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随着电子技术的发展，控制电机在实际工程中的应用愈加广泛，本书在汲取传统的控制电机教材对原理讲述清楚的基础上增加了控制等内容。将新的控制技术与控制芯片相结合，以适应宽口径复合型人才培养的需要。全书共分七章，第1章主要介绍直流伺服电动机、直流力矩电动机和无刷直流电动机的原理、结构、运行特性及控制；第2章主要介绍永磁同步伺服电动机的原理、结构及运行特性，重点讲述永磁同步伺服电动机的控制技术；第3章重点介绍步进电动机的原理、结构及运行特性和单片机控制技术；第4、5两章主要介绍旋转变压器和自整角机的原理、结构及应用；第6章的内容为开关磁阻电动机，重点介绍开关磁阻电动机系统的组成、原理、结构、运行特性及DSP控制技术和C语言例程；第7章的内容为直线电机，主要介绍直线电机的原理、结构及应用。同时，在各章的后面附有一定数量的思考与练习题，供复习与练习使用。

目  录

第1章  直流伺服电动机     
  1.1  直流伺服电动机  
     1.1.1  结构和分类   1
     1.1.2  运行原理  
     1.1.3  直流伺服电动机的应用  
  1.2  无刷直流电动机  
     1.2.1  无刷直流电动机的结构与组成   
     1.2.2  无刷直流电动机的控制方法     
     1.2.3  无刷直流电动机的运行特性   
     1.2.4  无刷直流电动机的应用    
  1.3  直流力矩电动机   
     1.3.1  直流力矩电动机的结构与特点  
     1.3.2  运行原理与特性     
     1.3.3  直流力矩电动机性能特点     
  思考与练习一  
第2章  永磁伺服电动机   
  2.1  永磁同步伺服电动机    
     2.1.1  结构与分类    
     2.1.2  运行原理及分析   
  2.2  永磁同步伺服电动机的控制    
     2.2.1  三相永磁同步伺服电动机在静止ABC坐标系中的参数  
     2.2.2  逆变器机电能量变换装置的坐标变换  
     2.2.3  逆变器机电能量变换装置电压方程的坐标变换     
     2.2.4  无转子阻尼绕组的三相永磁同步伺服电动机的电磁转矩    
     2.2.5  基于统一模型电动机方法的三相永磁同步伺服电动机动态方程   
  2.3  三相永磁同步伺服电动机的基本控制方法     
     2.3.1  位置环的控制策略  
     2.3.2  速度环的控制策略     
     2.3.3  电流环的控制模型    
     2.3.4  电流环的PID控制     
     2.3.5  三相永磁同步伺服电动机的三闭环控制系统 
  2.4  三相永磁同步伺服逆变器的空间正弦SVPWM技术    
     2.4.1  直角坐标系二电平广义逆变器空间电压矢量SVPWM波     
     2.4.2  直角坐标系的SVPWM的基本概念  
     2.4.3  电压幅值的归一化    
     2.4.4  电压矢量的分区   
     2.4.5  基于LF2812DSP的SVPWM波的产生  
  2.5  三相永磁同步伺服电动机的DSP控制电路  
     2.5.1  控制器的硬件组成  
     2.5.2  电磁兼容设计  
  思考与练习二   
第3章  步进电动机   
  3.1  步进电动机的工作原理  
     3.1.1  反应式步进电动机的工作原理  
     3.1.2  运行方式  
     3.1.3  小步距角步进电动机   
     3.1.4  反应式步进电动机的结构   
     3.1.5  其他形式的步进电动机     
  3.2  反应式步进电动机的运行特性     
     3.2.1  反应式步进电动机的静态特性     
     3.2.2  反应式步进电动机的动态特性   
     3.2.3  连续脉冲运行  
  3.3  步进电动机主要性能指标     
  3.4  驱动电源  
     3.4.1  驱动电源组成及作用     
     3.4.2  驱动电源的分类  
  3.5  步进电动机的微处理器控制    
     3.5.1  并行控制     
     3.5.2  串行控制   
     3.5.3  步进电动机转速控制   
     3.5.4  加减速定位控制    
     3.5.5  步进电动机的其他控制   
  思考与练习三   
第4章  旋转变压器    
  4.1  旋转变压器的结构和工作原理   
     4.1.1  旋转变压器的结构    
     4.1.2  旋转变压器的工作原理  
     4.1.3  旋转变压器的负载运行     
     4.1.4  一次侧补偿的旋转变压器     
     4.1.5  二次侧补偿的旋转变压器     
     4.1.6  旋转变压器的技术指标  
  4.2  线性旋转变压器   
     4.2.1  一次侧补偿的线性旋转变压器     
     4.2.2  二次侧补偿的线性旋转变压器   
     4.2.3  比例式旋转变压器     
  4.3  数字式旋转变压器  
     4.3.1  数字式旋转变压器简介  
     4.3.2  AD2S83芯片简介     
     4.3.3  AD2S83芯片外围电路     
     4.3.4  AD2S83工作过程    
  4.4  旋转变压器的应用   
     4.4.1  矢量分解运算  
     4.4.2  反正弦函数运算   
     4.4.3  乘法运算    
     4.4.4  除法运算    
  思考与练习四   
第5章  自整角机     
  5.1  力矩式自整角机的结构和工作原理  
     5.1.1  力矩式自整角机的结构  
     5.1.2  力矩式自整角机的工作原理    
     5.1.3  力矩式自整角机的磁势特点  
     5.1.4  力矩式自整角机的转矩分析  
     5.1.5  力矩式自整角机的主要技术指标   
  5.2  控制式自整角机的结构和工作原理  
     5.2.1  控制式自整角机的结构   
     5.2.2  控制式自整角机的工作原理  
     5.2.3  差动式自整角机    
     5.2.4  控制式自整角机的主要技术指标  
  5.3  数字式自整角机  
     5.3.1  SDC1740芯片简介  
     5.3.2  SDC1740芯片工作原理    
  5.4  自整角机的应用  
     5.4.1  液面位置指示器   
     5.4.2  舰船雷达方位指示   
  思考与练习五     
第6章  开关磁阻电动机及其控制     
  6.1  开关磁阻电动机传动系统  
     6.1.1  开关磁阻电动机传动系统的组成     
     6.1.2  开关磁阻电动机的工作原理   
     6.1.3  开关磁阻电动机传动系统的特点   
  6.2  开关磁阻电动机的基本电磁关系   
     6.2.1  理想开关磁阻电动机的基本电磁关系  
     6.2.2  实际开关磁阻电动机的物理状态   
     6.2.3  开关磁阻电动机的数学模型   
  6.3  开关磁阻电动机的运行状态及控制方式    
     6.3.1  开关磁阻电动机的运行特性  
     6.3.2  开关磁阻电动机的启动运行  
     6.3.3  开关磁阻电动机的稳态运行  
     6.3.4  开关磁阻电动机的制动运行   
     6.3.5  开关磁阻电动机运行时的转矩脉动与噪声   
  6.4  开关磁阻电动机传动系统的控制   
     6.4.1  SRD控制系统结构及算法    
     6.4.2  功率变换器   
     6.4.3  信号检测     
  6.5  开关磁阻电动机的DSP控制  
  思考与练习六   
第7章  直线电动机     
  7.1  直线感应电动机的结构与原理     
     7.1.1  直线电动机的原理    
     7.1.2  直线电动机的结构与分类  
  7.2  直线感应电动机的分析    
     7.2.1  直线感应电动机纵向边缘效应     
     7.2.2  直线感应电动机的横向边缘效应    
  7.3  其他直线电动机    
     7.3.1  直线直流电动机    
     7.3.2  直线自整角机    
     7.3.3  直线和平面步进电动机  
  7.4  直线感应电动机的应用    
     7.4.1  直线感应电动机的应用原则   
     7.4.2  直线感应电动机的应用情况     
  思考与练习七     
附录A  信号检测与转换    
  A.1  电流和电压的检测     
     A.1.1  电流的检测  
     A.1.2  电压的检测    
  A.2  位置检测    
     A.2.1  绝对式旋转编码器    
     A.2.2  增量式旋转编码器  
     A.2.3  光电编码盘与单片机的接口   
     A.2.4  增量式旋转编码器与TMS320F2812的接口     
  A.3  速度检测     
     A.3.1  用测速发电动机测速     
     A.3.2  用光电旋转编码器测速     
附录B  数字PID控制算法与数字滤波技术     
  B.1  数字PID控制算法   
     B.1.1  模拟PID控制原理    
     B.1.2  数字PID控制算法     
     B.1.3  数字PID的改进算法    
     B.1.4  数字PID控制器的参数选择和采样周期的选择     
  B.2  数字滤波技术     
     B.2.1  算数平均值法  
     B.2.2  移动平均滤波法   
     B.2.3  防脉冲干扰平均值法    
     B.2.4  数字低通滤波法  
   参考文献

前  言

科学技术的迅猛发展，特别是自动化技术、计算机技术和航空航天技术的发展，对电机的性能提出了许多新的更高的要求。一方面传统的控制电机和新的控制技术与控制芯片的结合，使传统电机如伺服电机、步进电机等的应用更为广泛。另一方面随着新材料的涌现，特别是高性能稀土永磁材料的问世和电力电子器件的发展，又出现了性能优越的新型电机如开关磁阻电动机、无刷直流电动机和永磁伺服电动机等。传统控制电机和新的控制技术结合、以及性能优越的新型电机出现，为满足控制系统的要求提供了可能。为使读者能够及时掌握和了解这一新的发展动态，是我们编写本书的初衷。
在第一版出版应用的基础上，作者结合新技术的发展及读者的反馈意见，对部分内容进行了修订，重新编写了本书。主要为原书第1、2、6章中部分内容采用新型控制芯片进行介绍，第2章删去了两相伺服电动机部分内容，变更为永磁同步伺服电动机，突出其控制及应用，第6章开关磁阻电动机的DSP控制，增加了C语言例程。
控制电机及控制的特点为在精讲原理的同时，增加专用控制芯片、单片机和DSP控制的应用。将新的控制技术与控制芯片相结合，使读者对控制电机的原理、结构、运行特性以及控制方法和控制技术有一个全面的了解。以适应宽口径复合型人才培养的需要。
全书共分7章，第1章的内容为直流伺服电机，本章主要介绍直流伺服电动机、直流力矩电动机和无刷直流电动机的原理、结构及运行特性，在控制部分重点讲述了直流伺服电动机和无刷直流电动机的控制技术；第2章的内容为永磁同步伺服电动机，本章主要介绍永磁同步伺服电动机的原理、结构及运行特性，在控制部分重点讲述了永磁同步伺服电动机的控制技术；第3章的内容为步进电动机，本章重点介绍步进电动机的原理、结构及运行特性和单片机控制技术；第4、第5两章的内容为旋转变压器和自整角机，这两章主要介绍旋转变压器和自整角机的原理、结构及应用；第6章的内容为开关磁阻电动机，本章重点介绍开关磁阻电动机系统的组成、原理、结构及运行特性和DSP控制技术；第7章的内容为直线电机，本章主要介绍直线电机的原理、结构及应用。同时，在各章的后面附有一定数量的思考与练习，供复习与练习使用。本书控制部分基本上都涉及到了位置、速度、电压电流的检测，在软件方面都用到了PID控制方法，为避免重复讲述，将这两部分内容列为附录，供参考使用。
本书在编写中，既分析了控制电机和特种电机的基本原理和基本概念，又介绍了相关的控制系统与专用芯片。删除了传统控制电机中测速发电机的内容，压缩了应用较少的旋转变压器、自整角机的内容。增加了应用较广无刷直流电动机、开关磁阻电动机、永磁同步伺服电动机和直线电机等部分。本书的内容相对较多。在教学的过程中教师可根据不同本专业的特点及学时的多少适当宣讲，例如无刷直流电动机、永磁伺服电动机与开关磁阻的控制技术有相似之处，可重点讲一部分，其他部分留给学生自学，另外可将部分内容与课程设计、毕业设计等实践环节相结合，放在课程设计或毕业设计中进行。
本书第1章主要由裴素萍编写；第2章主要由王晓雷编写；第3章主要由刘丽萍编写；第4、5章主要由许京雷编写；第6、7章主要由王耕编写；付邦胜和彭圣编写了第1、3、6章的控制部分及应用实例；蒋珍、刘鹏程参与编写了第4、5章的部分内容并完成了部分图例的输入工作，本书最后由王耕和王晓雷负责统稿。
本书的主审刘宪林教授，他在百忙之中认真地阅读了本书，提出了许多建设性的意见，在此衷心的感谢。同时感谢巫付专、李健等老师为本书编写提供的大力帮助。
由于编写者水平所限，经验不足，书中的缺点和错误在所难免，欢迎广大读者批评指正。


编者
2012年6月

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控制电机及其应用(修订版)