功率电传是飞行器等载体操纵与控制的发展方向，其中机电作动系统是重要的技术途径，在工业自动化领域也具有举足轻重的作用。本书系统论述机电作动系统驱动、传感、控制及故障诊断技术，给出原理简单、鲁棒性强的线性综合控制器设计方法，以及动态特性明显优于传统线性控制器的鲁棒近似时间最优控制器实现途径。从不同视角介绍了同步电机矢量控制，论述了一种容错永磁同步电机的数学模型及其高功率因数、高动态驱动技术，给出了电流相位容错检测方法；用临近空间飞行器作动系统做实例阐述了机电作动系统的设计过程；介绍了一种机电作动系统特征模型及基于此模型的作动系统故障诊断方法。
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1990.9-1995.6 南京理工大学自动化学院，博士研究生
1986.9-1990.7 江苏大学电气信息工程学院，大学本科1998/05至今 清华大学精密仪器系，副教授、教授、博士生导师1997/12 南京理工大学自动化系，讲师、教研室副主任“长江学者”国家某科技专业专家组副组长、主题专家组成员，国家某科技重点实验室学术委员会委员，中国自动化学会控制理论专业委员会委员、智能自动化专业委员会委员
目录
“飞行控制前沿技术丛书”序
前言
第1章 绪论 1
1.1 机电作动系统及其研究意义 1
1.1.1 机电作动系统组成 1
1.1.2 机电作动系统研究意义 2
1.2 机电作动系统发展概述 3
1.2.1 机电作动系统发展历程 3
1.2.2 机电作动系统发展趋势 10
1.3 机电作动系统关键技术 11
1.3.1 传动技术 11
1.3.2 伺服电机技术 17
1.3.3 驱动控制技术 26
1.3.4 位置传感与测量技术 31
1.3.5 余度及容错技术 37
1.3.6 故障诊断技术 40
参考文献 41
第2章 矢量控制基础 43
2.1 矢量控制基本原理 43
2.2 Park变换 47
2.3 三相电机矢量控制及Clarke 变换 51
2.4 矢量控制器结构 56
2.5 电机d-q 轴数学方程 58
2.6 电机电感与测量 66
2.6.1 两相接线法测量直交轴电感 66
2.6.2 三相接线法测量直交轴电感 67
2.7 电机电角度 68
参考文献 70
第3章 机电作动系统线性控制技术 71
3.1 引言 71
3.2 经典线性控制系统设计方法 72
3.2.1 设计方法简介 72
3.2.2 校正网络 72
3.3 串联校正 73
3.3.1 相位超前校正 73
3.3.2 相位滞后校正 78
3.3.3 相位超前-滞后校正 81
3.3.4 比例-微分控制 84
3.3.5 相位超前及滞后校正与PID 控制器的区别与特性分析 85
3.4 并联校正 86
3.5 前馈控制器 87
3.5.1 位置指令微分前馈 88
3.5.2 位置指令-负载特性前馈 89
3.6 一种综合控制设计方法 90
3.7 精度及误差特性分析 93
3.8 结构陷波器 97
参考文献 102
第4章 作动系统动态指标及时间最优控制 103
4.1 作动系统动态指标 104
4.2 采用二阶积分器模型的时间最优控制 105
4.2.1 二阶积分器时间最优控制 106
4.2.2 近似时间最优控制方法 110
4.2.3 在航空机炮方位伺服平台中的应用 116
4.3 采用一阶惯性环节与积分器串联模型的近似时间最优控制 120
4.3.1 时间最优控制方法 120
4.3.2 近似时间最优控制方法 122
4.3.3 在高带宽直线机电作动系统中的应用 125
参考文献 128
第5章 容错永磁同步电机模型及其高功率因数控制 130
5.1 容错永磁同步电机模型 130
5.2 容错永磁同步电机矢量复合控制 133
5.2.1 含旋转变换的转速复合控制器 133
5.2.2 含前置滤波的相电流复合控制器 134
5.3 容错永磁同步电机电流相位控制机理 135
5.3.1 容错永磁同步电机动力学特征 135
5.3.2 容错永磁同步电机单相通电时运行特性 136
5.3.3 容错永磁同步电机正交两相通电时运行特性 140
5.3.4 负载对相位角的影响 141
5.4 电流相位自适应复合控制策略 142
5.4.1 自适应前馈补偿器设计 142
5.4.2 电流相位复合控制器设计 144
5.4.3 内功率因数角的容错检测方法 147
参考文献 149
第6章 机电作动系统工程设计实例 150
6.1 主要技术指标 150
6.2 关键参数及部件选型 150
6.2.1 丝杠选型 151
6.2.2 电机关键参数计算 152
6.3 机械结构设计与校核 153
6.3.1 机械总体结构 153
6.3.2 传动机构设计 154
6.4 驱动控制器设计 156
6.4.1 控制器 156
6.4.2 驱动器与电源滤波器 157
6.5 作动系统控制律设计 164
6.5.1 电流环 165
6.5.2 速度环 171
6.5.3 位置环 174
6.5.4 综合控制设计方法 180
6.5.5 结论及实测结果 185
参考文献 188
第7章 作动系统特征模型及其故障诊断 189
7.1 作动系统特征模型 189
7.1.1 作动系统速率饱和对输出的影响 189
7.1.2 负载扰动对作动系统输出的影响 190
7.1.3 系统特征建模机理 192
7.1.4 建模误差分析 194
7.2 故障检测器 195
7.2.1 故障检测器设计 195
7.2.2 故障检测方法 197
7.3 仿真验证与试验测试 199
7.3.1 仿真验证与结果分析 199
7.3.2 实测验证与结果分析 202
7.4 总结 206
参考文献 207
附录A 空间矢量脉宽调制 208
A.1 理论基础 208
A.1.1 空间电压矢量 208
A.1.2 伏秒平衡原理 211
A.1.3 空间矢量脉宽调制及调制比 211
A.1.4 基础矢量作用次序 214
A.2 实现步骤 215
A.2.1 空间电压矢量扇区判断 215
A.2.2 基础电压矢量作用时间 217
参考文献 221
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