统的要求及控制829

第8章 谐波治理和无功补偿830

1 谐波和无功功率的影响及限制830

1.1 谐波对公用电网的影响830

1.2 公用电网对谐波的限制830

1.3 功率因数和无功功率对公用电网的影响831

1.4 公用电网对功率因数和无功功率的要求831

2 常用电气传动装置谐波电流计算832

2.1 直流传动整流装置的谐波电流832

2.2 电压源交—直交变频器的谐波电流833

2.3 交交变频器的谐波电流834

2.4 TCR或TCT补偿装置的谐波电流834

3 常用电气传动装置功率因数计算835

3.1 直流传动整流装置的功率因数835

3.2 电压源交直交变频器的功率因数836

3.3 交—交变频器的功率因数836

4 谐波治理方法838

4.1 无源滤波838

4.2 有源滤波839

5 无功功率补偿的方法841

5.1 静态无功补偿841

5.2 动态无功补偿842

6 滤波及无功补偿装置的组成和设备选用844

6.1 滤波兼静补装置844

6.2 TCR动补装置850

参考文献857