直線感應(yīng)電機(jī)及系統(tǒng)
定 價(jià):188 元
叢書名:直線電機(jī)系列叢書
本書從電機(jī)本體控制策略系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化三個(gè)維度,開展了全面深入的研究和探索,成功構(gòu)建了一套適用于直線感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)的理論分析體系。針對(duì)直線感應(yīng)電機(jī)模型精度偏低、控制效果欠佳、系統(tǒng)優(yōu)化困難等相關(guān)技術(shù)瓶頸及難題,本書在直線感應(yīng)電機(jī)的時(shí)間諧波等效電路、電機(jī)系統(tǒng)損耗模型、電機(jī)系統(tǒng)小損耗控制、多參數(shù)并行辨識(shí)策略、系統(tǒng)級(jí)多層次優(yōu)化等方面開展了大量研究,取得了系列原創(chuàng)性成果,相關(guān)工作具有十分重要的理論分析及工程實(shí)踐意義。本書可供電氣工程、控制工程、機(jī)械工程等相關(guān)行業(yè)科研技術(shù)人員,以及高等院校電機(jī)、電氣傳動(dòng)、電力電子等專業(yè)的教師和學(xué)生參考。
寶藏圖書,強(qiáng)烈推薦給電機(jī)領(lǐng)域的研究生(尤其是博士生)或初從業(yè)的科研工作者,一本書盡得電機(jī)及相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)研究的方法和思路。華中科技大學(xué)徐偉教授在直線感應(yīng)電機(jī)領(lǐng)域辛勤耕耘十八年,其研發(fā)工作和成果在國(guó)內(nèi)外都都具有很大的影響力。他在國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家海外高層次青年人才項(xiàng)目等支持下,從直線感應(yīng)電機(jī)本體、控制策略和系統(tǒng)集成優(yōu)化等方面開展了深入的研究和探索,建立了高精度等效模型,提出了高性能控制策略,并形成了系統(tǒng)級(jí)分層次優(yōu)化方法,從電機(jī)本體控制策略系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化三個(gè)維度,成功構(gòu)建了一套較為完整的直線感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)的理論體系,取得了系列原創(chuàng)性成果,具有十分重要的理論與工程實(shí)踐意義。該書涉及內(nèi)容曾獲多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)行業(yè)內(nèi)大獎(jiǎng),作為作者直線電機(jī)研究的嘔心之作,本書更是徐教授科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)方法和思想淋漓體現(xiàn)。全書邏輯嚴(yán)謹(jǐn)縝密,文路清晰流暢,文風(fēng)果敢勇毅,內(nèi)容飽滿詳實(shí),致大盡微,自成體系,通俗易懂。本書可供高等院校電機(jī)、電氣傳動(dòng)、電力電子等專業(yè)的教師和學(xué)生,以及電氣工程、控制工程、機(jī)械工程等相關(guān)行業(yè)科研技術(shù)人員參考。
前言Preface因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電磁力直接驅(qū)動(dòng)(無(wú)中間傳動(dòng)裝置)、加減速度快、噪聲低等優(yōu)點(diǎn),直線感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)已在軌道交通、伺服系統(tǒng)、電磁彈射器、電磁感應(yīng)泵等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而,由于端部效應(yīng)影響,迄今直線感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)存在推力、效率和可靠性偏低等問(wèn)題,主要面臨三方面技術(shù)瓶頸:等效模型不精確,電機(jī)特性分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)及高性能控制難度大;控制策略不高效,復(fù)雜工況下電機(jī)的工作效率及運(yùn)行可靠性偏低;系統(tǒng)優(yōu)化不深入,系統(tǒng)的功率因數(shù)和效率等性能指標(biāo)難以同時(shí)達(dá)到。在國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家海外高層次青年人才項(xiàng)目、徐工研究院重大項(xiàng)目等支持下,作者從電機(jī)本體控制策略系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化三方面開展技術(shù)攻關(guān),形成了本書較為完整的體系,具有一定理論意義與工程應(yīng)用價(jià)值。本書第1章從直線感應(yīng)電機(jī)的應(yīng)用背景出發(fā),綜述了電機(jī)本體、控制策略和系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化方面的研究現(xiàn)狀,分析了當(dāng)前技術(shù)條件下存在的挑戰(zhàn)與亟待解決的問(wèn)題,并介紹了本書的主要內(nèi)容。第2章從直線感應(yīng)電機(jī)氣隙磁通密度方程入手,推導(dǎo)出電機(jī)繞組函數(shù)電路模型,分析了電機(jī)中存在的主要空間諧波和時(shí)間諧波成分及其作用規(guī)律,并建立了時(shí)間諧波激勵(lì)下的直線感應(yīng)電機(jī)等效模型。第3章敘述了三種全面且實(shí)用的直線感應(yīng)電機(jī)損耗模型,可較為準(zhǔn)確地衡量初級(jí)漏感、縱向邊端效應(yīng)、橫向邊緣效應(yīng)等因素的影響,還分別考慮了電機(jī)和逆變器時(shí)間諧波損耗等。第4章將模型預(yù)測(cè)電流控制與矢量控制相結(jié)合,對(duì)邊端效應(yīng)和計(jì)算延遲進(jìn)行補(bǔ)償,簡(jiǎn)化了算法復(fù)雜度,提高了電流跟蹤性能。第5章采用雙矢量調(diào)制策略來(lái)提升電壓矢量的調(diào)制精度,首先求解獲得參考電壓矢量,快速選出電壓矢量組合,有效避免了重復(fù)的枚舉計(jì)算;然后實(shí)現(xiàn)了額定速度以下的推力電流比控制和額定速度以上的弱磁控制。第6章提出擴(kuò)展全階狀態(tài)觀測(cè)器速度估計(jì)方法和擾動(dòng)估計(jì)補(bǔ)償速度控制方法,實(shí)現(xiàn)了速度跟蹤性能和負(fù)載擾動(dòng)性能的全解耦二自由度控制。第7章對(duì)電機(jī)參數(shù)機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析,先后研究了直線感應(yīng)電機(jī)的低復(fù)雜度高精度在線參數(shù)辨識(shí)方法、低開關(guān)頻率下模型預(yù)測(cè)控制參數(shù)辨識(shí)方案和無(wú)速度傳感器下勵(lì)磁電感并行辨識(shí)方案。第8章研究了直線感應(yīng)電機(jī)的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化方法,從電機(jī)本體和控制策略等層面對(duì)直線感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行同時(shí)優(yōu)化。第9章對(duì)本書的內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié),并對(duì)直線感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。本書的書稿整理和校對(duì)工作得到了作者的博士生唐一融、董定昊、肖新宇、上官用道、郭穎聰、成思偉、葛健、胡冬、佃仁俊、鄒劍橋、Mahmoud F.Elmorshedy、Mosaad M.Ali、Samir A.Hamad等的大力支持,在此一并致謝。同時(shí),衷心感謝我的博士生導(dǎo)師李耀華研究員和孫廣生研究員、博士后導(dǎo)師Jianguo Zhu教授和Xinghuo Yu教授,是他們的指導(dǎo)和引領(lǐng),讓我有幸進(jìn)入直線電機(jī)領(lǐng)域,十八年如一日的堅(jiān)守,致大盡微,博覽眾長(zhǎng)。其次,真心感謝華中科技大學(xué)黃聲華教授、劉毅、彭紅林、楊春全等對(duì)團(tuán)隊(duì)平臺(tái)的建設(shè)及對(duì)我的支持,喻家山下十年的堅(jiān)持,厚積薄發(fā),擔(dān)當(dāng)致遠(yuǎn)。再次,非常感謝愛(ài)人和孩子的長(zhǎng)情陪伴,感謝父母的常年掛念。后,十分感謝國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(No.52277050和No.51377065)和國(guó)家海外高層次青年人才項(xiàng)目等的大力支持。本書可供電氣工程、控制工程、機(jī)械工程等相關(guān)行業(yè)科研技術(shù)人員,以及高等院校電機(jī)、電氣傳動(dòng)、電力電子等專業(yè)的教師和學(xué)生參考。因作者學(xué)識(shí)和時(shí)間有限,且直線感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)仍在不斷發(fā)展之中,書中難免存在諸多問(wèn)題或不當(dāng)之處,敬請(qǐng)廣大同仁和讀者不吝批評(píng)指正。徐偉謹(jǐn)識(shí)2022年10月于華中大
徐偉,華中科技大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師。入選IET Fellow、IEEE高級(jí)會(huì)員、高層次青年人才、湖北省百人計(jì)劃特聘專家、湖北省百名專利發(fā)明領(lǐng)軍人才。研究方向?yàn)殡姍C(jī)設(shè)計(jì)、控制及系統(tǒng)集成應(yīng)用,在直線感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)動(dòng)態(tài)等效模型、多參數(shù)辨識(shí)、效率和推力提升、系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化等方向獲得系列原創(chuàng)。研究團(tuán)隊(duì)為華中科技大學(xué)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)研究組(http://machinececs.seee.hust.edu.cn/),和中車、徐工、蘭州電機(jī)、東風(fēng)汽車等多家重點(diǎn)行業(yè)權(quán)威企業(yè)開展深入合作。擔(dān)任IEEE IES 武漢分部主席、2021年國(guó)際直線電機(jī)大會(huì)(LDIA)主席、2023年國(guó)際模型預(yù)測(cè)大會(huì)(PRECEDE)主席、IEEE TIE等期刊(副)編輯、國(guó)際直線電機(jī)大會(huì)指導(dǎo)委員(ISC Member)。主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(金磚國(guó)合)、國(guó)家自然科學(xué)基金、湖北省重大項(xiàng)目和湖北省科技支撐、四川省重大研發(fā)、淄博市創(chuàng)新發(fā)展重點(diǎn)、佛山市科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、深圳國(guó)合重點(diǎn)項(xiàng)目、徐工重大項(xiàng)目等。帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)多個(gè)電機(jī)系統(tǒng)樣機(jī)及產(chǎn)品,通過(guò)權(quán)威部門科學(xué)技術(shù)評(píng)價(jià)5次,在城軌交通、電動(dòng)汽車、鋼鐵冶煉、石油開采等行業(yè)得到應(yīng)用。發(fā)表高水平期刊論文190余篇(IEEE匯刊論文150余篇,其中熱點(diǎn)論文1篇,高被引論文2篇),出版中英文著作8部(以作者身份,2019年在Springer出版《Advanced Linear Machines and Drive Systems》,2023年在CRC出版《Permanent Magnet Synchronous Machines and Drives: Flux Weakening Advanced Control Techniques》等)。以發(fā)明人身份,獲授權(quán)美國(guó)發(fā)明專利4項(xiàng),授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利71項(xiàng)(10余項(xiàng)得到應(yīng)用及許可轉(zhuǎn)化)、省部級(jí)獎(jiǎng)4次、國(guó)家發(fā)改委節(jié)能產(chǎn)品目錄1次、國(guó)際學(xué)術(shù)研究Fellowship 3次、國(guó)際期刊或會(huì)議論文獎(jiǎng)16次。相關(guān)成果Google Scholar引用率8000余次(H指數(shù)44),(2020~2023)連續(xù)3年入選Stanford大學(xué)世界2%科學(xué)家榜單。
目錄Contents序言前言第1章概述/1.1研究背景及意義/1.2直線感應(yīng)電機(jī)等效分析模型研究概述/1.2.1路的方法/1.2.2場(chǎng)的方法/1.2.3場(chǎng)路結(jié)合法/1.2.4等效模型研究難點(diǎn)/1.3直線感應(yīng)電機(jī)控制方法研究概述/1.3.1傳統(tǒng)控制策略/1.3.2小損耗控制/1.3.3模型預(yù)測(cè)控制/1.3.4無(wú)速度傳感器控制/1.3.5參數(shù)辨識(shí)及牽引性能提升/1.4直線感應(yīng)電機(jī)多目標(biāo)優(yōu)化研究概述/1.4.1優(yōu)化建模/1.4.2降維求解/1.5本書主要研究?jī)?nèi)容/第2章直線感應(yīng)電機(jī)等效電路/2.1引言/2.2繞組函數(shù)理論及分析/2.2.1電機(jī)結(jié)構(gòu)/2.2.2繞組函數(shù)/2.3繞組函數(shù)等效電路/2.3.1電感計(jì)算/2.3.2速度電壓校正系數(shù)/2.3.3電壓和磁鏈方程/2.3.4特性變量/2.3.5等效電路推導(dǎo)/2.4諧波成分及分析/2.4.1空間諧波/2.4.2時(shí)間諧波/2.4.3總諧波/2.5時(shí)間諧波等效電路/2.5.1修正系數(shù)/2.5.2等效電路/2.6小結(jié)/第3章直線感應(yīng)電機(jī)小損耗建模分析/3.1引言/3.2電機(jī)損耗模型/3.2.1數(shù)學(xué)模型/3.2.2損耗模型/3.3直線感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)損耗模型/3.3.1考慮逆變器的電機(jī)損耗模型/3.3.2考慮時(shí)間諧波的電機(jī)損耗模型/3.4直線感應(yīng)電機(jī)小損耗控制/3.4.1控制算法/3.4.2仿真結(jié)果/3.4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果/3.5直線感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)小損耗控制/3.5.1考慮逆變器損耗的小損耗控制/3.5.2考慮時(shí)間諧波影響的小損耗控制/3.5.3仿真結(jié)果/3.5.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果/3.6小結(jié)/第4章直線感應(yīng)電機(jī)模型預(yù)測(cè)電流控制/4.1引言/4.2傳統(tǒng)模型預(yù)測(cè)電流控制/4.2.1電流預(yù)測(cè)模型/4.2.2傳統(tǒng)單矢量模型預(yù)測(cè)電流控制/4.3基于不同調(diào)制策略的模型預(yù)測(cè)電流控制/4.3.1單矢量模型預(yù)測(cè)電流控制/4.3.2雙矢量模型預(yù)測(cè)電流控制/4.3.3三矢量模型預(yù)測(cè)電流控制/4.3.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果/4.4多步長(zhǎng)連續(xù)集模型預(yù)測(cè)電流控制/4.4.1多步長(zhǎng)連續(xù)集模型預(yù)測(cè)控制算法/4.4.2含約束條件的簡(jiǎn)化求解/4.4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果/4.5多步長(zhǎng)有限集模型預(yù)測(cè)電流控制/4.5.1預(yù)測(cè)步長(zhǎng)為2的情況/4.5.2預(yù)測(cè)步長(zhǎng)為N的一般情況/4.5.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果/4.6小結(jié)/第5章直線感應(yīng)電機(jī)模型預(yù)測(cè)推力控制/5.1引言/5.2傳統(tǒng)模型預(yù)測(cè)推力控制/5.3無(wú)權(quán)重系數(shù)模型預(yù)測(cè)推力控制/5.3.1初級(jí)磁鏈約束法/5.3.2統(tǒng)一量綱法/5.3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果/5.4任意雙矢量模型預(yù)測(cè)推力控制/5.4.1電壓矢量組合簡(jiǎn)化搜索方法/5.4.2含電流約束條件的簡(jiǎn)化求解方法/5.4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果/5.5基于參考初級(jí)磁鏈?zhǔn)噶康哪P皖A(yù)測(cè)推力控制/5.5.1基于MTPA的模型預(yù)測(cè)推力控制/5.5.2參考初級(jí)磁鏈?zhǔn)噶客茖?dǎo)/5.5.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果/5.6小結(jié)/第6章直線感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器控制/6.1引言/6.2基于全階觀測(cè)器的速度估計(jì)方法/6.2.1全階狀態(tài)觀測(cè)器/6.2.2全階自適應(yīng)速度觀測(cè)器/6.3基于擴(kuò)展全階狀態(tài)觀測(cè)器的速度估計(jì)方法/6.3.1擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器/6.3.2擴(kuò)展全階自適應(yīng)速度觀測(cè)器/6.4全解耦二自由度無(wú)速度傳感器控制/6.4.1速度控制器與觀測(cè)器對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響/6.4.2全解耦二自由度控制器設(shè)計(jì)/6.4.3仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果/6.5無(wú)速度傳感器控制穩(wěn)定性研究/6.5.1穩(wěn)定性與阻尼特性分析/6.5.2自適應(yīng)參數(shù)設(shè)計(jì)/6.5.3仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果/6.6小結(jié)/第7章直線感應(yīng)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)/7.1引言/7.2電機(jī)參數(shù)機(jī)理分析/7.2.1參數(shù)變化機(jī)制分析/7.2.2控制系統(tǒng)參數(shù)需求分析/7.3低復(fù)雜度在線參數(shù)辨識(shí)/7.3.1單參數(shù)在線辨識(shí)/7.3.2雙參數(shù)在線辨識(shí)/7.3.3仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果/7.4低開關(guān)頻率下在線參數(shù)辨識(shí)/7.4.1低開關(guān)頻率下辨識(shí)特性對(duì)比/7.4.2參數(shù)敏感性與諧波抑制策略/7.4.3仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果/7.5帶參數(shù)辨識(shí)補(bǔ)償?shù)臒o(wú)速度傳感器控制/7.5.1全階觀測(cè)器參數(shù)敏感性分析/7.5.2勵(lì)磁電感與速度并行辨識(shí)/7.5.3仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果/7.6小結(jié)/第8章直線感應(yīng)電機(jī)多目標(biāo)優(yōu)化/8.1引言/8.2參數(shù)敏感性分析/8.3直線感應(yīng)電機(jī)多層次優(yōu)化模型/8.3.1正交實(shí)驗(yàn)表/8.3.2相關(guān)性分析/8.3.3優(yōu)化模型/8.4多層次優(yōu)化/8.4.1直線感應(yīng)電機(jī)優(yōu)化模型及結(jié)果/8.4.2優(yōu)化方案驗(yàn)證/8.5直線感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化/8.5.1優(yōu)化模型/8.5.2仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果/8.6小結(jié)/第9章總結(jié)與展望/9.1全書總結(jié)/9.2展望/參考文獻(xiàn)/附錄/附錄A/附錄B/附錄C/