交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)（第3版）
定 價(jià)：69 元
叢書名：智能制造與裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)叢書
- 作者：李永東 鄭澤東
- 出版時(shí)間：2017/3/1
- ISBN：9787111548317
- 出 版 社：機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TM340.12
- 頁碼：316
- 紙張：膠版紙
- 版次：3
- 開本：16開
本書全面系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)代交流電機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理、設(shè)計(jì)方法和數(shù)字控制技術(shù)，在介紹了交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)和硬件基礎(chǔ)之后，分別闡述了交流電機(jī)控制系統(tǒng)的不同控制方法及其數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)介紹了已得到廣泛應(yīng)用的矢量控制系統(tǒng)、直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的控制原理、控制規(guī)律和設(shè)計(jì)方法，并對(duì)無速度傳感器控制系統(tǒng)和同步電機(jī)控制系統(tǒng)也給予了詳細(xì)的介紹。
本次修訂，第2章，增加一些新的硬件設(shè)計(jì)方案，如CPLD和FPGA的方案等。第3章增加近在高鐵和地鐵中用得比較多的特定消諧PWM、中間60調(diào)制PWM、SVPWM過調(diào)制、方波調(diào)制等。第4章，增加近研究比較多的模糊控制、模型預(yù)測(cè)控制(MPC)、多相電機(jī)矢量控制、雙饋電機(jī)控制等。第6章，對(duì)永磁同步電機(jī)PMSM部分的內(nèi)容進(jìn)行較大修訂。
本書適宜于從事電氣傳動(dòng)自動(dòng)化、電機(jī)及其控制、電力電子技術(shù)的科技人員閱讀，也可作為大專院校有關(guān)教師、研究生和高年級(jí)本科生的教學(xué)參考書。
交流電機(jī)控制系統(tǒng)由于不存在直流電機(jī)控制系統(tǒng)維護(hù)困難和難以實(shí)現(xiàn)高速驅(qū)動(dòng)等缺點(diǎn)，近年來發(fā)展很快。其突出的優(yōu)點(diǎn)是：電機(jī)制造成本低，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)容易，可以實(shí)現(xiàn)高壓大功率及高速驅(qū)動(dòng)，適宜在惡劣條件下工作，系統(tǒng)成本將不斷下降，并能獲得和直流電機(jī)控制系統(tǒng)相媲美或更好的控制性能。歐美及日本在20世紀(jì)80年代初已經(jīng)推出一系列商品化的高性能全數(shù)字化交流電機(jī)控制系統(tǒng)和產(chǎn)品。我國也有不少單位在研究、開發(fā)和引進(jìn)交流電機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)、元器件和裝備，取得了一些有價(jià)值的研究成果，推廣了一批較成熟的交流電機(jī)控制技術(shù)，引起了國家有關(guān)部門的重視，初步形成了研究、推廣、應(yīng)用交流電機(jī)控制系統(tǒng)的熱潮。
交流電機(jī)控制技術(shù)雖然經(jīng)過了多年的迅速發(fā)展，但至今仍是國內(nèi)外學(xué)者和工業(yè)界研究的重要課題。尤其是微處理器應(yīng)用于交流電機(jī)控制系統(tǒng)以來，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，硬件大大簡化，軟件實(shí)現(xiàn)的功能不但越來越復(fù)雜，而且日新月異。目前，交流電機(jī)控制已經(jīng)成為一門集電機(jī)、電力電子、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)控制和數(shù)字仿真于一體的新興學(xué)科。因此，了解和掌握交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法，不但可以根據(jù)實(shí)際需要選擇合理的控制方案，以達(dá)到投資和收益最佳，而且對(duì)消化吸收國外引進(jìn)技術(shù)不無裨益，同時(shí)對(duì)進(jìn)一步深入研究和發(fā)展交流電機(jī)的控制理論和方法也是必不可少的。
全書共分６章及3個(gè)附錄。緒論簡述了交流電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展和基本類型，及數(shù)字控制系統(tǒng)的一般問題和交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。第１章主要介紹數(shù)字控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，給出這些理論的一般性結(jié)論，并試圖在以后各章中把它們應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。第２章對(duì)最新的３２位數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和一些新的主流單片機(jī)做了介紹，增加了一些最新的硬件設(shè)計(jì)方案，如CPLD和FPGA方案等。第３章介紹電壓型ＰＷＭ變頻調(diào)速異步電機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理，重點(diǎn)是獲得廣泛應(yīng)用的ＰＷＭ技術(shù)（尤其是空間電壓矢量ＰＷＭ技術(shù)）和通用變頻器的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，增加了在高鐵和地鐵中用得比較多的特定消諧PWM、中間60調(diào)制PWM、SVPWM過調(diào)制、方波調(diào)制等。第４章介紹了異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)及其數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)是得到廣泛應(yīng)用的磁場(chǎng)定向矢量控制系統(tǒng)及其他高性能控制方法，內(nèi)容涉及磁通觀測(cè)、電流調(diào)節(jié)和無速度傳感器系統(tǒng)，增加了最近研究比較多的模糊控制、模型預(yù)測(cè)控制（MPC）、多相電機(jī)矢量控制、雙饋電機(jī)控制等。第５章介紹全數(shù)字化直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的最新發(fā)展和硬軟件結(jié)構(gòu)。第６章介紹同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)永磁同步電機(jī)PMSM部分的內(nèi)容進(jìn)行較大修訂。在研究和應(yīng)用交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)時(shí)，必須了解交流電機(jī)多變量強(qiáng)耦合的本質(zhì)及其動(dòng)態(tài)描述方程，并找出各種坐標(biāo)變換下電機(jī)動(dòng)態(tài)方程的本質(zhì)聯(lián)系及電機(jī)動(dòng)態(tài)過程中輸入（電壓、電流）和輸出（轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速）之間的關(guān)系，但這方面的推導(dǎo)和內(nèi)容對(duì)工程技術(shù)人員來講略顯繁雜，故將其放入附錄Ａ中。附錄B為自動(dòng)控制系統(tǒng)的經(jīng)典設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中也是必須知道的�？傊�，讀者可根據(jù)不同的控制目標(biāo)和要求，決定采用何種控制方法及其數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方案�？刂颇繕�(biāo)和方法的不同，導(dǎo)致控制算法和系統(tǒng)硬軟件結(jié)構(gòu)的很大差別。新增附錄C為變頻器控制下的異步電機(jī)參數(shù)測(cè)量。
在本書的第１版中，本人的同事和研究生參與完成了大量的整理和編輯工作。其中，冬雷完成了第２章大部分內(nèi)容的編寫工作及第３章的部分內(nèi)容；陳杰完成了第４章大部分內(nèi)容的編寫工作及第１章的部分內(nèi)容；李明才完成了第１章大部分內(nèi)容；曾毅完成了第５章大部分內(nèi)容；侯軒完成了第６章大部分內(nèi)容；孫涓涓參與了第２章的編寫和第４章及附錄B的整理工作。此外，譚卓輝、胡虎、曲樹筍、李敏、梁艷、苑國鋒和劉永恒等同學(xué)也參與了很多章節(jié)的整理、錄入及編輯工作。李永東和王長江制訂了本書最初的編寫大綱，李永東并負(fù)責(zé)前言、緒論、第３～５章的初稿及附錄A的撰寫和全書的統(tǒng)一修改、潤色和審定工作。
本書的第２版和第３版的修訂工作主要由鄭澤東副教授完成，李永東教授進(jìn)行整體籌劃和審定，在DSP控制軟硬件、異步電機(jī)雙饋控制和永磁電機(jī)控制方面增加了不少內(nèi)容。
衷心感謝讀者對(duì)本書的支持，我們會(huì)繼續(xù)吸收大家的意見，對(duì)本書內(nèi)容不斷進(jìn)行修訂，以使大家能夠更好地掌握和應(yīng)用交流電機(jī)數(shù)字控制方法，推動(dòng)我國交流電機(jī)高性能控制技術(shù)的不斷進(jìn)步。
作者
2016年10月于清華園
李永東，教授、博士生導(dǎo)師，天山學(xué)者特聘教授； 清華大學(xué) 電力電子工程研究中心副主任。主要研究方向?yàn)榇笕萘侩娏﹄娮幼儞Q器及其在調(diào)速節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用，交流電機(jī)的全數(shù)字化控制及其在數(shù)控機(jī)床、高鐵電力牽引和艦船電力推進(jìn)中的應(yīng)用，新能源發(fā)電等。主持國家自然基金項(xiàng)目4項(xiàng)、國家863項(xiàng)目和支撐計(jì)劃項(xiàng)目各1項(xiàng)，中英、法、美、日、韓等國際合作交流項(xiàng)目10項(xiàng)，臺(tái)達(dá)科教基金一般項(xiàng)目和重點(diǎn)項(xiàng)目各1項(xiàng)、其他橫向及軍工項(xiàng)目幾十項(xiàng)。完成我國首臺(tái)工業(yè)化高壓大容量變頻器的研制和生產(chǎn)，推廣后產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。大功率風(fēng)電機(jī)組研制和示范項(xiàng)目獲中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)特等獎(jiǎng)1項(xiàng)。曾任電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任兼電力電子分室主任，清華大學(xué)研究生院培養(yǎng)處副處長，國際交流與合作委員會(huì)委員，新疆大學(xué)電氣學(xué)院院長�，F(xiàn)任清華大學(xué)電力電子工程研究中心副主任，IEEE IAS Beijing Chapter Chairman，中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，電力電子學(xué)會(huì)副理事長，中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)電控裝置及系統(tǒng)專委會(huì)副主任委員，中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)電氣自動(dòng)化專委會(huì)副主任委員，學(xué)術(shù)委員會(huì)主任。出版專著3部，發(fā)表論文300多篇，其中SCI收錄10余篇，EI收錄100余篇。擔(dān)任Journal of Electrical Engineering和ELECTROMOTION等國際刊物編委，PCIM Asia會(huì)議國際指導(dǎo)委員會(huì)委員。
《電氣自動(dòng)化新技術(shù)叢書》序言
第6屆《電氣自動(dòng)化新技術(shù)叢書》編輯委員會(huì)的話
前言
緒論
0.1 交流電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀
0.2 交流電機(jī)控制系統(tǒng)的類型
0.3 交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
0.4 數(shù)字控制系統(tǒng)的一般問題
第1章 數(shù)字控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)
1.1 概述
1.2 連續(xù)域等效設(shè)計(jì)法
1.2.1 數(shù)字控制系統(tǒng)的性能要求
1.2.2 連續(xù)域離散化的方法
1.2.3 數(shù)字PID控制
1.2.4 數(shù)字PID控制的改進(jìn)
1.3數(shù)字控制系統(tǒng)的z變換分析
1.3.1 z變換及其性質(zhì)
1.3.2 數(shù)字控制系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)
1.4 數(shù)字控制系統(tǒng)的離散化設(shè)計(jì)
1.4.1 最少拍系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1.4.2 最少拍無紋波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1.4.3 數(shù)字調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)
1.5 數(shù)字控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析和設(shè)計(jì)
1.5.1 數(shù)字控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程
1.5.2 數(shù)字控制系統(tǒng)的一般性質(zhì)
1.5.3 狀態(tài)空間設(shè)計(jì)法
1.5.4 狀態(tài)觀測(cè)器
1.6 數(shù)字控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的實(shí)際考慮
1.6.1 數(shù)字控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
1.6.2 量化誤差與比例因子
1.6.3 數(shù)據(jù)處理及數(shù)字濾波
參考文獻(xiàn)
第2章 交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)
2.1 概述
2.2 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的一般問題
2.2.1 交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟
2.2.2 交流電機(jī)的數(shù)字控制系統(tǒng)總體方案的確定
2.2.3 微處理器芯片的選擇
2.3 微處理器和控制芯片簡介
2.3.1 單片機(jī)
2.3.2 數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）
2.3.3 精簡指令集計(jì)算機(jī)(RISC)
2.3.4 并行處理器和并行DSP
2.3.5 專用集成電路(ASIC)
2.4 交流電機(jī)數(shù)字化控制系統(tǒng)構(gòu)成
2.4.1 總線系統(tǒng)
2.4.2 接口和外圍設(shè)備
2.4.3 實(shí)時(shí)控制
2.4.4 信號(hào)檢測(cè)
2.5 系統(tǒng)開發(fā)和集成
2.5.1 對(duì)開發(fā)系統(tǒng)的要求
2.5.2 通用數(shù)字化開發(fā)平臺(tái)
2.5.3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的抗干擾問題
參考文獻(xiàn)
第3章 電壓型PWM變頻調(diào)速異步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)
3.1 概述
3.2 變頻調(diào)速的基本原理
3.2.1 變壓變頻（VVVF）控制原理
3.2.2 異步電機(jī)變壓變頻時(shí)的機(jī)械特性
3.3 電壓型PWM變頻器
3.3.1 電壓型PWM變頻器的主電路
3.3.2 PWM技術(shù)分類
3.3.3 PWM性能指標(biāo)
3.4 正弦PWM技術(shù)
3.4.1 電壓正弦PWM技術(shù)
3.4.2 電流正弦PWM技術(shù)
3.4.3 磁通正弦PWM技術(shù)
3.5 其他PWM技術(shù)
3.5.1 優(yōu)化PWM技術(shù)
3.5.2 隨機(jī)PWM技術(shù)
3.5.3 SVPWM過調(diào)制技術(shù)
3.5.4 同步調(diào)制PWM技術(shù)
3.5.5 小結(jié)
3.6 PWM變頻調(diào)速異步電機(jī)開環(huán)控制
3.6.1 開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)
3.6.2 開環(huán)通用變頻器的軟件設(shè)計(jì)
3.7 異步電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)
3.7.1 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)構(gòu)成
3.7.2 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的起動(dòng)過程分析
3.7.3 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
參考文獻(xiàn)
第4章 全數(shù)字化異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)
4.1 概述
4.2 異步電機(jī)矢量控制原理
4.2.1 異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型
4.2.2 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制原理
4.2.3 轉(zhuǎn)差頻率矢量控制原理
4.2.4 氣隙磁場(chǎng)定向矢量控制原理
4.2.5 定子磁場(chǎng)定向矢量控制原理
4.2.6 定子電壓定向矢量控制系統(tǒng)
4.2.7 雙饋電機(jī)矢量控制系統(tǒng)
4.2.8 異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)
4.3 全數(shù)字化矢量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.3.1 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)
4.3.2 矢量控制中的電流調(diào)節(jié)器
4.3.3 基于模型預(yù)測(cè)控制的矢量控制
4.3.4 全數(shù)字化矢量控制系統(tǒng)硬件和軟件構(gòu)成
4.4 矢量控制中的磁通觀測(cè)
4.4.1 開環(huán)觀測(cè)模型
4.4.2 閉環(huán)觀測(cè)模型
4.5 無速度傳感器異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)
4.5.1 動(dòng)態(tài)速度估計(jì)器法
4.5.2 基于PI調(diào)節(jié)器的自適應(yīng)法
4.5.3 自適應(yīng)速度觀測(cè)器
4.5.4 轉(zhuǎn)子齒諧波法
4.5.5 高頻注入法
4.5.6 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)法
參考文獻(xiàn)
第5章 全數(shù)字化異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)
5.1 概述
5.2 直接轉(zhuǎn)矩控制基本原理
5.2.1 電機(jī)數(shù)學(xué)模型
5.2.2 空間矢量PWM逆變器
5.2.3 磁鏈和轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制原理
5.3 磁鏈和轉(zhuǎn)矩控制性能分析
5.3.1 磁鏈控制性能分析
5.3.2 轉(zhuǎn)矩控制性能分析
5.3.3 磁通和轉(zhuǎn)矩的估算和觀測(cè)
5.4 全數(shù)字化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
5.4.1 電壓矢量的選擇
5.4.2 控制系統(tǒng)硬件的實(shí)現(xiàn)
5.4.3 低速控制性能分析
5.4.4 改進(jìn)算法
5.5 無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制
5.5.1 直接計(jì)算法
5.5.2 模型參考自適應(yīng)法（MRAS）
參考文獻(xiàn)
第6章 全數(shù)字化同步電機(jī)控制系統(tǒng)
6.1 概述
6.2 電勵(lì)磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型
6.3 電勵(lì)磁同步電機(jī)高性能閉環(huán)控制
6.4 永磁同步電動(dòng)機(jī)及其數(shù)學(xué)模型
6.4.1 永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)
6.4.2 永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型
6.4.3 永磁同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程
6.4.4 永磁同步電機(jī)的機(jī)械傳感器
6.5 PMSM數(shù)字控制系統(tǒng)
6.5.1 永磁同步電機(jī)電流控制策略
6.5.2 數(shù)字化PMSM伺服系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
6.5.3 全數(shù)字PMSM伺服系統(tǒng)的性能
6.6 永磁同步電機(jī)無機(jī)械傳感器控制
6.6.1 永磁同步電機(jī)無機(jī)械傳感器技術(shù)概述
6.6.2 利用定子端電壓和電流計(jì)算的方法
6.6.3 觀測(cè)器基礎(chǔ)上的估算方法
6.6.4 模型參考自適應(yīng)法
6.6.5 基于高頻信號(hào)注入的估算方法
6.6.6 人工智能理論基礎(chǔ)上的估算方法
6.7 轉(zhuǎn)子初始位置的檢測(cè)策略
參考文獻(xiàn)
附錄
附錄A交流異步電機(jī)多變量數(shù)學(xué)模型及廣義派克方程
A.1 三相電機(jī)模型
A.2 坐標(biāo)變換
A.3 廣義派克方程及其復(fù)變形式
A.4 在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型及狀態(tài)方程
A.5 靜止坐標(biāo)系下的異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型
附錄B 自動(dòng)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)法
B.1 工程設(shè)計(jì)方法的基本思路和要求
B.2 典型系統(tǒng)
B.3 典型系統(tǒng)參數(shù)和性能指標(biāo)的關(guān)系
B.4 非典型系統(tǒng)的典型化
附錄C 變頻器控制下的異步電機(jī)參數(shù)測(cè)量
C.1 定子電阻測(cè)量方法說明
C.2 短路實(shí)驗(yàn)方法
C.3 空載實(shí)驗(yàn)方法
參考文獻(xiàn)
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