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陈冰，男，1977年生，现任华中科技大学机械科学与工程学院副教授。本科毕业于北京交通大学电气工程系，硕士和博士毕业于华中科技大学机械科学与工程学院。主要从事电机和运动控制、机电装备建模和智能控制等领域的研发工作。作为项目负责人和主要完成人，承担和参与国家重大专项、国家自然科学基金项目、科技部科技人员服务企业行动计划、湖北省和武汉市科技攻关项目、企业合作项目等多个项目的研发工作。先后获湖北省技术发明三等奖、湖北省科技进步二等奖、武汉市科技进步二等奖、湖北省科技进步三等奖和中国纺织工业联合会科技进步三等奖等奖励，发表SCI收录论文10多篇，获国家发明专利十余项。 目錄： 第1章绪论(1) 1.1机电系统的组成(1) 1.2机电传动控制的目的和任务(1) 1.3机电传动控制的发展概况(2) 1.4课程的性质和任务(3) 1.5课程的内容安排(3) 第2章机电传动系统的动力学基础(5) 2.1机电传动系统的运动方程式(5) 2.2负载转矩和转动惯量的折算(7) 2.2.1负载转矩的折算(8) 2.2.2转动惯量的折算(9) 2.2.3电动机转矩和转动惯量参数的选择(9) 2.3机电传动系统的负载特性(10) 2.4机电传动系统稳定运行的条件(12) 2.5机电传动系统的过渡过程和动态特性(14) 2.5.1研究机电传动系统过渡过程的实际意义(14) 2.5.2机电传动系统的过渡过程和机电时间常数(14) 2.5.3机电时间常数的意义(16) 2.5.4加快机电传动系统过渡过程的方法(17) 习题与思考题(18) 第3章直流电机的工作原理及特性(20) 3.1直流电机的基本结构和工作原理(20) 3.1.1直流电机的基本结构(20) 3.1.2直流电机的基本工作原理(22) 3.1.3直流发电机(24) 3.2直流电动机的额定参数和铭牌数据(24) 3.3他励直流电动机的机械特性(25) 3.3.1他励直流电动机的基本结构(26) 3.4他励直流电动机的启动特性(29) 3.5他励直流电动机的调速特性(31) 3.5.1改变电枢电路串接电阻(32) 3.5.2改变电动机电枢供电电压(32) 3.5.3改变电动机主磁通(33) 3.6他励直流电动机的制动特性(34) 3.6.1反馈制动(35) 3.6.2反接制动(37) 3.6.3能耗制动(39) 习题与思考题(40) 第4章交流电动机的工作原理及特性(43) 4.1三相异步电动机的结构和工作原理(43) 4.1.1三相异步电动机的基本结构(43) 4.1.2三相异步电动机的制造(45) 4.1.3三相异步电动机的旋转磁场(45) 4.1.4三相异步电动机的工作原理(48) 4.2异步电动机的连接方式和额定参数(49) 4.2.1定子绕组的连接方式(49) 4.2.2三相异步电动机的额定参数(50) 4.2.3三相异步电动机的能流图(51) 4.3三相异步电动机的转矩与机械特性(52) 4.3.1三相异步电动机的定子电路和转子电路(52) 4.3.2三相异步电动机的转矩(55) 4.3.3三相异步电动机的机械特性(56) 4.4三相异步电动机的启动特性(60) 4.4.1笼型异步电动机的启动方法(60) 4.4.2绕线异步电动机的启动方法(64) 4.5三相异步电动机的调速方法与特性(66) 4.5.1变极对数调速(66) 4.5.2变转差率调速(68) 4.5.3变频调速(69) 4.6三相异步电动机的制动特性(72) 4.6.1反馈制动(72) 4.6.2反接制动(72) 4.6.3能耗制动(73) 4.7单相异步电动机(74) 4.7.1单相异步电动机的磁场(75) 4.7.2单相异步电动机的启动方法(76) 4.8同步电动机(77) 4.8.1同步电动机的基本结构(77) 4.8.2同步电动机的工作原理和特性(78) 4.8.3同步电动机的启动(79) 习题与思考题(80) 第5章控制电动机(82) 5.1步进电动机(82) 5.1.1反应式步进电动机的结构与工作原理(82) 5.1.2混合式步进电动机的结构与工作原理(85) 5.1.3步进电动机的主要特性与性能指标(86) 5.1.4步进电动机的选型(89) 5.2直流有刷伺服电动机(89) 5.3直流无刷电动机(91) 5.4交流伺服电动机(94) 5.5旋转直驱力矩电动机(96) 5.6直线电动机(97) 5.6.1直线电动机的类型及结构(97) 5.6.2交流永磁同步直线电动机(98) 习题与思考题(99) 第6章继电器接触器控制(101) 6.1常用低压电器(101) 6.1.1低压电器概述(101) 6.1.2主电路常用配电和保护电器(102) 6.1.3接触器(108) 6.1.4控制回路常用继电器(111) 6.1.5主令电器(116) 6.2继电器接触器控制电路原理图的绘制(119) 6.2.1继电器接触器控制电路图的形式(119) 6.2.2电气原理图的绘制原则(119) 6.2.3电气原理图绘制的计算机辅助工具(121) 6.3基于继电器接触器的异步电动机基本控制电路(121) 6.3.1异步电动机启动控制电路(121) 6.3.2异步电动机的正反转控制电路(124) 6.3.3异步电动机的制动控制电路(126) 6.3.4控制电路的其他基本环节(128) 6.3.5继电器接触器控制电路的基本保护(129) 习题与思考题(131) 第7章可编程控制器原理与应用(133) 7.1PLC的基本结构和工作原理(133) 7.1.1可编程控制器的发展与基本结构形式(133) 7.1.2可编程控制器的主要功能特点(136) 7.1.3可编程控制器的工作原理(136) 7.2可编程控制器的I/O接口和通信接口(137) 7.2.1可编程控制器的I/O接口(137) 7.2.2可编程控制器的通信和网络接口(141) 7.3可编程控制器的软件编程语言(141) 7.4小型可编程控制器的梯形图编程(142) 7.4.1梯形图基本编程(142) 7.4.2梯形图编程的应用(148) 7.5基于IEC 611313标准的PLC软件编程(153) 7.5.1IEC 611313软件编程模型(153) 7.5.2基于IEC 611313标准的结构化文本编程(154) 7.5.3基于IEC 611313标准的功能块编程(156) 7.5.4基于IEC 611313标准的顺序功能流程图编程(156) 7.5.5IEC 611313标准库(157) 7.6PLC在机电传动控制系统设计的应用(158) 7.6.1PLC与机电传动控制系统的运动控制(158) 7.6.2PLC与机电传动控制系统的功能安全(159) 7.7PLC控制系统设计流程(160) 7.7.1小型PLC控制系统设计流程(160) 7.7.2复杂PLC控制系统设计流程(163) 习题与思考题(164) 第8章电力电子技术基础(166) 8.1电力电子器件(167) 8.1.1功率二极管(167) 8.1.2半控型电力电子器件(168) 8.1.3全控型电力电子器件(173) 8.1.4功率模块(178) 8.2基于晶闸管的可控整流电路(179) 8.2.1单相半波可控整流电路(179) 8.2.2单相桥式可控整流电路(181) 8.2.3三相半波可控整流电路(186) 8.2.4三相桥式全控整流电路(189) 8.3无源逆变电路(192) 8.3.1IGBT无源逆变主电路(193) 8.3.2逆变器的PWM控制(200) 8.4有源逆变电路(203) 8.5直流斩波电路(205) 8.6电力电子器件的驱动和控制电路(209) 8.6.1晶闸管驱动电路(209) 8.6.2功率MOSFET和IGBT的栅极驱动电路(212) 习题与思考题(215) 第9章直流传动控制系统(217) 9.1直流调速系统的功能概述(217) 9.2直流调速系统的主要性能指标(219) 9.2.1静态技术指标(219) 9.2.2动态技术指标(220) 9.3单闭环直流调速系统的组成和静态特性分析(221) 9.3.1单闭环直流调速系统的组成(221) 9.3.2单闭环速度负反馈直流调速系统的静态特性(222) 9.3.3电流截止负反馈的作用(224) 9.4闭环直流调速系统的动态分析和调节器设计(225) 9.4.1单闭环直流调速系统的传递函数模型(225) 9.4.2采用比例调节器的有静差单闭环直流调速系统(226) 9.4.3采用比例积分调节器的无静差单闭环直流调速系统(227) 9.4.4转速、电流双闭环直流调速系统(228) 9.5基于晶闸管的大功率直流电机调速装置及应用(232) 9.5.1晶闸管直流调速装置的主电路及四象限运行控制(232) 9.5.2晶闸管模拟直流调速装置的组成(234) 9.5.3晶闸管数字化直流调速装置的组成(234) 9.5.4晶闸管数字直流调速装置的应用(236) 9.6直流脉宽调制调速系统(237) 习题与思考题(239) 第10章交流传动控制系统(240) 10.1交流调速方法和装置概述(240) 10.2基于交直交变频器的三相异步电动机调速方法(242) 10.2.1V/f开环控制(242) 10.2.2矢量变频闭环控制(244) 10.3交直交变频器的结构原理(246) 10.4交直交变频器的选型和应用(249) 10.4.1变频器类型的选择(249) 10.4.2变频器容量的选择(250) 10.4.3变频器外围设备的应用及注意事项(252) 10.5交交变频器与同步电动机调速系统(253) 习题与思考题(254) 第11章步进和伺服驱动系统(256) 11.1步进电动机驱动控制和脉冲式定位控制(256) 11.1.1步进电动机驱动器的组成(256) 11.1.2步进电动机驱动器的数字控制(258) 11.1.3步进电动机及驱动器的定位控制应用(261) 11.2交流伺服驱动系统(263) 11.2.1交流伺服驱动器结构原理(263) 11.2.2交流伺服驱动器接口(265) 11.2.3交流永磁同步伺服控制系统的应用(266) 习题与思考题(268) 附录A电机绝缘等级、防护等级、冷却等级与电机工作制代码含义(269) 附录B常用电气图形符号(274) 参考文献(278) 內容試閱： 自本书第五版出版以来，数字制造和智能制造进入一个高速发展的时期，机电控制系统这一传统领域也发生着快速变革。本书的修订工作，基于对机电控制如下的发展趋势的理解：(1)电机及控制技术不断革新，电机的性能和效率不断提升，伺服电机和高性能变频电机使用更为广泛，各类直驱电机把电机和负载有机融为一体，运动控制的性能提升越来越依赖于电机、传感、电力电子技术的综合。传统的电机在新的控制技术支持下性能进一步提升。(2)功能安全在工业中的重要性不断提升，传统低压电器的综合保护能力进一步提高，安全继电器、安全PLC等的应用日益广泛。(3)IGBT和功率MOSFET等主流电力电子器件不断更新换代，功率密度不断提升，模块化设计简化了应用难度，扩大了应用范围。宽禁带电力电子器件的发展将进一步提高电机控制的性能。(4)自动化软件在机电系统中发挥越来越重要的作用，PLC系统不断融合基于PC的控制技术，支持丰富的编程语言，提供基于模型的控制软件设计方法，具备日益完善的运动控制功能库，已成为机电装备和自动化生产线的主要软件平台。根据技术的发展、广大师生的教学反馈意见和我们近年来的教学实践，第六版重点修订的内容如下：第1章：补充了机电传动控制近年来的发展趋势。第2章到第4章：针对近年来高能效传动电机标准的推广和电机工艺的改进，做少量内容补充和文字订正。第5章：补充了在实际中应用比较广泛的两相混合步进电动机，对交流伺服电动机和直驱电动机等内容进行了补充。第6章：基于新的国家标准对常用低压电器及性能指标进行了补充，并增加安全继电器等低压电器的介绍、电气CAD/CAE工具的发展等内容。第7章：补充了可编程控制器的最新发展，以及基于IEC611313的PLC编程语言和编程方法，基于PLC的运动控制和功能安全等内容。第8章：对电力电子器件近年来的发展做了补充介绍，对电力电子电路的数字化控制技术做了补充。第9章：增加了闭环直流调速系统的传递函数模型和动态特性分析，并根据当前主流的数字化晶闸管调速装置发展对原有的微型计算机控制的直流直流传动系统内容做了更新。第10章：重点讲解交直交异步电动机变频系统，包括变频器的结构原理，V/F开环控制模式和矢量控制模式原理，以及变频调速系统的选型和应用。对交交变频调速和转差调速等内容做了简化。第11章：对步进电动机驱动控制部分，根据技术的发展做了相应更新，并增加了永磁同步电动机的伺服驱动器结构与原理等内容。本次修订新增了配套电子资源，读者可通过扫描二维码了解相关扩展知识，更加直观地浏览设备和装置的三维结构、电路和系统的输入输出信号动态波形等内容。本次修订主要由陈冰、谢经明、袁楚明完成，具体分工为：谢经明负责修改第2章，袁楚明负责修改第3章、5.5节和6.3节，其他章节由陈冰修改，冯清秀、邓星钟、周祖德等审校全书，陈冰负责全书修订的组织和定稿。许多使用本教材的师生提出了宝贵的修改意见，在此表示感谢。本次教材修订得到了华中科技大学教务处、华中科技大学机械科学与工程学院、华中科技大学出版社等单位的支持，在此谨向上述单位表示衷心的感谢。限于编者水平，本次修订内容一定还存在很多不足和错误，恳请读者批评指正。编者2020年6月

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