交流电机数字控制系统（第3版） 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

内容简介

　　本书全面系统地介绍了现代交流电机控制系统的基本原理、设计方法和数字控制技术，在介绍了交流电机数字控制系统的理论基础和硬件基础之后，分别阐述了交流电机控制系统的不同控制方法及其数字化的实现，重点介绍了已得到广泛应用的矢量控制系统、直接转矩控制系统的控制原理、控制规律和设计方法，并对无速度传感器控制系统和同步电机控制系统也给予了详细的介绍。
　　本次修订，第2章，增加一些新的硬件设计方案，如CPLD和FPGA的方案等。第3章增加近在高铁和地铁中用得比较多的特定消谐PWM、中间60°调制PWM、SVPWM过调制、方波调制等。第4章，增加近研究比较多的模糊控制、模型预测控制(MPC)、多相电机矢量控制、双馈电机控制等。第6章，对永磁同步电机PMSM部分的内容进行较大修订。
　　本书适宜于从事电气传动自动化、电机及其控制、电力电子技术的科技人员阅读，也可作为大专院校有关教师、研究生和高年级本科生的教学参考书。

作者简介

　　李永东，教授、博士生导师，“天山学者”特聘教授； 清华大学 电力电子工程研究中心副主任。主要研究方向为大容量电力电子变换器及其在调速节能领域的应用，交流电机的全数字化控制及其在数控机床、高铁电力牵引和舰船电力推进中的应用，新能源发电等。主持国家自然基金项目4项、国家863项目和支撑计划项目各1项，中英、法、美、日、韩等国际合作交流项目10项，台达科教基金一般项目和重点项目各1项、其他横向及军工项目几十项。完成我国首台工业化高压大容量变频器的研制和生产，推广后产生巨大经济和社会效益。大功率风电机组研制和示范项目获中国机械工程学会特等奖1项。曾任“电力系统”国家重点实验室副主任兼电力电子分室主任，清华大学研究生院培养处副处长，国际交流与合作委员会委员，新疆大学电气学院院长。现任清华大学电力电子工程研究中心副主任，IEEE IAS Beijing Chapter Chairman，中国电工技术学会高级会员，电力电子学会副理事长，中国电工技术学会电控装置及系统专委会副主任委员，中国自动化学会电气自动化专委会副主任委员，学术委员会主任。出版专著3部，发表论文300多篇，其中SCI收录10余篇，EI收录100余篇。担任Journal of Electrical Engineering和ELECTROMOTION等国际刊物编委，PCIM Asia会议国际指导委员会委员。

目录

《电气自动化新技术丛书》序言
第6届《电气自动化新技术丛书》编辑委员会的话
前言
绪论
0.1 交流电机控制系统的发展和现状
0.2 交流电机控制系统的类型
0.3 交流电机数字控制系统的特点
0.4 数字控制系统的一般问题
第1章 数字控制系统的理论基础
1.1 概述
1.2 连续域等效设计法
1.2.1 数字控制系统的性能要求
1.2.2 连续域离散化的方法
1.2.3 数字PID控制
1.2.4 数字PID控制的改进
1.3数字控制系统的z变换分析
1.3.1 z变换及其性质
1.3.2 数字控制系统的脉冲传递函数
1.4 数字控制系统的离散化设计
1.4.1 最少拍系统的设计
1.4.2 最少拍无纹波系统的设计
1.4.3 数字调节器的实现
1.5 数字控制系统的状态空间分析和设计
1.5.1 数字控制系统的状态空间方程
1.5.2 数字控制系统的一般性质
1.5.3 状态空间设计法
1.5.4 状态观测器
1.6 数字控制系统软件设计的实际考虑
1.6.1 数字控制系统软件设计
1.6.2 量化误差与比例因子
1.6.3 数据处理及数字滤波
参考文献
第2章 交流电机数字控制系统硬件基础
2.1 概述
2.2 微机控制系统硬件设计的一般问题
2.2.1 交流电机数字控制系统的设计方法和步骤
2.2.2 交流电机的数字控制系统总体方案的确定
2.2.3 微处理器芯片的选择
2.3 微处理器和控制芯片简介
2.3.1 单片机
2.3.2 数字信号处理器（DSP）
2.3.3 精简指令集计算机(RISC)
2.3.4 并行处理器和并行DSP
2.3.5 专用集成电路(ASIC)
2.4 交流电机数字化控制系统构成
2.4.1 总线系统
2.4.2 接口和外围设备
2.4.3 实时控制
2.4.4 信号检测
2.5 系统开发和集成
2.5.1 对开发系统的要求
2.5.2 通用数字化开发平台
2.5.3 硬件系统设计中的抗干扰问题
参考文献
第3章 电压型PWM变频调速异步电机数字控制系统
3.1 概述
3.2 变频调速的基本原理
3.2.1 变压变频（VVVF）控制原理
3.2.2 异步电机变压变频时的机械特性
3.3 电压型PWM变频器
3.3.1 电压型PWM变频器的主电路
3.3.2 PWM技术分类
3.3.3 PWM性能指标
3.4 正弦PWM技术
3.4.1 电压正弦PWM技术
3.4.2 电流正弦PWM技术
3.4.3 磁通正弦PWM技术
3.5 其他PWM技术
3.5.1 优化PWM技术
3.5.2 随机PWM技术
3.5.3 SVPWM过调制技术
3.5.4 同步调制PWM技术
3.5.5 小结
3.6 PWM变频调速异步电机开环控制
3.6.1 开环变频调速系统
3.6.2 开环通用变频器的软件设计
3.7 异步电机转速闭环控制系统
3.7.1 转差频率控制系统构成
3.7.2 转差频率控制系统的起动过程分析
3.7.3 转差频率控制系统的特点
参考文献
第4章 全数字化异步电机矢量控制系统
4.1 概述
4.2 异步电机矢量控制原理
4.2.1 异步电机数学模型
4.2.2 转子磁场定向矢量控制原理
4.2.3 转差频率矢量控制原理
4.2.4 气隙磁场定向矢量控制原理
4.2.5 定子磁场定向矢量控制原理
4.2.6 定子电压定向矢量控制系统
4.2.7 双馈电机矢量控制系统
4.2.8 异步电机矢量控制系统的基本环节
4.3 全数字化矢量控制系统设计
4.3.1 转子磁场定向矢量控制系统调节器设计
4.3.2 矢量控制中的电流调节器
4.3.3 基于模型预测控制的矢量控制
4.3.4 全数字化矢量控制系统硬件和软件构成
4.4 矢量控制中的磁通观测
4.4.1 开环观测模型
4.4.2 闭环观测模型
4.5 无速度传感器异步电机矢量控制系统
4.5.1 动态速度估计器法
4.5.2 基于PI调节器的自适应法
4.5.3 自适应速度观测器
4.5.4 转子齿谐波法
4.5.5 高频注入法
4.5.6 神经元网络法
参考文献
第5章 全数字化异步电机直接转矩控制系统
5.1 概述
5.2 直接转矩控制基本原理
5.2.1 电机数学模型
5.2.2 空间矢量PWM逆变器
5.2.3 磁链和转矩闭环控制原理
5.3 磁链和转矩控制性能分析
5.3.1 磁链控制性能分析
5.3.2 转矩控制性能分析
5.3.3 磁通和转矩的估算和观测
5.4 全数字化控制系统的实现
5.4.1 电压矢量的选择
5.4.2 控制系统硬件的实现
5.4.3 低速控制性能分析
5.4.4 改进算法
5.5 无速度传感器直接转矩控制
5.5.1 直接计算法
5.5.2 模型参考自适应法（MRAS）
参考文献
第6章 全数字化同步电机控制系统
6.1 概述
6.2 电励磁同步电机数学模型
6.3 电励磁同步电机高性能闭环控制
6.4 永磁同步电动机及其数学模型
6.4.1 永磁同步电机结构
6.4.2 永磁同步电机数学模型
6.4.3 永磁同步电机的电磁转矩方程
6.4.4 永磁同步电机的机械传感器
6.5 PMSM数字控制系统
6.5.1 永磁同步电机电流控制策略
6.5.2 数字化PMSM伺服系统总体设计
6.5.3 全数字PMSM伺服系统的性能
6.6 永磁同步电机无机械传感器控制
6.6.1 永磁同步电机无机械传感器技术概述
6.6.2 利用定子端电压和电流计算的方法
6.6.3 观测器基础上的估算方法
6.6.4 模型参考自适应法
6.6.5 基于高频信号注入的估算方法
6.6.6 人工智能理论基础上的估算方法
6.7 转子初始位置的检测策略
参考文献
附录
附录A交流异步电机多变量数学模型及广义派克方程
A.1 三相电机模型
A.2 坐标变换
A.3 广义派克方程及其复变形式
A.4 在同步旋转坐标系上的数学模型及状态方程
A.5 静止α�拨伦�标系下的异步电机数学模型
附录B 自动控制系统的工程设计法
B.1 工程设计方法的基本思路和要求
B.2 典型系统
B.3 典型系统参数和性能指标的关系
B.4 非典型系统的典型化
附录C 变频器控制下的异步电机参数测量
C.1 定子电阻测量方法说明
C.2 短路实验方法
C.3 空载实验方法
参考文献

前言/序言

　　交流电机控制系统由于不存在直流电机控制系统维护困难和难以实现高速驱动等缺点，近年来发展很快。其突出的优点是：电机制造成本低，结构简单，维护容易，可以实现高压大功率及高速驱动，适宜在恶劣条件下工作，系统成本将不断下降，并能获得和直流电机控制系统相媲美或更好的控制性能。欧美及日本在20世纪80年代初已经推出一系列商品化的高性能全数字化交流电机控制系统和产品。我国也有不少单位在研究、开发和引进交流电机控制系统的技术、元器件和装备，取得了一些有价值的研究成果，推广了一批较成熟的交流电机控制技术，引起了国家有关部门的重视，初步形成了研究、推广、应用交流电机控制系统的热潮。
　　交流电机控制技术虽然经过了多年的迅速发展，但至今仍是国内外学者和工业界研究的重要课题。尤其是微处理器应用于交流电机控制系统以来，控制系统结构发生了很大变化，硬件大大简化，软件实现的功能不但越来越复杂，而且日新月异。目前，交流电机控制已经成为一门集电机、电力电子、自动化、计算机控制和数字仿真于一体的新兴学科。因此，了解和掌握交流电机数字控制系统的工作原理和设计方法，不但可以根据实际需要选择合理的控制方案，以达到投资和收益最佳，而且对消化吸收国外引进技术不无裨益，同时对进一步深入研究和发展交流电机的控制理论和方法也是必不可少的。
　　全书共分６章及3个附录。绪论简述了交流电机控制系统的发展和基本类型，及数字控制系统的一般问题和交流电机数字控制系统的特点。第１章主要介绍数字控制系统的理论基础，给出这些理论的一般性结论，并试图在以后各章中把它们应用到实际系统的设计中。第２章对最新的３２位数字信号处理器（DSP）和一些新的主流单片机做了介绍，增加了一些最新的硬件设计方案，如CPLD和FPGA方案等。第３章介绍电压型ＰＷＭ变频调速异步电机控制系统的基本原理，重点是获得广泛应用的ＰＷＭ技术（尤其是空间电压矢量ＰＷＭ技术）和通用变频器的数字化实现，增加了在高铁和地铁中用得比较多的特定消谐PWM、中间60°调制PWM、SVPWM过调制、方波调制等。第４章介绍了异步电机矢量控制系统及其数字化实现，重点是得到广泛应用的磁场定向矢量控制系统及其他高性能控制方法，内容涉及磁通观测、电流调节和无速度传感器系统，增加了最近研究比较多的模糊控制、模型预测控制（MPC）、多相电机矢量控制、双馈电机控制等。第５章介绍全数字化直接转矩控制系统的最新发展和硬软件结构。第６章介绍同步电机数字控制系统的实现，对永磁同步电机PMSM部分的内容进行较大修订。在研究和应用交流电机数字控制系统时，必须了解交流电机多变量强耦合的本质及其动态描述方程，并找出各种坐标变换下电机动态方程的本质联系及电机动态过程中输入（电压、电流）和输出（转矩及转速）之间的关系，但这方面的推导和内容对工程技术人员来讲略显繁杂，故将其放入附录Ａ中。附录B为自动控制系统的经典设计方法，在设计交流电机调速系统中也是必须知道的。总之，读者可根据不同的控制目标和要求，决定采用何种控制方法及其数字化实现方案。控制目标和方法的不同，导致控制算法和系统硬软件结构的很大差别。新增附录C为变频器控制下的异步电机参数测量。
　　在本书的第１版中，本人的同事和研究生参与完成了大量的整理和编辑工作。其中，冬雷完成了第２章大部分内容的编写工作及第３章的部分内容；陈杰完成了第４章大部分内容的编写工作及第１章的部分内容；李明才完成了第１章大部分内容；曾毅完成了第５章大部分内容；侯轩完成了第６章大部分内容；孙涓涓参与了第２章的编写和第４章及附录B的整理工作。此外，谭卓辉、胡虎、曲树笋、李敏、梁艳、苑国锋和刘永恒等同学也参与了很多章节的整理、录入及编辑工作。李永东和王长江制订了本书最初的编写大纲，李永东并负责前言、绪论、第３～５章的初稿及附录A的撰写和全书的统一修改、润色和审定工作。
　　本书的第２版和第３版的修订工作主要由郑泽东副教授完成，李永东教授进行整体筹划和审定，在DSP控制软硬件、异步电机双馈控制和永磁电机控制方面增加了不少内容。
　　衷心感谢读者对本书的支持，我们会继续吸收大家的意见，对本书内容不断进行修订，以使大家能够更好地掌握和应用交流电机数字控制方法，推动我国交流电机高性能控制技术的不断进步。
　　作者
　　2016年10月于清华园
　　科学技术的发展，对于改变社会的生产面貌，推动人类文明向前发展，具有极其重要的意义。电气自动化技术是多种学科的交叉综合，特别在电力电子、微电子及计算机技术迅速发展的今天，电气自动化技术更是日新月异。毫无疑问，电气自动化技术必将在建设“四化”、提高国民经济水平中发挥重要的作用。
　　为了帮助在经济建设第一线工作的工程技术人员能够及时熟悉和掌握电气自动化领域中的新技术，中国自动化学会电气自动化专业委员会和中国电工技术学会电控系统与装置专业委员会联合成立了《电气自动化新技术丛书》编辑委员会，负责组织编辑《电气自动化新技术丛书》。丛书将由机械工业出版社出版。
　　本丛书有如下特色：
　　一、本丛书是专题论著，选题内容新颖，反映电气自动化新技术的成就和应用经验，适应我国经济建设急需。
　　二、理论联系实际，重点在于指导如何正确运用理论解决实际问题。
　　三、内容深入浅出，条理清晰，语言通俗，文笔流畅，便于自学。
　　本丛书以工程技术人员为主要读者，也可供科研人员及大专院校师生参考。
　　编写出版《电气自动化新技术丛书》，对于我们是一种尝试，难免存在不少问题和缺点，希广大读者给予支持和帮助，并欢迎大家批评指正。

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