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出版者:电子工业

作者:潘晓晟

出品人:

页数:177

译者:

出版时间:2007-8

价格:19.00元

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isbn号码:9787121046735

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• 电机设计
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现代电力电子系统与先进控制技术：理论、建模与实践 书籍简介 本书旨在为电力电子、电机驱动与控制领域的研究人员、工程师及高年级学生提供一本内容全面、理论扎实且紧密结合工程实践的前沿参考书。在当前全球对能源效率和可持续发展要求日益提高的背景下，电力电子技术正以前所未有的速度发展，驱动着从电动汽车到可再生能源并网等关键领域的革新。本书聚焦于这些变革背后的核心理论、先进的建模方法以及实际的系统实现策略，旨在弥合纯理论研究与复杂工程应用之间的鸿沟。 本书结构严谨，内容深度适中，涵盖了从基础的电力电子器件特性到复杂多电平变流器控制、再到高性能永磁同步电机（PMSM）及开关磁阻电机（SRM）驱动系统的全貌。我们避免了对基础概念的冗余叙述，而是将重点放在现代系统设计与优化所必需的关键技术点上。 --- 第一部分：电力电子变换器的高级理论与建模 本部分深入探讨了现代电力电子系统的心脏——功率变换器的设计与分析。我们不再停留于传统的方波分析，而是侧重于现代调制技术对系统性能的影响。 第1章：新型半导体器件的特性与热管理 本章详细分析了第三代和第四代半导体材料，特别是碳化硅（SiC）MOSFET和氮化镓（GaN）HEMTs在不同工作频率、电压等级下的开关特性、导通损耗与开关损耗模型。重点探讨了器件的非线性行为对环路动态响应的影响，并介绍了一种基于瞬态热阻抗网络的集成化热仿真方法，用于精确预测和管理高频开关下的器件温升。此外，还包括了先进封装技术（如烧结互连）对系统寄生参数的优化设计。 第2章：脉冲宽度调制（PWM）的拓扑与谐波分析 超越基础的正弦PWM，本章聚焦于空间矢量调制（SVM）在三相电压源逆变器（VSI）中的精确实现，并引入了更高阶的开关策略，如零矢量优化（ZVO）和混合调制技术，以最小化中性点电流脉动和输出谐波。针对多电平变换器（如中点钳位NPC和飞跨电容Flying Capacitor MLP），详细推导了它们的调制指数限制和直流侧电压平衡控制策略，尤其关注谐波电流在电网阻抗非对称情况下的传播特性。 第3章：变换器系统的状态空间建模与离散化 采用标准化的状态空间方法对LCL型并网逆变器和两电平异步电机驱动系统进行建模。重点讨论了如何精确纳入交流侧滤波器的元件寄生参数和系统非线性的影响。随后，详细阐述了基于Tustin变换和零阶保持器的离散化过程，并针对高速处理器（DSP/FPGA）的采样率与控制周期差异，给出了提高数字控制稳定性和精度的高级算法，如多速率采样控制的应用。 --- 第二部分：先进电机驱动系统的动态控制策略 本部分的核心在于高性能电机驱动的控制实现，重点关注对转矩、磁链实现精确、快速、鲁棒的控制。 第4章：永磁同步电机（PMSM）的磁链观测与参数辨识 针对现代伺服系统对转矩动态响应的严苛要求，本章首先建立了基于有限元分析（FEA）耦合参数的PMSM模型。随后，深入探讨了高性能控制所需的精确磁链观测器设计，对比了滑模观测器（SMO）、高频注入法（HF Injector）以及基于卡尔曼滤波（EKF/UKF）的磁链和转子位置估计方法的优缺点。特别地，详细分析了在低速和零速区域，如何通过高频注入法有效抑制低频段的电流谐波和转矩脉动。 第5章：基于模型的预测控制（MPC）在电机驱动中的应用 预测控制作为一种新兴的、能有效处理多约束和非线性系统的技术，在本章得到深入阐述。系统性地介绍了电压约束和电流约束下的有限控制集（FCS-MPC）和有限状态集（FSS-MPC）控制器的设计流程。通过对代价函数的优化设计，展示了如何同时平衡动态响应速度、电流谐波与开关频率的均匀性，并讨论了MPC在不同控制器带宽下的鲁棒性设计。 第6章：高精度速度/位置控制回路的设计与鲁棒性增强 本章聚焦于速度环和位置环的设计。详细讨论了传统PID控制器的局限性，并介绍了先进的控制设计方法，如$mathcal{H}_{infty}$控制和滑模控制（SMC）在抵抗外部负载扰动和系统参数不确定性方面的优势。对于伺服应用，还引入了前馈控制结构和基于扰动观测器的补偿技术，以实现毫秒级的快速动态跟踪。 --- 第三部分：电能质量与电网互联技术 电力电子系统越来越深入地融入电网，保证电能质量和实现稳定并网成为工程实践中的核心挑战。 第7章：并网逆变器的电流与电压控制协同 本章详细分析了并网逆变器（GCI）在电网阻抗存在不确定性时的稳定性问题。重点阐述了锁相环（PLL）的设计对系统整体动态性能的影响，对比了基于同步旋转坐标系和静止坐标系的PLL设计。随后，介绍了内环电流控制、外环电压控制以及无功功率/功率因数解耦控制策略的实现，并讨论了在电网电压畸变和暂态事件下如何保证电流波形的高保真度。 第8章：主动电能质量调节器（APF）与故障穿越能力 深入研究了用于补偿电网谐波电流和不平衡负载的主动滤波器（APF）的控制架构。本章重点介绍了快速谐波检测算法（如基于SOGI的虚拟同步参考系法）和动态补偿策略。此外，针对电网故障穿越（LVRT/HVRT）要求，详细分析了如何设计最优的虚拟阻抗和储能元件协调控制策略，以确保逆变器在电网暂态期间的稳定运行，并满足电网接入规范。 --- 第四部分：电力电子系统集成与实验验证 本部分着重于理论模型到实际硬件实现的转化，强调了设计流程中的关键工程决策。 第9章：功率模块化与系统级热-电-磁协同设计 本章讨论了模块化多电平变流器（MMC）的结构优势、环流抑制技术以及其在HVDC和高压电机驱动中的应用。此外，强调了系统的集成设计，包括如何通过耦合分析，优化冷却系统（液冷/风冷）与系统布局，以平衡EMI/EMC性能和热设计效率。 第10章：实时仿真与硬件在环（HIL）测试验证 本章介绍了用于复杂电力电子系统快速原型验证的现代工具链。详细介绍了如何利用高性能计算平台进行非线性模型的实时求解，并探讨了硬件在环（HIL）测试中，如何有效处理I/O延迟、模型简化与物理系统界面的匹配问题，以确保测试结果的有效性和可信度，从而加速产品从实验室到市场的进程。 --- 本书的特点在于理论的深度和工程应用的广度相结合。每一章的理论推导都辅以详细的数学证明和清晰的物理意义阐释，并穿插了大量基于先进控制理论和仿真软件的高级算法案例分析，是电力电子与电机驱动领域技术人员提升复杂系统设计和控制能力的有力工具。

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我是一名在读研究生，在做电机相关的课题研究时，经常需要进行大量的仿真来验证理论和设计。之前一直苦于找不到一本能够系统指导我进行电机仿真的书籍。《MATLAB电机仿真精华50例》的出现，真的像及时雨。它提供的50个案例，覆盖了从基础到进阶的各种电机类型和仿真场景，让我能够快速掌握不同电机的建模方法和仿真技巧。我特别惊喜于书中对一些高级控制策略的仿真实现，比如如何用MATLAB搭建永磁同步电机的弱磁控制仿真平台，这对我正在做的课题非常有帮助。书中的讲解逻辑清晰，步骤明确，即使是对MATLAB不太熟悉的读者，也能很快上手。而且，它不仅仅是教你如何“做”仿真，更重要的是引导你“理解”仿真背后的物理原理和控制理论，这对于提升科研能力至关重要。这本书的内容深度和广度都恰到好处，既有理论深度，又有实践指导性，是我近年来读到过最实用、最值得推荐的电机仿真书籍之一。

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坦白说，一开始我拿到《MATLAB电机仿真精华50例》的时候，并没有抱太高的期望，毕竟市面上关于MATLAB仿真的书不少，但真正能让我眼前一亮的却不多。然而，这本书完全颠覆了我的看法。它最大的优点在于“贴近实际”，每一个案例都像是从真实的工程问题中提炼出来的，具有很强的代表性。例如，书中关于异步电机起动特性、堵转特性的仿真分析，以及永磁同步电机在不同负载下的动态响应，这些都是我们在实际工程中经常会遇到的问题。作者不仅提供了详细的仿真步骤和代码，还对仿真结果进行了深入的解读，帮助我们理解电机在不同工况下的行为规律。我尤其喜欢书中对一些仿真误差和参数敏感性分析的讲解，这能够帮助我们避免在仿真中走弯路，提高仿真的准确性和可靠性。总而言之，这本书不仅仅是一本技术手册，更是一本能够帮助我们提升解决实际问题的能力的指南，对于任何从事电机设计、制造、运行和维护工作的专业人士来说，都是一本不可多得的参考书。

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这本书的编写风格和组织结构让我耳目一新。不同于很多枯燥的教科书，《MATLAB电机仿真精华50例》采用了“案例驱动”的学习方式，每一个章节都是围绕一个具体的仿真问题展开。作者以一种非常友好的方式，逐步引导读者进入仿真的世界。我个人非常欣赏它在讲解每个案例时，不仅给出了MATLAB代码，还详细解释了代码的含义、各个参数的设置以及仿真结果的物理意义。很多时候，仿真结果会有些出乎意料，这本书能够帮助你深入剖析原因，理解背后的原理。它没有回避仿真中可能遇到的难点，反而将它们作为学习的契机，一一化解。我感觉这本书的作者不仅是MATLAB仿真的高手，更是电机领域的资深专家，能够将复杂的知识用浅显易懂的方式呈现出来。对于希望系统学习电机仿真，或者遇到具体仿真难题的朋友来说，这本书的价值是难以估量的，它就像一位耐心负责的导师，随时准备为你解答疑惑，指引方向。

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这本《MATLAB电机仿真精华50例》真是给我打开了一个全新的电机仿真世界！作为一个刚入坑不久的电机爱好者，之前总感觉理论知识和实际应用之间隔着一层纱，学起来有点吃力。这本书就像是那位经验丰富的引路人，用50个精心挑选的案例，把抽象的电机理论一点点落地。从最基础的直流电机模型建立，到各种控制策略的实现，再到复杂的同步电机、异步电机在不同工况下的动态响应分析，每一个例子都循序渐进，逻辑清晰。我特别喜欢它对每一个仿真步骤的详细讲解，从参数设置到结果解读，都事无巨细。很多时候，自己埋头苦干半天也调不通的仿真模型，通过对照书中的案例，就能茅塞顿开。更重要的是，它不仅仅是教你如何“操作”MATLAB，更是让你理解“为什么”这么做，背后的物理原理和控制思想都贯穿其中。读完这本书，我感觉自己对电机的理解更加深刻了，也能更自信地去探索更复杂的仿真课题了。这绝对是一本值得反复研读的宝藏级教程，强烈推荐给所有想在电机仿真领域有所建树的朋友们！

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要说这本书的亮点，绝对在于它的“实战性”和“全面性”。我之前也看过一些MATLAB仿真的书籍，但很多都停留在理论层面，或者案例过于简单，难以应对实际工程中的复杂问题。而《MATLAB电机仿真精华50例》则不同，它精选了50个涵盖广泛的电机仿真案例，几乎涵盖了电机领域的主要分支和常见应用场景。无论是传统的直流电机、交流电机，还是永磁同步电机、开关磁阻电机等，都有深入的讲解。我尤其对书中关于电机驱动和控制部分的案例印象深刻，比如矢量控制、直接转矩控制等，这些都是现代电机控制的核心技术，通过仿真来学习理解，比纯理论要直观高效得多。而且，每一个案例都提供了完整的MATLAB代码和仿真结果分析，这极大地节省了我们自己从头构建模型的时间，让我们能够更专注于理解仿真逻辑和分析电机行为。对于想要快速提升电机仿真技能，或者在实际工程中需要进行电机建模和仿真分析的工程师和学生来说，这本书无疑是一份宝贵的参考资料，能够极大地加速学习进程。

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