出版说明

为适应我国对高等学校自动化专业人才培养的需要，配合各高校教学改革的进程，创建一套符合自动化专业培养目标和教学改革要求的新型自动化专业系列教材，“教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会”（简称“教指委”）联合了“中国自动化学会教育工作委员会”、“中国电工技术学会高校工业自动化教育专业委员会”、“中国系统仿真学会教育工作委员会”和“中国机械工业教育协会电气工程及自动化学科委员会”四个委员会，以教学创新为指导思想，以教材带动教学改革为方针，设立专项资助基金，采用全国公开招标方式，组织编写出版一套自动化专业系列教材——《全国高等学校自动化专业系列教材》。

本系列教材主要面向本科生，同时兼顾研究生；  覆盖面包括专业基础课、专业核心课、专业选修课、实践环节课和专业综合训练课；  重点突出自动化专业基础理论和前沿技术；  以文字教材为主，适当包括多媒体教材；  以主教材为主，适当包括习题集、实验指导书、教师参考书、多媒体课件、网络课程脚本等辅助教材；  力求做到符合自动化专业培养目标、反映自动化专业教育改革方向、满足自动化专业教学需要；  努力创造使之成为具有先进性、创新性、适用性和系统性的特色品牌教材。

本系列教材在“教指委”的领导下，从2004年起，通过招标机制，计划用3~4年时间出版50本左右教材，2006年开始陆续出版问世。为满足多层面、多类型的教学需求，同类教材可能出版多种版本。

本系列教材的主要读者群是自动化专业及相关专业的大学生和研究生，以及相关领域和部门的科学工作者和工程技术人员。我们希望本系列教材既能为在校大学生和研究生的学习提供内容先进、论述系统和适于教学的教材或参考书，也能为广大科学工作者和工程技术人员的知识更新与继续学习提供适合的参考资料。感谢使用本系列教材的广大教师、学生和科技工作者的热情支持，并欢迎提出批评和意见。

《全国高等学校自动化专业系列教材》编审委员会

2005年10月于北京

序

自动化学科有着光荣的历史和重要的地位，20世纪50年代我国政府就十分重视自动化学科的发展和自动化专业人才的培养。五十多年来，自动化科学技术在众多领域发挥了重大作用，如航空、航天等，“两弹一星”的伟大工程就包含了许多自动化科学技术的成果。自动化科学技术也改变了我国工业整体的面貌，不论是石油化工、电力、钢铁，还是轻工、建材、医药等领域都要用到自动化手段，在国防工业中自动化的作用更是巨大的。现在，世界上有很多非常活跃的领域都离不开自动化技术，比如机器人、月球车等。另外，自动化学科对一些交叉学科的发展同样起到了积极的促进作用，例如网络控制、量子控制、流媒体控制、生物信息学、系统生物学等学科就是在系统论、控制论、信息论的影响下得到不断的发展。在整个世界已经进入信息时代的背景下，中国要完成工业化的任务还很重，或者说我们正处在后工业化的阶段。因此，国家提出走新型工业化的道路和“信息化带动工业化，工业化促进信息化”的科学发展观，这对自动化科学技术的发展是一个前所未有的战略机遇。

机遇难得，人才更难得。要发展自动化学科，人才是基础、是关键。高等学校是人才培养的基地，或者说人才培养是高等学校的根本。作为高等学校的领导和教师始终要把人才培养放在第一位，具体对自动化系或自动化学院的领导和教师来说，要时刻想着为国家关键行业和战线培养和输送优秀的自动化技术人才。

影响人才培养的因素很多，涉及教学改革的方方面面，包括如何拓宽专业口径、优化教学计划、增强教学柔性、强化通识教育、提高知识起点、降低专业重心、加强基础知识、强调专业实践等，其中构建融会贯通、紧密配合、有机联系的课程体系，编写有利于促进学生个性发展、培养学生创新能力的教材尤为重要。清华大学吴澄院士领导的《全国高等学校自动化专业系列教材》编审委员会，根据自动化学科对自动化技术人才素质与能力的需求，充分吸取国外自动化教材的优势与特点，在全国范围内，以招标方式，组织编写了这套自动化专业系列教材，这对推动高等学校自动化专业发展与人才培养具有重要的意义。这套系列教材的建设有新思路、新机制，适应了高等学校教学改革与发展的新形势，立足创建精品教材，重视实践性环节在人才培养中的作用，采用了竞争机制，以激励和推动教材建设。在此，我谨向参与本系列教材规划、组织、编写的老师致以诚挚的感谢，并希望该系列教材在全国高等学校自动化专业人才培养中发挥应有的作用。

教授

2005年10月于教育部

序

《全国高等学校自动化专业系列教材》编审委员会在对国内外部分大学有关自动化专业的教材做深入调研的基础上，广泛听取了各方面的意见，以招标方式，组织编写了一套面向全国本科生（兼顾研究生）、体现自动化专业教材整体规划和课程体系、强调专业基础和理论联系实际的系列教材，自2006年起将陆续面世。全套系列教材共50多本，涵盖了自动化学科的主要知识领域，大部分教材都配置了包括电子教案、多媒体课件、习题辅导、课程实验指示书等立体化教材配件。此外，为强调落实“加强实践教育，培养创新人才”的教学改革思想，还特别规划了一组专业实验教程，包括《自动控制原理实验教程》、《运动控制实验教程》、《过程控制实验教程》、《检测技术实验教程》和《计算机控制系统实验教程》等。

自动化科学技术是一门应用性很强的学科，面对的是各种各样错综复杂的系统，控制对象可能是确定性的，也可能是随机性的；  控制方法可能是常规控制，也可能需要优化控制。这样的学科专业人才应该具有什么样的知识结构，又应该如何通过专业教材来体现，这正是“系列教材编审委员会”规划系列教材时所面临的问题。为此，设立了《自动化专业课程体系结构研究》专项研究课题，成立了由清华大学萧德云教授负责，包括清华大学、上海交通大学、西安交通大学和东北大学等多所院校参与的联合研究小组，对自动化专业课程体系结构进行深入的研究，提出了按“控制理论与工程、控制系统与技术、系统理论与工程、信息处理与分析、计算机与网络、软件基础与工程、专业课程实验”等知识板块构建的课程体系结构。以此为基础，组织规划了一套涵盖几十门自动化专业基础课程和专业课程的系列教材。从基础理论到控制技术，从系统理论到工程实践，从计算机技术到信号处理，从设计分析到课程实验，涉及的知识单元多达数百个、知识点几千个，介入的学校50多所，参与的教授120多人，是一项庞大的系统工程。从编制招标要求、公布招标公告，到组织投标和评审，最后商定教材大纲，凝聚着全国百余名教授的心血，为的是编写出版一套具有一定规模、富有特色的、既考虑研究型大学又考虑应用型大学的自动化专业创新型系列教材。

然而，如何进一步构建完善的自动化专业教材体系结构？如何建设基础知识与最新知识有机融合的教材？如何充分利用现代技术，适应现代大学生的接受习惯，改变教材单一形态，建设数字化、电子化、网络化等多元形态、开放性的“广义教材”？等等，这些都还有待我们进行更深入的研究。

本套系列教材的出版，对更新自动化专业的知识体系、改善教学条件、创造个性化的教学环境，一定会起到积极的作用。但是由于受各方面条件所限，本套教材从整体结构到每本书的知识组成都可能存在许多不当甚至谬误之处，还望使用本套教材的广大教师、学生及各界人士不吝批评指正。

院士

2005年10月于清华大学

前言

本书根据全国高等学校自动化专业教学指导委员会制定的教材规划，并按照《全国高等学校自动化专业系列教材》编审委员会拟订的《电机与拖动》教材大纲编写而成。

随着电机及其控制理论的不断发展，各门学科的渗透，运动控制（或电气传动）领域已发生根本性的变化。许多新思想、新方法在该领域得到应用，许多新原理电机不断涌现。为了能够既保留传统知识的精华，又尽可能反映上述最新进展情况，满足当前工业现场对“电机与拖动”课程的要求，笔者结合多年来的教学体会和科研经验，参考了国内外许多参考文献，并根据本科教学改革的经验以及传统教材所暴露的问题，编写了这本《电机与拖动》教材。

与传统教材相比，本教材在体系结构上作了较大调整，角度独特，内容新颖。主要表现在：(1)将《电机学》与《电力拖动基础》教材有机地融为一体，以节省传统内容的教学时间；(2)重在介绍基本概念、基本运行原理与基本运行特性，并强调实用；(3)为适应当前工业发展的需要，增加了不少电机与系统结合以及新型电机的内容，如变流器供电下直流电机的机械特性、三相鼠笼式异步电动机的软起动、正弦波永磁同步电动机与永磁无刷直流电动机、开关磁阻电机以及超声波电机、步进电机的细分驱动等；(4)增加了有关MATLAB的仿真内容，有利于读者借助计算机手段加深对内容的体会和理解；(5)在内容阐述上，服务于系统，并从电力电子变流器供电角度入手对有关电机与拖动的问题进行分析与讨论。除此之外，每一章还单独安排了内容简介、本章小结等内容，以方便自学。

本教材是在原讲义基础上改编而成的，吸取了国内外许多优秀教材的精华。编者对这些优秀教材不可能一一列出，但其中不能不提到的有：顾绳谷编写的《电机及拖动基础》、李发海编写的《电机与拖动基础》、A.E.Fitzgerald编写的《Electric Machinery》（Six Edition）、B.K. Bose编写的《Modern Power Electronics and AC Drives》、陈伯时编写的《电力拖动自动控制系统》。编者对上述教材的作者所做出的贡献表示由衷的敬意，并感谢他们为本教材所提供的出色基础。 此外，编者也要对本教材其他参考文献的作者表示衷心谢意。本教材适用对象为工业自动化、电气自动化以及机电一体化等专业的本科生，也可作为相关专业“运动控制”课程的基础性教材。对于长期从事运动控制领域的工程技术人员更新知识，并了解本领域的最新成果，本教材也具有重要的参考价值。

本教材由刘锦波教授担任主编，负责教材的体系结构和统编工作。其中，第4章和第7章由张承慧教授编写；第13章由刘玫教授编写；其余各章内容均由刘锦波教授编写。

本教材承蒙上海大学的陈伯时教授担任主审，并自始至终给予本教材以极大的关注。陈教授热情的指导、严谨的学风以及渊博的知识，使编者受益匪浅，相信也会使本教材增辉不少。浙江大学的陈永校教授、山东大学的胡颂尧教授也对本教材提出了许多宝贵的意见和建议。对此，编者向他们以及对本教材给予过关怀和帮助的其他同仁们表示衷心感谢。

此外，编者还要感谢的是《全国高等学校自动化专业系列教材》编审委员会为编者提供了这次宝贵的机会，特别要感谢的是清华大学自动化系萧德云教授以及清华大学出版社王一玲编辑，他们为本教材付出了辛勤劳动。

本教材得到了清华大学出版社出版基金、教育部留学归国人员启动基金(2003.406)和山东省中青年科学家基金（03BS093）的资助。

编教材难，编一本好教材更难。本教材从下笔、修改到最终定稿历时一年半多的时间，编者深知个中的滋味。尽管如此，本教材还是力图将有关内容及最新成果以最简洁、通俗的方式呈现给广大读者。由于编者水平有限，书中难免存在不少错误和不当之处，恳请广大读者批评指正。

作者

2006年2月