本書共分9章,各章節按照從一般到特殊的思路進行組織。第1~4章圍繞一般類型同步電機的轉矩控制,從不同參考坐標系下的數學模型出發系統闡述了控制器的結構設計問題,重點研究同步電機驅動電流的產生和調節以及轉速控制器的設計;在此基礎上,第5章討論了同步電機矢量控制在數字化實現方面所帶來的問題,分析控制系統硬件層面和軟件層面的時間延遲以及如何對時間延遲進行補償,從而保障數字控制系統的性能。第6~9章針對永磁同步電機分別闡述了直接轉矩控制策略、容錯預測控制策略和無傳感器控制策略。本書內容詳實豐富,既有基本的數學模型建立和控制器結構理論分析,也包括不同類型先進控制策略的工程實現探討,并給出了大量的仿真結論和實驗結論,理論聯系實際的特色較為突出,對于國內從事高性能、高性的機電驅動器設計以及高效率電力傳動和驅動等領域的工程技術人員和科研院所研究人員具有較高的參考價值,同時也可作為大專院校相關教師、研究生和高年級本科學生開展同步電機教學和科研的參考資料。
本書內容詳實豐富,既有基本的數學模型建立和控制器結構理論分析,也包括不同類型先進控制策略的工程實現探討,并給出了大量的仿真結論和實驗結論,理論聯系實際的特色較為突出。
目錄譯者序原書前言第1章同步電機的控制、相關問題與建模11.1簡介11.2同步電機控制的相關問題11.2.1基于矢量控制策略的同步電機控制11.2.2同步電機的直接模型/逆模型及建模假設31.2.3同步電機控制特性51.3同步電機的結構描述和物理建模61.3.1同步電機結構特征61.3.2建模假設71.3.3符號說明81.3.4主要變換矩陣81.3.5同步電機的物理模型91.3.6二電平電壓逆變器101.3.7機械負載建模111.4自然三相a-b-c參考坐標系內的同步電機動態模型121.4.1非凸極電機勵磁不變情形下的數學模型121.4.2a-b-c參考坐標系內正弦穩態工作情形下的電磁轉矩151.4.3向非正弦磁場分布電機的擴展161.5α-β和d-q參考坐標系內的矢量變換與動態模型(考慮正弦磁場分布電機且區分非凸極和凸極兩種情形)201.5.1因式分解矩陣建模201.5.2康科迪亞變換:α-β參考坐標系211.5.3派克變換:用于凸極同步電機221.5.4對轉矩系數的注釋251.6將派克變換擴展應用到非正弦磁場分布同步電機的可行性251.7結論311.8附錄321.8.1電機參數值321.8.2術語和符號331.8.3致謝351.9參考文獻35第2章a-b-c參考坐標系內的同步電機供電及轉矩控制402.1簡介:a-b-c參考坐標系內的控制問題402.2a-b-c參考坐標系內的數學模型:穩態向瞬態的擴展應用402.2.1正弦波磁場分布電機情形402.2.2階梯波磁場分布電機情形(無刷直流電機)412.2.3關于非正弦波磁場分布電機電磁轉矩的注釋432.3a-b-c參考坐標系內的轉矩控制器結構442.3.1正弦波磁場分布電機情形442.3.2向無刷直流電機的擴展(階梯波磁場分布電機情形)452.4a-b-c參考坐標系內的控制器性能和缺點462.4.1比例控制器情形462.4.2積分比例(IP)電流調節器情形502.4.3a-b-c參考坐標系內IP控制器的派克分量解釋532.4.4高級控制器:諧振控制器實例592.4.5基于諧振控制器電流調節的派克變換解釋622.5通用化:驅動器對非正弦磁場分布電機的應用擴展642.5.1建模方法的通用化642.5.2方程解的及時種求解方法(試探解)652.5.3及時泛化:焦耳損耗化(對零序電流無約束)662.5.4方法應用:正弦波反電動勢電機的化672.5.5第二泛化:帶約束條件的焦耳損耗化(零序電流必須等于零)682.5.6兩個電流的幾何解釋702.6應用傅里葉展開式獲得電流732.6.1應用傅里葉展開式的興趣所在732.6.2傅里葉系數建模法(復系數)742.6.3傅里葉展開式的結論特性752.6.4及時種重要情形:反電動勢僅包含奇次諧波752.6.5第二種重要情形:反電動勢僅包含偶次諧波752.6.6一般情形:奇次諧波和偶次諧波同時存在762.6.7基本原則:產生轉矩的必要條件是注入不同的諧波762.6.8化的一般方法(用一個實例進行探索性解釋)762.6.9化方法的一般表述792.6.10一個重要的實例:正弦波磁場分布電機852.6.11應用:得到恒定轉矩862.6.12主要結論872.7結論912.8附錄912.8.1數字化參數值912.8.2術語和符號922.9參考文獻93第3章d-q參考坐標系內的同步電機驅動策略及轉矩控制963.1簡介:關于派克d-q參考坐標系內的控制器設計963.2動態數學模型(以勵磁恒定的凸極電機為例)973.3確定電流參考值的及時種方法(d-q參考坐標系)983.4d-q參考坐標系內的電流控制器設計1003.4.1基于可逆模型控制的基本原理:以帶補償的比例控制器為例1003.4.2自同步控制1023.4.3高效電流調節的一些特性1033.4.4比例電流控制器的魯棒性問題1083.5基于可逆模型的新型控制策略:以帶補償的IP控制器為例1093.5.1基本原理1093.5.2電流環IP調節器性能1113.5.3電流環IP調節器的魯棒性分析1133.5.4d-q參考坐標系內控制器性能的主要結論1163.6凸極同步電機的供電;等轉矩曲線的幾何方法1163.6.1一般知識:構造轉矩平面的一般方法1163.6.2預備知識1:以永磁凸極同步電機為例,勵磁磁場在空間呈正弦分布1193.6.3預備知識2:以永磁非凸極同步電機為例,勵磁磁場在空間呈非正弦分布——派克坐標變換的一次擴展1213.6.4評注:與p-q理論進行類比1223.6.5非凸極同步電機的3D可視化實現1243.6.6對凸極同步電機的歸納:以正弦波磁場分布永磁同步電機為例1243.6.7可視化:以勵磁式凸極同步電機為例1273.6.8磁阻式同步電機情形1273.6.9以變磁阻同步電機為例,勵磁磁場在空間呈非正弦分布——派克坐標變換的二次擴展1293.6.10可視化:磁阻式同步電機的轉矩平面1333.7結論1343.8附錄1343.8.1參數值1343.8.2術語和符號1343.9參考文獻135ⅩⅦ第4章同步電機的驅動控制1404.1簡介1404.2轉速控制器設計的基本原理:以IP控制器為例1424.3a-b-c參考坐標系內的轉速控制器設計(以非凸極同步電機為例)1454.3.1一般知識1454.3.2a-b-c參考坐標系內帶有IP電流控制器的IP轉速控制器1454.3.3帶有共振電流控制器的IP轉速控制器1474.4d-q參考坐標系內的轉速控制器設計(以凸極電機應用為例)1504.4.1一般知識1504.4.2介紹性實例:帶有補償或解耦的轉速控制1504.4.3關于轉速控制的討論1534.4.4調節器選擇實例——IP控制器的興趣所在:應用上的限制1564.4.5調節器選擇實例:帶有抗飽和裝置的IP控制器1574.4.6調節器選擇實例:帶有受限動態特性的IP控制器1594.4.7高級調節器實例:帶有積分狀態觀測器的P控制器1634.5關于位置角調節的一些說明1724.6結論1754.7附錄1764.7.1參數值1764.7.2術語和符號1764.8參考文獻177第5章同步電機矢量控制的數字化實現1815.1簡介1815.2同步電機轉矩的經典控制法、模擬控制法和理想控制法1825.2.1電流調節器的計算1825.2.2參考電流的確定1835.2.3所研究電機的參數1845.2.4同步電機理想模擬矢量控制的仿真結論1845.3同步電機矢量控制數字化實現的相關問題1855.3.1控制接口及應用受到限制的原因1855.3.2時間框圖1875.3.3同步電機矢量控制數字化實現的限制因素1885.4控制系統的離散化1885.4.1采樣周期的選擇1885.4.2瞬時采樣時刻的選擇1895.4.3數字化控制器的實現189ⅩⅧ5.4.4基于離散調節器控制的仿真結果1925.5由同步電機矢量控制數字化實現導致的時間延遲研究1935.5.1考慮控制系統時間延遲時的仿真結果1935.5.2考慮時間延遲的新型調節器參數計算1955.5.3對時間延遲進行校正和系統離散化后的仿真結果1955.6量化問題1975.6.1電流測量的量化效應1975.6.2位置角測量的量化問題1995.6.3由數字微分對轉速進行計算2005.6.4電壓源型逆變器PWM矢量的量化2015.7派克逆變換的時間延遲2025.8結論2035.9參考文獻203第6章永磁同步電機的直接轉矩控制2056.1簡介2056.2d-q參考坐標系內永磁同步電機的數學模型2056.2.1狀態方程2066.3任意切換頻率下的常規DTC2066.3.1一般原理2066.3.2DTC的實驗應用2096.4固定切換頻率下的DTC2106.4.1控制的基本原理2106.4.2參考矢量Ψ#的推導2136.4.3一個固定計算周期的DTC實驗結論2146.5直接預測控制2156.5.1簡介2156.5.2直接預測控制的基本原理2156.5.3直接預測控制在永磁同步電機的應用2166.5.4實驗結果2196.5.5基于可逆模型的直接預測控制2216.6結論2266.7參考文獻227第7章同步電機與逆變器的容錯預測控制2297.1簡介2297.2三相容錯電機的拓撲結構2307.2.1對永磁同步電機短路電流的限制230ⅩⅨ7.2.2單相繞組發生故障時的故障限制2307.3容錯變換器的拓撲結構2317.4容錯控制2327.4.1同步電機容錯控制模型的建立2337.4.2同步電機容錯控制的仿真結果2337.4.3預測控制2387.4.4實際應用2427.5結論2457.6參考文獻245第8章永磁同步電機無機械傳感器控制的基本特性2478.1簡介2478.1.1狀態觀測和擾動狀態觀測器2488.1.2控制系統和狀態觀測系統動態方程的相互作用2488.1.3控制器和狀態觀測器的極點配置2518.2基于擴展卡爾曼濾波器的PMSM無傳感器控制2538.2.1卡爾曼濾波器(KF)簡要回顧2538.2.2卡爾曼濾波器在PMSM控制的應用2558.2.3仿真結果2588.3與MRAS(模型參考自適應系統)方法的對比2608.4實驗結果對比2628.5帶負載轉矩觀測的PMSM無傳感器控制2638.5.1基于電流狀態反饋的無傳感器控制2678.6PMSM無機械傳感器的起動2718.6.1無機械傳感器時系統的平衡點2728.6.2仿真結果分析2748.6.3以全局收斂為目標的改進型控制律2788.7結論2798.8參考文獻280第9章永磁同步電機無傳感器控制:確定性方法、收斂性及魯棒性2829.1簡介2829.2PMSM無機械傳感器控制建模2849.2.1狀態方程2859.2.2降階模型方程2879.3無機械傳感器控制的收斂性分析2889.3.1比例控制律2899.3.2變結構控制律295ⅩⅩ9.4反電動勢矢量估計3029.5PMSM無傳感器控制的參數變化魯棒性分析3039.5.1定子電感的參數變化3059.5.2轉矩系數的參數變化3059.5.3定子電阻的參數變化3089.6定子電阻變化時的PMSM無傳感器控制3149.6.1定子電阻的在線估計3159.6.2定子電阻參數變化影響最小的無傳感器控制3179.7結論3229.8附錄A3229.9附錄B3239.10參考文獻324
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