现代永磁电动机交流伺服系统 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:中国电力出版社

作者:郭庆鼎、孙宜标、王丽梅/国别：中国大陆

出品人:

页数:233

译者:

出版时间:2006-8

价格:24.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787508343693

丛书系列:

图书标签:

计算机技术
未读完
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永磁电动机
交流伺服系统
电机控制
伺服驱动
自动化
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电力电子
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具体描述

《现代永磁电动机交流伺服系统》以交流永磁伺服电动机为例，较全面系统地介绍了现代交流伺服系统的基本原理和组成，介绍了位置和速度传感器的基本原理，阐述了控制回路和伺服控制器设计，并总结了交流伺服系统的控制特点和各种控制策略，给出了交流伺服电动机和伺服放大器的选择原则和维护措施，同时列举了交流伺服系统的一些典型应用实例。

《磁场之舞：探索现代永磁电动机交流伺服系统的奥秘》在工业自动化和精密控制日益发展的今天，高性能的驱动系统扮演着至关重要的角色。而其中，永磁同步电动机（PMSM）以其高效率、高功率密度和优异的动态响应特性，正逐渐成为现代交流伺服系统的主流选择。本书《磁场之舞》将带您深入探索这一迷人领域，从基础理论到前沿应用，揭示现代永磁电动机交流伺服系统背后的科学原理、设计精髓与实践智慧。第一部分：永磁同步电动机的基石我们将从理解永磁同步电动机（PMSM）的核心结构和工作原理入手。永磁材料的魔力：深入剖析稀土永磁材料，如钕铁硼（NdFeB）和钐钴（SmCo）的磁学特性，探讨它们如何为电动机提供强大的恒定磁场，以及不同牌号永磁体的选择对电动机性能的影响。我们将考察永磁体的形状、尺寸、充磁方式（如径向充磁、轴向充磁）如何影响气隙磁场分布和电动机的效率。电机的几何艺术：详细解析PMSM的定子和转子结构。从层叠钢片（硅钢片）的选择和冲压工艺，到绕组的连接方式（星形、三角形）和槽设计，再到永磁体在转子上的嵌埋方式（表面式PMSM - SPMSM，内藏式PMSM - IPMSM），我们将全面审视这些设计决策如何影响电磁转矩、反电动势（Back EMF）、电感参数以及转矩脉动。磁场交响曲：深入阐述PMSM的工作原理，重点在于电磁感应和磁场耦合。我们将用直观的方式解释三相交流电如何产生旋转磁场，以及转子上的永磁体如何与定子旋转磁场同步旋转，从而产生持续的转矩。我们将引入dq坐标系（Park变换），这是分析和控制PMSM的关键工具，并详细讲解其数学推导和物理意义，揭示为何dq轴上的电感和电压方程能够极大地简化控制器的设计。性能指标的深度解读：探讨PMSM的关键性能指标，如额定功率、额定转矩、效率、功率因数、转矩密度、转速范围、动态响应速度以及温升特性。我们将分析这些参数之间的相互制约关系，以及如何通过优化设计来平衡和提升各项性能。第二部分：交流伺服驱动器的灵魂伺服驱动器是连接控制器与电动机的桥梁，其核心功能在于精确地控制电动机的速度、位置和转矩。功率变换的艺术：深入研究驱动器中最关键的功率器件——电力电子开关（如IGBT、MOSFET）。我们将详细讲解PWM（脉冲宽度调制）技术，这是驱动器实现精确控制的核心。从载波调制、三角波调制到空间矢量调制（SVM），我们将分析不同PWM策略的优劣，以及它们如何影响开关损耗、谐波含量和输出电压的质量。控制算法的智慧：核心的控制算法将是本部分重点。我们将详细讲解矢量控制（Field-Oriented Control - FOC）及其在PMSM驱动中的应用。弱磁控制：深入分析在电动机高速运行时，为了扩展转速范围，需要实施弱磁控制策略。我们将讲解如何通过降低d轴电流（对于IPMSM）或增加d轴电流（对于SPMSM）来达到弱磁效果，并分析不同弱磁方式对电动机效率和动态响应的影响。电流环与速度环：详细解析PID（比例-积分-微分）控制器的原理及其在电流环和速度环中的应用。我们将讨论如何根据系统特性整定PID参数，以实现快速、稳定且无超调的控制。高级控制策略：介绍一些更高级的控制策略，例如模型预测控制（MPC）和鲁棒控制，探讨它们在提高系统鲁棒性、抑制扰动以及实现更优性能方面的潜力。编码器的选择与接口：编码器是提供转子位置和速度反馈的关键传感器。我们将详细介绍不同类型的编码器，如增量式编码器（光码盘、磁码盘）、绝对式编码器（单圈、多圈）以及高分辨率编码器（EnDat、SSI）。我们将分析它们的精度、分辨率、接口方式（TTL、LVDS、RS485）以及在不同应用场景下的选择原则。通信与诊断：探讨驱动器与上位控制器之间的通信协议，如CANopen、EtherCAT、PROFINET等，以及它们的特性和应用。同时，我们将关注驱动器的故障诊断与保护功能，如过流、过压、欠压、过温、短路保护等，以及如何通过诊断信息来排除故障和优化系统运行。第三部分：系统集成与实际应用将电动机和驱动器有机地结合，并应用于实际的工业场景，需要周密的考虑。系统建模与仿真：引入PMSM驱动系统的数学模型，包括电磁模型、机械模型和控制模型。我们将利用仿真软件（如MATLAB/Simulink）来搭建系统仿真平台，验证控制算法的有效性，并对系统参数进行优化，预测系统在不同工况下的性能表现。噪声与振动的抑制：深入探讨电动机在运行过程中产生的电磁噪声和机械振动。我们将分析这些噪声和振动的来源，例如转矩脉动、磁致伸缩效应、共振现象等，并介绍降噪减振的技术，包括优化永磁体设计、改进定子槽形、采用谐波注入技术以及机械结构的优化设计。热管理与散热：分析电动机和驱动器在运行过程中产生的热量，以及热量对器件寿命和性能的影响。我们将探讨有效的散热设计，包括自然散热、强制风冷、液冷等技术，并分析不同散热方式的优缺点和适用范围。实际应用案例剖析：本书将精选多个不同行业的实际应用案例，深入分析PMSM交流伺服系统在其中的具体应用。例如：机器人与自动化设备：在工业机器人关节、AGV（自动导引车）、自动化生产线上的应用，探讨其高精度、高动态响应的需求。数控机床：在高速主轴、精密进给轴上的应用，分析其高刚性、低背隙、高动态性能的要求。新能源汽车：在电动汽车驱动系统中的应用，重点关注其高效率、高功率密度和宽转速范围的需求。纺织机械：在高速、高精度纺织设备的卷绕、送经等环节的应用，关注其同步性和低振动特性。航空航天与医疗设备：分析在对可靠性、精度要求极高的特定领域，PMSM伺服系统的独特优势。我们将从系统需求分析、方案设计、参数选型、调试过程以及性能验证等多个角度，对这些案例进行深入剖析，使读者能够更好地理解理论知识在实际工程中的应用。第四部分：未来展望与前沿技术随着科技的不断进步，PMSM交流伺服系统也在不断演进，呈现出新的发展趋势。新材料与新结构：探讨新型永磁材料（如铁氮基永磁体）、新一代电力电子器件（如SiC、GaN）以及新型电动机结构（如轴向磁通电机、轮毂电机）对伺服系统性能的潜在提升。智能化与网络化：展望伺服系统与人工智能、大数据、工业物联网的深度融合，例如自适应控制、故障自诊断、预测性维护等智能功能的发展。集成化与小型化：讨论伺服驱动器与电动机的一体化设计趋势，以及如何通过优化设计实现更小的体积和更轻的重量，满足日益增长的紧凑化需求。可持续发展与绿色能源：关注PMSM驱动系统在节能减排方面的贡献，以及在可再生能源领域的应用前景，例如风力发电机、太阳能跟踪系统等。《磁场之舞》旨在为工程师、技术人员、研究学者以及对现代驱动技术感兴趣的读者提供一个全面、深入的学习平台。通过本书，您将能够更深刻地理解现代永磁电动机交流伺服系统的原理，掌握系统的设计、调试与优化方法，并对未来的发展趋势有更清晰的认识。让我们一同沉浸在磁场与电流交织的曼妙舞蹈中，解锁工业自动化的无限可能。

作者简介

目录信息

序言前言第1章绪论 1.1 机电一体化与伺服技术的基本概念 1.2 工业机器人和伺服驱动技术 1.3 数控机床和伺服驱动技术 1.4 交流伺服电动机与直流伺服电动机的比较 1.5 旋转伺服运动和直线伺服运动 1.6 永磁同步伺服电动机交流伺服系统简介第2章伺服技术应用基础 2.1 旋转体的运动方程 2.2 负载的转矩特性 2.3 对伺服控制的基本要求 2.4 交流伺服系统的控制形式 2.5 模拟控制与数字控制第3章位置和速度传感器 3.1 概述 3.2 光电编码器 3.2.1 增量式光电编码器 3.2.2 绝对式光电编码器 3.2.3 混合式光电编码器 3.3 旋转变压器 3.4 感应同步器 3.4.1 感应同步器种类和特点 3.4.2 相位工作方式 3.4.3 幅值工作方式 3.4.4 感应同步器鉴相系统 3.4.5 感应同步器的鉴幅测量系统 3.5 光栅 3.5.1 直线式透射光栅 3.5.2 莫尔条纹式光栅 3.5.3 光栅检测装置 3.6 激光干涉仪 3.6.1 激光干涉法测距原理 3.6.2 多普勒效应 3.6.3 双频激光干涉仪第4章交流永磁伺服电动机. 4.1 交流永磁伺服电动机的分类与结构 4.1.1 分类 4.1.2 结构 4.1.3 磁路特点 4.2 交流永磁伺服电动机的设计特点 4.2.1 永磁材料 4.2.2 定子绕组与感应电动势波形 4.2.3 阻尼绕组 4.2.4 极数 4.3 三相永磁同步电动机的数学模型 4.3.1 电压方程 4.3.2 转矩方程 4.3.3 状态方程 4.3.4 等效电路 4.4 无刷直流电动机的数学模型 4.4.1 电压方程 4.4.2 转矩方程 4.4.3 状态方程和等效电路 4.5 交流永磁同步伺服电动机的矢量控制 4.5.1 矢量控制基本原理 4.5.2 PMSM矢量控制的稳态分析 4.5.3 PMSM矢量控制的动态分析 4.5.4 BDCM矢量控制 4.5.5 峰值转矩与永磁体退磁 4.6 纹波转矩和齿槽转矩 4.6.1 PMSM的纹波转矩 4.6.2 BDCM的纹波转矩 4.6.3 齿槽转矩 4.7 直线永磁同步电动机 4.7.1 概述 4.7.2 直线永磁同步电动机的基本结构 4.7.3 直线永磁同步电动机的基本工作原理 4.7.4 直线永磁同步电动机中的磁场及正弦电流模型磁场分布 4.7.5 直线永磁同步电动机的由轴模型和推力方程 4.7.6 永磁直线电动机的端部效应第5章 PWM技术及电力半导体器件 5.1 脉冲宽度调制(PWM)技术 5.1.1 PWM技术原理 5.1.2 正弦波脉宽调制(SPWM) 5.2 功率半导体器件 5.2.1 大功率晶体管 5.2.2 功率场效应晶体管 5.2.3 绝缘门极晶体管 5.2.4 GTR、P—MOSFET和IGBT的特性比较 5.2.5 智能功率模块第6章交流伺服系统的控制回路和伺服控制器 6.1 交流伺服系统控制回路的组成 6.1.1 转子磁极位置检测电路 6.1.2 正弦波产生电路 6.1.3 直流一正弦(DC—SIN)变换回路 6.1.4 正弦波PWM电路 6.1.5 位置和速度检测 6.1.6 电流检测 6.2 交流伺服控制器 6.2.1 电流控制器 6.2.2 速度控制器 6.2.3 位置控制器 6.3 交流伺服电动机的弱磁控制 6.4 数字化交流伺服系统 6.4.1 全数字伺服系统的特点 6.4.2 电动机控制用DsP简介 6.4.3 全数字伺服系统组成第7章交流伺服系统的控制策略 7.1 对交流伺服控制系统的基本要求 7.2 对永磁交流伺服电机数学模型的讨论 7.3 影响系统伺服性能的不确定因素 7.4 伺服电动机的PID控制方法 7.4.1 概述 7.4.2 控制规律的选择 7.4.3 模拟PID控制与数字PID控制 7.4.4 I—PD控制 7.4.5 二自由度控制 7.5 Smith预估控制 7.5.1 Smith预估控制原理 7.5.2 Smith预估控制的一种改进方案 7.6 内模控制 7.6.1 内模控制原理 7.6.2 内模控制特性 7.6.3 内模控制的实现问题 7.6.4 稳定内模控制器的设计 7.6.5 滤波器设计 7.6.6 鲁棒性问题 7.7 内模一鲁棒二自由度结构 7.7.1 传统二自由度结构与鲁棒二自由度结构 7.7.2 传统二自由度的线性代数设计 7.7.3 鲁棒二自由度结构的代数设计 7.8 H控制简介 7.8.1 不确定性是模型结构的一部分 7.8.2 H2控制名称的由来 7.8.3 鲁棒稳定性的条件 7.8.4 采用22范数的控制问题形式化 7.8.5 H2控制问题及其解法 7.8.6 用H2控制方法设计交流伺服电动机控制系统 7.9 重复控制 7.9.1 中凸变椭圆截面活塞的数控车削原理 7.9.2 高频响直线位移伺服装置 7.9.3 直线电动机的数学模型 7.9.4 重复控制的定义 7.9.5 控制系统的型别与内模原理 7.9.6 重复控制原理 7.10 零相位跟踪控制器 7.10.1 引言 7.10.2 零相位误差跟踪控制器设计 7.10.3 L2最优ZPETC 第8章交流伺服电动机及伺服放大器的选择、使用及维护 8.1 介绍几家伺服产品厂商 8.2 伺服产品样本上的各项内容 8.3 选用伺服电动机方法及样本使用说明 8.4 交流伺服放大器的选择 8.5 交流伺服系统的使用和维护 8.5.1 使用交流伺服系统的注意事项 8.5.2 交流伺服系统的维护和检修第9章现代交流伺服系统的典型应用 9.1 在数控车床上的应用 9.2 在工业机器人中的应用 9.3 在半导体集成电路芯线焊接机上的应用 9.4 在变压器铁心硅钢片横剪线中的应用 9.5 在新型电梯驱动中的应用 9.6 在雷达天线驱动系统中的应用 9.7 在纺织机械的送经、卷取控制中的应用 9.8 在电火花线切割机床中的应用 9.9 在重型龙门移动式镗铣床双立柱同步进给中的应用参考文献
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读后感

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用户评价

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这本书的叙事风格非常沉稳而专业，有一种老派工程师的严谨气质。它没有过多迎合流行的“快餐式”学习趋势，而是专注于那些经过时间考验且仍在不断发展的核心技术。其中关于功率电子器件在伺服驱动器中的应用部分，让我对高压、高频开关的损耗建模和散热设计有了全新的认识。作者对SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）器件在提升伺服系统效率和功率密度方面的潜力进行了审慎的评估，并且基于实际的拓扑结构（如两电平、三电平逆变器）讨论了纹波电流和共模噪声的抑制策略。这种对底层物理现象和工程限制的深刻理解，使得书中的建议具备了极强的可操作性和长远指导意义。我特别喜欢它在讨论参数辨识和在线自适应控制算法时所采用的数学严谨性，虽然对初学者可能略有挑战，但对于资深研发人员而言，这正是我们寻求的深度。这本书似乎在告诉我们，真正的技术突破，源于对基础科学的敬畏与坚持。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，这本书的阅读体验是需要投入精力的，它要求读者具备扎实的电机学和自动控制理论基础。对于那些希望快速入门交流伺服技术的新手来说，可能会觉得某些章节的推导过于深入。然而，正是这种不妥协的深度，使其成为了少数能够真正跨越“知道”和“理解”鸿沟的专业书籍。我尤其欣赏作者对永磁电机在极端工作条件下的热管理和可靠性设计所给予的关注。现代工业环境对设备运行的连续性要求越来越高，书中关于电机绕组的温度分布预测和基于有限寿命的绝缘老化模型，为确保长期稳定运行提供了科学依据。这本著作更像是一位经验丰富的资深导师，它不会给你现成的答案，但会循循善诱地引导你，通过严谨的分析方法，找到属于你自己的、最优的工程解法。它不是一本追求时髦的读物，而是能在未来十年内，依旧作为案头必备的参考工具书。

评分☆☆☆☆☆

这本《现代永磁电动机交流伺服系统》的问世，无疑为我们这些身处工业自动化前沿的工程师和技术人员带来了一份厚重的技术宝典。初翻阅时，就被其详尽的理论深度和前瞻性的技术视野所折服。书中对于永磁同步电机（PMSM）的电磁场分析和磁路设计部分，阐述得极为透彻，那些复杂的有限元分析结果和等效磁路模型，不再是晦涩难懂的公式堆砌，而是通过清晰的图示和逻辑严密的推导，构建起了一座从基础物理到工程应用的坚实桥梁。特别是在新型磁钢材料和高性能电机结构设计上的探讨，紧跟了最新的材料科学进展，为我们如何优化转矩密度和减小体积提供了切实可行的思路。我尤其欣赏作者在论述永磁同步电机驱动控制时所采取的系统化方法，它不仅覆盖了传统的矢量控制（FOC），更深入地剖析了无传感器控制技术在复杂环境下的鲁棒性提升策略，这对于追求更高精度和可靠性的现代制造装备而言，是极其宝贵的知识储备。全书的结构安排非常合理，从电机原理到驱动电路，再到控制策略，层层递进，让人能循序渐进地掌握这套复杂系统的核心技术。

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我是一个偏爱通过案例学习的人，而这本著作最让我惊喜的，是它在多个垂直行业应用场景下的深入剖析。它不仅仅是关于电机和驱动器本身的技术手册，更是一部关于“系统集成解决方案”的百科全书。书中对注塑机、工业机器人、高速电梯等典型负载的动态特性建模和伺服系统选型进行了细致的对比分析。例如，在处理高惯量负载时，如何通过优化速度环的超前滞后补偿器来提高系统的刚度，以及在处理周期性负载（如冲压设备）时，如何利用力矩前馈和能量回收机制来提高整体能效。这些实战案例的引入，让原本抽象的控制参数和滤波器设计变得鲜活起来。它帮助我们从应用需求出发，反推技术规格，而不是被动地接受供应商提供的标准配置。这种以终为始的视角，极大地提升了我在项目规划阶段的决策质量。

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读完这本书，我最大的感受是它在“伺服系统集成”层面展现出的高超技艺。如今的伺服系统已不再是单纯的电机与驱动器的简单组合，它是一个包含高速数字信号处理、精密反馈机制和复杂运动规划的智能体。本书在这方面的内容尤其精彩，它详尽描述了如何利用高性能微控制器（如DSP或FPGA）实现电流环、速度环乃至位置环的实时、高频解耦控制。我过去在调试一个高动态响应的机器人关节时，总是在电流环的带宽与转矩脉动的抑制之间难以取舍，而书中关于磁链观测器优化和非线性补偿技术的论述，为我提供了突破性的解决方案。作者不仅停留在理论层面，还穿插了大量基于实际硬件平台调优的经验数据和参数设置的敏感性分析，这种理论与实践紧密结合的叙事方式，极大地缩短了读者从书本知识到实际工程应用之间的距离。对于那些致力于开发下一代高精度数控机床或精密装配设备的技术团队来说，这本书提供的不仅仅是“如何做”，更是“为什么这样做是最佳选择”的深刻洞察。

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