永磁同步电机变频调速系统及其控制

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出版者:机械工业出版社
作者:袁登科
出品人:
页数:424
译者:
出版时间:2015-6
价格:79.00
装帧:平装
isbn号码:9787111502289
丛书系列:
图书标签:
  • 永磁同步电动机变频
  • 666
  • motor
  • 1
  • 永磁同步电机
  • 变频调速
  • 电机控制
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  • 工业控制
  • 电能转换
  • 控制工程
  • 电机学
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具体描述

本书内容共分为基础篇、控制篇、应用篇和进阶篇四篇,从数学模型、仿真建模和应用实例三个层面,从简单实用的角度,较为全面地介绍了永磁同步电动机变频调速系统的主要构成部分的工作原理与控制技术。

本书讲述的具体内容包括:永磁同步电机的结构与基本工作原理、数学模型、仿真模型以及有限元建模分析;电压型逆变器的工作原理、仿真建模与PWM控制技术;永磁同步电机工作特性及其在正弦交流电压源、电压型逆变器供电下的工作特性;用于电机控制的常见数字微控制器及PWM算法实例;永磁同步电动机的磁场定向矢量控制技术和直接转矩控制技术;永磁同步电动机变频调速系统实例;无位置传感器以及智能控制技术在永磁同步电动机调速系统中的应用;附录提供了部分MATLAB仿真模型、部分源代码、与电机调速系统相关的一些标准目录。

本书适于高等院校电气工程及其自动化专业高年级本科生、电力电子与电力传动方向研究生作为教材,也可供从事电动汽车等交流电机调速的科技人员阅读。

永磁同步电机变频调速系统及其控制 (精编版) 简介 本书立足于现代电力电子与电机驱动技术的前沿,系统深入地阐述了永磁同步电机(PMSM)变频调速系统的核心原理、结构设计、建模仿真、控制策略及其工程应用。全书内容编排逻辑严谨,技术深度适中,旨在为电气工程、自动化、电力电子等相关领域的工程师、研究人员及高校师生提供一份全面且实用的技术参考与学习资料。 第一部分:永磁同步电机基础理论与驱动系统概述 本部分首先回顾了永磁同步电机(PMSM)的基本结构、工作原理以及其相对于传统交流电机在功率密度、效率和动态响应方面的显著优势。详细介绍了永磁体材料的分类、特性及其对电机性能的影响,特别是稀土永磁材料在现代驱动系统中的关键作用。 随后,本书深入探讨了PMSM的电磁特性分析,包括定子绕组的绕组系数、反电动势的产生机制以及磁场定向(Field-Oriented Control, FOC)理论的理论基础——坐标变换。详细推导了静止坐标系($α-β$)与旋转同步坐标系($d-q$)之间的Clark和Park变换,阐明了为何$d-q$坐标系下的控制等效于对直流电机的控制,这是实现高性能解耦控制的关键所在。 在驱动系统架构方面,本书全面剖析了变频调速系统的组成,重点介绍了现代永磁同步电机驱动系统中的核心部件:高可靠性功率变换器(通常为三相电压源型逆变器,VSI)的设计与选型。讨论了直流母线电压的稳定控制、开关器件(如IGBT、SiC MOSFET)的选择标准、热管理设计以及脉宽调制(PWM)技术,特别是针对PMSM特性的先进调制策略,如开关频率优化、共模抑制等。 第二部分:永磁同步电机精确建模与仿真 精确的数学模型是设计高性能控制系统的先决条件。本章详细阐述了PMSM在$d-q$坐标系下的电压方程、磁链方程和转矩方程。特别强调了考虑磁饱和、温度效应以及永磁体退磁对模型精度的影响,并给出了在不同工作状态下进行模型简化的适用条件和方法。 在系统动态特性分析方面,本书详细分析了PMSM的机械动态模型,并将其与电气模型耦合,构建了完整的机电耦合仿真模型。通过对传递函数的分析,确定了系统的固有频率、阻尼比和零点、极点分布,为后续控制器的设计提供了系统的理论依据。 仿真部分,本书提供了基于MATLAB/Simulink环境下的PMSM系统建模与仿真实例。指导读者如何利用Simscape Electrical(原SimPowerSystems)等工具箱搭建完整的系统仿真平台,包括电机模型、逆变器模型、传感器模型以及各种控制算法的集成。仿真案例涵盖了电机启动、负载突变、转速跟踪等典型工况下的性能评估方法。 第三部分:磁场定向控制(FOC)及其优化 磁场定向控制(FOC)是实现高性能PMSM调速的核心技术。本书将FOC分解为电流内环、速度外环的级联结构,并对每个环路进行了详尽的讲解。 电流内环控制: 详细讲解了$d$轴电流(励磁电流,通常控制为零以消除损耗)和$q$轴电流(转矩电流)的解耦控制。重点介绍了解耦补偿环节的建立和参数设置,以消除Park变换后的非线性耦合项。对于电流控制器的设计,本书对比分析了传统的比例积分(PI)控制器和现代的预测控制方法(如内模控制IMC)。对于PI控制器,给出了基于带宽法、相角裕度法的详细参数整定步骤,并探讨了开关频率与控制器带宽之间的关系。 速度外环控制: 阐述了速度控制器的作用及其PI或PID参数的整定方法,强调了速度环路带宽应远低于电流环带宽的设计原则。 位置与速度观测: 鉴于编码器或解析器成本和可靠性的限制,本书系统介绍了无传感器控制(Sensorless Control)技术。这部分内容深度涵盖了低速和零速下的观测器设计,包括: 1. 基于模型参考自适应(MRAS)观测器: 针对中高速区。 2. 滑模观测器(SMO): 针对抗干扰能力和低速鲁棒性。 3. 高频注入法: 专门针对零速或接近零速区的转子位置估计。 第四部分:先进控制策略与工程应用 为应对复杂工况和提高系统鲁棒性,本书引入了超越传统PI控制的先进策略: 空间矢量脉宽调制(SVPWM): 详细介绍了SVPWM的基本原理,包括电压矢量合成、作用时间计算以及扇区划分。对比了SVPWM与正弦PWM在谐波含量、直流电压利用率方面的差异,并给出了实际实现中的死区时间补偿技术。 磁场定向的非线性控制: 探讨了滑模控制(SMC)在PMSM速度和电流控制中的应用,分析了其固有的快速动态响应和对参数变化的鲁棒性,并讨论了如何通过设计合适的切换函数来抑制抖振现象。 鲁棒性与容错控制: 针对驱动系统在实际运行中可能遇到的参数漂移、传感器故障等问题,本书介绍了自整定技术和基于观测器的故障诊断与隔离(FDI)方法。例如,当霍尔元件或电流传感器发生单相故障时,系统如何基于剩余信息重构状态并继续运行。 工程实现与调试: 本部分聚焦于理论知识向工程实践的转化。详细讨论了电机参数辨识的离线与在线方法,包括静止辨识和动态辨识。针对数字控制系统的硬件平台(DSP/FPGA),讲解了控制算法的定点化、实时性约束以及控制周期对系统稳定性的影响。最后,提供了典型的工业应用案例,如电动汽车牵引系统、高精度机床主轴、工业机器人关节驱动等,展示了如何根据具体应用需求调整和优化控制参数。 总结: 《永磁同步电机变频调速系统及其控制》全面覆盖了从电机物理基础到复杂控制算法实现的全部技术链条。本书不仅是理论学习的权威参考,更是工程设计与现场调试的实用手册,帮助读者构建和掌握下一代高效、精密永磁同步电机驱动系统的设计能力。

作者简介

目录信息

前言
1 绪论
1.1电机类型
1.2电机应用概述
1.3电机控制策略
1.4电机调速系统的构成及其研究方法
2PMSM结构与基本工作原理
2.1PMSM结构
2.1.1定子
2.1.2转子
2.2旋转变压器
2.2.1工作原理
2.2.2解码电路
2.3PMSM加工流程
2.4PMSM工作原理
2.4.1定子绕组与永磁转子的作用力
2.4.2定子绕组与凸极转子的作用力
2.4.3电机的控制模式
3PMSM动态数学模型
3.1PMSM的物理模型
3.2三相静止坐标系的PMSM数学模型
3.2.1定子电压方程
3.2.2定子磁链方程
3.2.3电机转矩方程
3.2.4运动方程
3.2.5 基于MATLAB的转矩公式分析
3.3 坐标变换
3.4 dq转子坐标系的PMSM动态数学模型
3.4.1dq坐标系PMSM动态数学模型推导
3.4.2基于MATLAB的PMSM数学模型化简
3.4.3PMSM等效电路图
3.5电机矢量图
4PMSM的MATLAB仿真建模
4.1MATLAB/SIMULINK简介
4.2基于分立模块的PMSM仿真建模
4.3基于S-FUNCTION的PMSM仿真建模
4.4 基于SIMPOWERSYSTEMS的PMSM仿真建模
4.5仿真对比分析
4.5.1正弦电压供电PMSM直接起动的仿真对比
4.5.2不同模型仿真效率比较
4.5.3不同变换矩阵系数的影响
5PMSM的JMAG有限元分析模型
5.1 JMAG的功能与特点
5.2有限元分析的主要步骤与分析功能简介
6PMSM稳态工作特性
6.1电流极限圆
6.2电压特性
6.2.1电压极限椭圆
6.2.2电压控制下的电机电流
6.3转矩特性
6.3.1转矩与电流幅值及相角的关系
6.3.2转矩与ID和IQ的关系
6.3.3恒转矩曲线
6.3.4最大转矩/电流曲线
6.3.5电压限制下的电机转矩
6.4机械特性
6.5功率因数
6.6参数变化对电机的影响
7理想正弦交流电压源供电PMSM工作特性
7.1恒定电压恒定频率正弦交流电压源供电PMSM工作特性
7.1.1稳态工作特性分析
7.1.2起动过程分析
7.1.3运行稳定性分析
7.2 额定频率以下变频正弦交流电源供电PMSM工作特性
7.2.1恒定频率下的PMSM工作特性
7.2.2不同频率下的PMSM工作特性
7.3额定频率以上变频正弦交流电源供电PMSM工作特性,
8三相电压型逆变器构成与工作原理
8.1三相电压型逆变器构成
8.1.1功率二极管
8.1.2绝缘栅双极型晶体管
8.1.3金属氧化物半导体场效应晶体管
8.1.4功率母排
8.1.5吸收电路
8.1. 6电容器
8.1.7电压电流检测电路
8.1.8典型驱动模块
8.2三相电压型逆变器工作模式
8.2.1能量传递的三种方式
8.2.2三相电压型逆变器的两种导通模式
8.2.3输出相电压特点
8.3三相电压型逆变器MATLAB仿真建模
8.3.1基于SIMULINK分立模块的逆变器建模
8.3.2基于SimPowerSystems库的逆变器模型
8.3.3基于Simscape库的逆变器物理建模
9电压型逆变器控制技术
9.1方波运行模式及仿真建模
9.1.1方波运行模式
9.1.2方波运行模式的电压型逆变器仿真建模
9.2SPWM技术及仿真建模
9.2.1SPWM技术原理
9.2.2载波比与调制比
9.2.3输出电压基波幅值特点
9.2.4仿真建模
9.3SVPWM技术及仿真建模
9.3.1两电平电压型逆变器电压空间矢量
9.3.2 SVPWM线性组合算法
9.3.3SVPWM几何特征
9.3.4SVPWM技术特点
9.3.5SVPWM算法的仿真建模
9.4CHBPWM技术及仿真建模
9.4.1CHBPWM技术原理
9.4.2CHBPWM技术特点
9.4.3CHBPWM仿真建模
10电压型逆变器供电变压变频调速系统特殊问题
10.1主电路结构
10.2整流电路
10.2.1PWM整流器结构
10.2.2电压型PWM整流器工作原理
10.2.3电压型PWM整流器工作方式
10.3VSI输入侧滤波器
10.4VSI输入侧电流谐波
10.4.1VSI直流输入侧电流谐波来源
10.4.2LC滤波器对输入侧谐波电流的抑制作用
10.4.3方波工况下输入侧电流的仿真分析
10.5VSI输出滤波
10.6 EMI滤波器
10.6.1 EMC与EMI简介
10.6.2 VSI逆变器中的EMI
10.7 VSI的输出限制
10.8VSI的工作效率
11电机控制用数字微控制器
11.1概述
11.2TMS320F24X
11.2.1 TMS320F24X性能特点
11.2.2SVPWM算法实现
11.3TMS320F2812
11.3.1性能特点
11.3.2基于SIMULINK的DSP中SVPWM程序开发
11.4其他几种典型的DSP芯片
12PMSM的矢量控制变频调速系统
12.1PMSM转子磁场定向矢量控制技术概念
12.2典型的转子磁场定向FOC控制PMSM变频调速系统
12.2.1dq坐标系电流闭环PI调节FOC控制系统
12.2.2三相静止坐标系定子电流滞环控制FOC控制系统
12.2.3转矩控制的FOC控制系统
12.2.4电压解耦型FOC控制系统
12.2.5含逆变器直流电压闭环的FOC控制系统
12.3 PMSM矢量控制变频调速系统建模与仿真分析
12.3.1FOC控制变频调速系统仿真建模
12.3.2FOC控制变频调速系统仿真结果与分析
13 PMSM的直接转矩控制变频调速系统
13.1直接转矩控制技术原理
13.1.1定子磁链控制原理
13.1.2电机转矩控制原理
13.1.3PMSM转矩增量分析
13.1.4两种磁链轨迹控制方案
13.1.5定子磁链观测器
13.2传统直接转矩控制中PMSM转矩脉动分析
13.3PMSM直接转矩控制变频调速系统性能改善方案
13.3.1基于扩充电压矢量表的改进方案
13.3.2基于调节电压空间矢量占空比的改进方案
13.4PMSM直接转矩控制变频调速系统仿真建模与分析
13.5DTC与FOC的对比
14PMSM变频调速系统应用实例
14.1PMSM在国内电动汽车中的应用
14.1.1国内的燃料电池电动汽车
14.1.2PMSM电机及控制器性能指标
14.1.3电动汽车控制系统实例分析
14.2PMSM变频调速系统在城市轨道交通中的应用
14.2.1列车概况
14.2.2牵引电气系统
15PMSM无位置传感器控制技术
15.1电机模型直接计算法
15.2模型参考自适应法
15.3扩展卡尔曼滤波器
15.4无位置传感器控制芯片IRMCK20X
16智能控制技术在PMSM变频调速系统中的应用
16.1 模糊控制技术及其应用
16.2 神经网络控制技术及其应用
16.3 专家系统控制技术及其应用
附录A:两相静止坐标系中PMSM数学模型
附录B:SIMULINK分立模块搭建出PMSM仿真模型
附录C:S-Function实现PMSM仿真建模的程序
附录D:采用类似SPWM方式实现SVPWM的仿真模型
附录E:命令文件
附录F:中断向量文件
附录G:硬件法实现SVPWM算法的程序代码
附录H:基于MATLAB/SIMULINK的DSP程序开发
附录I:SIMULINK模块使用注意事项与常见问题调试
附录J:国内外相关标准的标准号及名称
参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书的排版和插图质量,坦白说,让我有些摸不着头脑。电路原理图和系统框图的清晰度尚可,但涉及到**三维热力学建模**或**复杂系统拓扑结构**的可视化呈现时,总感觉不够直观。在学习**新型驱动拓扑结构**时,我需要非常清晰的、可以交互式查看(哪怕只是高分辨率的剖视图)的示意图来辅助理解电流和磁场的分布。这本书中的插图很多时候显得过于简化,或者干脆就是黑白的线条图,这对于理解**空间矢量调制(SVM)**这类需要精确把握相量关系的算法时,造成了不小的理解障碍。相比于一些国际上顶级的同行出版物,这本书在**信息可视化**方面明显落后了一个时代。我个人认为,对于复杂的电气控制系统,图文并茂的阐述是至关重要的,一个精心设计的动态流程图胜过千言万语的文字描述。这本书在这一点上的疏忽,无疑降低了非专业背景读者快速掌握核心概念的效率。

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我对这类偏向硬件和底层控制的书籍有一个隐性的期待,那就是它们必须对**系统集成和工程化实施中的“陷阱”**有深刻的洞察。我希望能看到作者分享一些关于**电磁兼容性(EMC)设计**的实战经验,特别是在高频开关环境下,如何通过布局、屏蔽和滤波来确保系统的长期稳定运行。这本书在理论推导上花费了大量篇幅,但对于实际布线、散热管理以及恶劣环境(如高湿、高振动)下的保护措施着墨甚少。例如,我正在研究的**分布式控制架构**中,如何保证跨多节点通信的确定性,以及如何应对**级联故障**的恢复策略,这些都是工程实践中避不开的难题。遗憾的是,这些“经验之谈”和“血泪教训”在书中几乎找不到踪影。读完后,我感觉自己对数学模型理解得更深了,但在“如何让这个东西在工厂里真正跑起来并持续稳定工作”这个关键环节上,我的知识储备并没有得到实质性的补充,这使得本书的**工程实用价值**大打折扣,更像是停留在实验室验证的阶段。

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这本书的文字组织逻辑,说实话,有些地方让我感到有些费解和冗余。我特别关注了其中关于**高精度传感器信号处理与滤波技术**的那几个章节,这部分内容对于我正在进行的一个对噪声敏感的实验项目至关重要。然而,作者似乎花费了大量的篇幅去铺陈一些在现有控制领域已被广泛接受的基本概念,而真正深入到**如何设计更优化的自适应滤波算法**或者**多传感器数据融合的贝叶斯方法**的细节时,又显得有些蜻蜓点水。我期待的是那种层层递进,从原理到实践,再到极端工况下的鲁棒性设计的论述。比如,在讨论**实时操作系统(RTOS)的调度机制**时,如果能结合具体案例展示不同调度策略(如优先级继承、死锁避免)在实际系统中的性能差异,那会比纯粹的理论推导更有说服力。目前的叙述方式,更像是教科书式的知识堆砌,缺少了一种将复杂问题解构、再重构的**工程师思维的引导**。整体阅读下来,感觉就像在阅读一份非常详尽但缺乏重点的工程规范,而不是一本能激发思考、指导创新的技术著作。

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我购买这本书的初衷,是希望能够深入了解**面向新能源汽车动力系统**的**拓扑结构优化与能量回收策略**的最新进展。我关注的核心问题是如何在保证高效率的同时,进一步提升系统的功率密度和响应速度。这本书的理论框架似乎建立在一个相对成熟的工业应用背景之上,这使得它在处理**超高速运行**或**极宽调速范围**下的动态响应问题时,表现出一种保守性。我特别希望能看到一些关于**磁阻转矩利用**或者**弱磁控制在高转速区实现无感运行**的先进控制策略的详细分析。然而,书中更多的是对传统励磁控制和基本电流环、速度环参数整定的详尽描述,这些内容对于已经熟悉基础的工程师来说,提供的增量信息非常有限。这本书更像是一部巩固基础的参考手册,而不是一部探索前沿瓶颈、指导下一代产品研发的**创新指南**,对于急需突破现有性能瓶颈的研发人员来说,可能需要寻找更侧重于**电机参数在线辨识与模型补偿技术**的前沿文献。

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这本书的装帧设计倒是挺有意思,封面用了那种哑光的质感,摸上去很舒服,字体排版也比较清晰,看得出在细节上是用了心的。不过,说实话,我对这本书的内容本身抱持着一种复杂的情感。我原本是希望能找到一些关于新兴的**嵌入式系统在现代工业自动化中的应用案例**的深入探讨,尤其是那些结合了物联网(IoT)技术的最新研究成果。这本书的目录翻下来,给我的感觉更偏向于传统的电力电子理论,虽然基础扎实,但缺乏一些面向未来的、能让人眼前一亮的创新应用视角。比如说,关于**人工智能算法在设备预测性维护中的融合**,或者**基于边缘计算的实时数据分析**,这些在当前技术浪潮中至关重要的前沿领域,书中几乎没有涉及。我理解任何一本技术专著都需要打好理论基础,但对于一个追求前沿技术的读者来说,如果能加入一些对**软件定义一切(SDx)**理念在控制领域落地的探讨,或者对**新型半导体材料(如SiC/GaN)**在功率器件中的应用如何颠覆现有设计思路的分析,那这本书的价值会大大提升。目前的呈现,更像是一本为资深工程师准备的“工具书”,对于需要快速了解行业最新动态的跨领域学习者来说,门槛稍显高了一些,期待未来能有更多关于**数字化孪生技术在工业控制回路中的实践**的案例分享。

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为什么注册了也不能读 骗人的呀

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讲得很好

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讲得很好

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讲得很好

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讲得很好

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