本书是根据《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》并参考普通高等学校本科工程教育认证标准，按照减少学时、强调基本方法、注重提高学生处理复杂工程问题能力的原则进行编写。全书共分9章，内容包括：绪论、机电传动系统的动力学基础、直流电机的工作原理及特性、交流电动机的工作原理及特性、控制电动机、继电接触器控制、可编程控制器、电力电子器件、机电传动的闭环控制系统。各章均有习题，书末附有部分习题的参考答案，便于读者自学。
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本书可作为高等院校机械设计制造及其自动化、电子信息工程、车辆工程专业及高职、电大、函大、网大机械类与相近专业学生教材，亦可供从事机电一体化工作的工程技术人员参考。

第1章绪论001
1.1机电传动控制系统的组成001
1.2机电传动控制的发展概况002
1.3课程的性质和任务003
习题003

第2章机电传动系统的动力学基础004
2.1单轴机电传动系统的动力学方程004
2.2多轴机电传动系统的分析方法006
2.2.1研究对象的确定006
2.2.2受力分析007
2.2.3多轴机电传动系统的动力学方程008
2.3机电传动系统的负载特性010
2.4机电传动控制系统的过渡过程011
2.5机电传动控制系统稳定运行的条件014
习题015

第3章直流电机的工作原理及特性017
3.1直流电机的基本结构和工作原理017
3.1.1直流电机的基本工作原理017
3.1.2直流电机的基本结构019
3.2直流电机的基本方程021
3.2.1直流电机的励磁方式021
3.2.2直流发电机的基本方程022
3.2.3直流电动机的基本方程023
3.3直流电动机的机械特性024
3.3.1直流电动机的固有机械特性024
3.3.2直流电动机的人为机械特性025
3.4他励直流电动机的启动特性026
3.5他励直流电动机的调速特性027
3.5.1改变电枢电路外串电阻028
3.5.2改变电动机供电电压029
3.5.3改变电动机主磁通029
3.6他励直流电动机的制动特性029
3.6.1回馈制动030
3.6.2反接制动031
3.6.3能耗制动032
习题034

第4章交流电动机的工作原理及特性035
4.1三相异步电动机的结构和工作原理035
4.1.1三相异步电动机的基本结构035
4.1.2三相异步电动机的旋转磁场036
4.1.3三相异步电动机的工作原理039
4.2三相异步电动机的额定参数040
4.3三相异步电动机的转矩与机械特性042
4.3.1三相异步电动机的定子电路和转子电路042
4.3.2三相异步电动机的转矩045
4.3.3三相异步电动机的机械特性046
4.4三相异步电动机的启动特性049
4.4.1鼠笼式异步电动机的启动方法049
4.4.2线绕式异步电动机的启动方法052
4.5三相异步电动机的调速方法与特性054
4.5.1调压调速054
4.5.2转子电路串电阻调速055
4.5.3改变极对数调速055
4.5.4变频调速055
习题056

第5章控制电动机057
5.1步进电动机057
5.1.1步进电动机的分类与工作原理057
5.1.2步进电动机的特点061
5.2直流伺服电动机062
5.3交流伺服电动机062
5.3.1交流伺服电动机的基本结构063
5.3.2无刷直流电动机063
5.3.3正弦波永磁同步电动机065
5.4直线电动机066
5.4.1直线异步电动机的结构066
5.4.2直线异步电动机的工作原理067
5.4.3直线电动机的特点及应用068
习题068

第6章继电接触器控制070
6.1常用低压电器070
6.1.1接触器072
6.1.2继电器075
6.1.3保护电器079
6.1.4主令电器080
6.2电气原理图083
6.2.1电气原理图中的图形符号和文字符号083
6.2.2电气原理图的绘制原则085
6.3基本控制线路086
6.3.1异步电动机的启动控制电路086
6.3.2异步电动机的正反转控制电路089
6.3.3异步电动机的制动控制电路091
6.3.4其他控制电路093
6.4继电接触器控制系统设计094
6.4.1继电接触器控制系统设计的基本原则094
6.4.2电气控制线路设计方法举例095
习题096

第7章可编程控制器098
7.1可编程控制器基础098
7.1.1PLC的产生和发展098
7.1.2PLC的基本组成100
7.1.3PLC的分类101
7.1.4PLC的编程语言102
7.1.5PLC的工作过程103
7.2PLC的编程等效元件104
7.3基本指令107
7.4梯形图设计113
7.4.1梯形图程序设计规则与方法113
7.4.2继电接触器控制电路与梯形图程序设计比较115
7.4.3PLC应用举例116
7.5状态转移图与步进指令121
7.6功能指令130
7.6.1功能指令的表达形式130
7.6.2数据长度130
7.6.3指令执行方式131
7.6.4功能指令简介131
习题137

第8章电力电子器件139
8.1电力半导体器件139
8.1.1晶闸管139
8.1.2晶体管146
8.1.3电力半导体器件的发展现况146
8.2可控整流电路148
8.2.1单相半波可控整流电路148
8.2.2单相桥式可控整流电路150
8.2.3三相可控整流电路155
8.3斩波电路与PWM技术 160
8.3.1斩波电路的分类160
8.3.2PWM技术166
8.4电力半导体器件的驱动167
8.4.1晶闸管的触发电路168
8.4.2典型全控型器件的驱动电路169
习题171

第9章机电传动的闭环控制系统173
9.1机电传动控制系统的分类173
9.2按静态误差分类的闭环直流调速系统173
9.2.1有静差调速系统174
9.2.2无静差调速系统183
9.3双闭环直流调速系统185
9.3.1转速、电流双闭环调速系统的组成185
9.3.2转速、电流双闭环调速系统的静态与动态分析186
9.4直流脉宽调制调速系统（PWM系统）188
9.4.1晶体管脉宽调速系统的基本工作原理188
9.4.2晶体管脉宽调速系统的主要特点189
9.4.3晶体管脉宽调速系统的组成189
9.4.4晶体管脉宽调速系统的分析194
9.5计算机闭环控制系统195
9.5.1用微机取代ASR、ACR两个电子调节器的系统196
9.5.2保留ASR、ACR两个电子调节器的微机控制系统196
9.5.3微机控制的双闭环直流调速系统197
9.5.4微机控制的多闭环系统198
9.5.5数字伺服系统199
习题201

习题参考答案203

附录1电气图用文字符号和图形符号227

附录2常用电器元件主要技术数据232

参考文献235

前言
随着人工智能、机器人及高端装备制造领域新技术的迅猛发展，机电传动控制正经历着前所未有的变革。为适应技术发展与教学改革的需求，编者根据使用教材的一线教师的意见和学生的使用情况，对本书进行了再版修订。修订内容如下：
第2章机电传动系统的动力学基础，强调了多轴传动系统的基本分析方法与多轴传动系统的动力学方程的推导，指出了多轴传动系统的动力学分析的传递法与折算法的本质区别。
第5章控制电动机，针对机器人、精密自动化设备中的高动态性能驱动系统的发展情况，精简了步进电动机和正弦波永磁同步电动机的电磁转矩的内容，补充了关节伺服电机、无框伺服电机的介绍，为学生参加相关机器人学科竞赛、后续数控机床的电主轴等知识的学习提供引导。
第6章继电接触器控制，按照新的国家标准，删减了部分旧的文字和图形符号。考虑到现有电气图纸淘汰会有滞后时间，在部分电路图中保留了行业和企业惯用的热继电器的文字符号TH。
第7章可编程控制器，进一步优化了PLC应用举例，提高了状态转移图及梯形图表达的规范性，纠正了个别的遗漏失误。
需要指出的是：习题参考答案并非唯一，特别是有的参考答案并不完整，而是给出了相关提示，希望能因势利导，让读者经过自己的思考找到正确解决方案，提高分析问题、解决问题的能力。
本书提供了PPT课件及基于传递法的“多轴传动系统的动力学分析与创新”的授课视频，供师生和读者参考，如有需要，请发电子邮件至cipedu@163.com获取，或登录www.cipedu.com.cn免费下载。
本书再版得益于很多高校教师及企业工程师们的宝贵建议，在此表示衷心感谢。
限于编者水平，书中疏漏之处敬请读者提出宝贵意见，谢谢！

编者
2025年7月




第一版前言
生产机械的先进性和电气自动化程度反映了一个国家的工业发展水平，现代化机械设备和生产系统是机电一体化的综合系统，电气传动与控制已成为现代化机械的重要组成部分。机电传动与控制课程是机械设计制造及其自动化专业、机械电子工程专业的核心课程，主要研究和解决与生产机械电气传动控制有关的问题。驱动电动机、电力拖动、继电器接触器控制、可编程序控制器、电力电子技术知识都集中在这一门课程中。机电传动控制课程的任务是使学生了解机电传动控制的一般知识，学会电机、电器、电子器件及可编程序控制器的工作原理及使用方法，掌握常用的开环、闭环控制系统的工作过程、特点、性能及应用场所，了解最新控制技术在机械设备中的应用。
本书根据《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》并参考普通高等学校本科工程教育认证标准，按照减少学时、强调基本方法、注重提高学生处理复杂工程问题能力的原则进行编写。
本书主要特点如下：
① 从最基本的物理学原理和力学分析方法出发，推导机电传动系统动力学方程，有利于培养学生严密的逻辑思维习惯和敢于挑战、勇于创新的思想理念，提高学生解决复杂工程问题的能力。
② 充实机电传动控制系统重要的先进技术和代表机电传动控制的发展水平与发展方向的内容，具体体现在增加机电传动控制系统的双闭环、三闭环控制知识，为后续机器人课程、数控技术课程，特别是其中的多坐标联动轨迹控制打下基础；顺应新工科教学改革的大方向和工程教育专业认证精简理论学时的特殊要求，精简步进电机及其控制系统的内容，注重基本原理。
③ 优化继电器接触器控制系统与可编程控制器的内容，强调基本的设计方法，归纳总结这两种系统的本质区别与设计过程遵循的共同规律。
④ 本书的内容已制作成用于多媒体教学的PPT课件，如有需要，请发电子邮件至cipedu@163.com获取，或登录www.cipedu.com.cn免费下载。
本书可作为高等院校机械设计制造及其自动化、机械电子工程、车辆工程专业及高职、电大、函大、网大学生和其他机械类与相近专业教材，亦可供从事机电一体化工作的工程技术人员参考。为方便学习，书末附有各章节部分习题的求解参考。
郑州工业应用技术学院李伟、李瑞芳和郑州科技学院赵纪国是本书的主编，负责全书的统编和定稿。郑州科技学院赵纪国负责第1章～第3章和附录的编写；郑州工业应用技术学院王国虎主要负责第4章、第5章的编写；郑州工业应用技术学院田彦彦主要负责第6章、第7章的编写；郑州工业应用技术学院张翠杰主要负责第8章、第9章的编写；郑州工业应用技术学院许洋洋、王婷对本书提出了许多宝贵意见，促进了本书的修改。
限于编者水平，书中难免有不足之处，恳请批评指正。

编者
2019年6月