交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)（第3版）
定 價：69 元
叢書名：智能制造與裝備制造業(yè)轉型升級叢書
- 作者：李永東 鄭澤東
- 出版時間：2017/3/1
- ISBN：9787111548317
- 出 版 社：機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TM340.12
- 頁碼：316
- 紙張：膠版紙
- 版次：3
- 開本：16開
本書全面系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)代交流電機控制系統(tǒng)的基本原理、設計方法和數(shù)字控制技術，在介紹了交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)的理論基礎和硬件基礎之后，分別闡述了交流電機控制系統(tǒng)的不同控制方法及其數(shù)字化的實現(xiàn)，重點介紹了已得到廣泛應用的矢量控制系統(tǒng)、直接轉矩控制系統(tǒng)的控制原理、控制規(guī)律和設計方法，并對無速度傳感器控制系統(tǒng)和同步電機控制系統(tǒng)也給予了詳細的介紹。
本次修訂，第2章，增加一些新的硬件設計方案，如CPLD和FPGA的方案等。第3章增加近在高鐵和地鐵中用得比較多的特定消諧PWM、中間60調制PWM、SVPWM過調制、方波調制等。第4章，增加近研究比較多的模糊控制、模型預測控制(MPC)、多相電機矢量控制、雙饋電機控制等。第6章，對永磁同步電機PMSM部分的內容進行較大修訂。
本書適宜于從事電氣傳動自動化、電機及其控制、電力電子技術的科技人員閱讀，也可作為大專院校有關教師、研究生和高年級本科生的教學參考書。
交流電機控制系統(tǒng)由于不存在直流電機控制系統(tǒng)維護困難和難以實現(xiàn)高速驅動等缺點，近年來發(fā)展很快。其突出的優(yōu)點是：電機制造成本低，結構簡單，維護容易，可以實現(xiàn)高壓大功率及高速驅動，適宜在惡劣條件下工作，系統(tǒng)成本將不斷下降，并能獲得和直流電機控制系統(tǒng)相媲美或更好的控制性能。歐美及日本在20世紀80年代初已經(jīng)推出一系列商品化的高性能全數(shù)字化交流電機控制系統(tǒng)和產(chǎn)品。我國也有不少單位在研究、開發(fā)和引進交流電機控制系統(tǒng)的技術、元器件和裝備，取得了一些有價值的研究成果，推廣了一批較成熟的交流電機控制技術，引起了國家有關部門的重視，初步形成了研究、推廣、應用交流電機控制系統(tǒng)的熱潮。
交流電機控制技術雖然經(jīng)過了多年的迅速發(fā)展，但至今仍是國內外學者和工業(yè)界研究的重要課題。尤其是微處理器應用于交流電機控制系統(tǒng)以來，控制系統(tǒng)結構發(fā)生了很大變化，硬件大大簡化，軟件實現(xiàn)的功能不但越來越復雜，而且日新月異。目前，交流電機控制已經(jīng)成為一門集電機、電力電子、自動化、計算機控制和數(shù)字仿真于一體的新興學科。因此，了解和掌握交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)的工作原理和設計方法，不但可以根據(jù)實際需要選擇合理的控制方案，以達到投資和收益最佳，而且對消化吸收國外引進技術不無裨益，同時對進一步深入研究和發(fā)展交流電機的控制理論和方法也是必不可少的。
全書共分６章及3個附錄。緒論簡述了交流電機控制系統(tǒng)的發(fā)展和基本類型，及數(shù)字控制系統(tǒng)的一般問題和交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)的特點。第１章主要介紹數(shù)字控制系統(tǒng)的理論基礎，給出這些理論的一般性結論，并試圖在以后各章中把它們應用到實際系統(tǒng)的設計中。第２章對最新的３２位數(shù)字信號處理器（DSP）和一些新的主流單片機做了介紹，增加了一些最新的硬件設計方案，如CPLD和FPGA方案等。第３章介紹電壓型ＰＷＭ變頻調速異步電機控制系統(tǒng)的基本原理，重點是獲得廣泛應用的ＰＷＭ技術（尤其是空間電壓矢量ＰＷＭ技術）和通用變頻器的數(shù)字化實現(xiàn)，增加了在高鐵和地鐵中用得比較多的特定消諧PWM、中間60調制PWM、SVPWM過調制、方波調制等。第４章介紹了異步電機矢量控制系統(tǒng)及其數(shù)字化實現(xiàn)，重點是得到廣泛應用的磁場定向矢量控制系統(tǒng)及其他高性能控制方法，內容涉及磁通觀測、電流調節(jié)和無速度傳感器系統(tǒng)，增加了最近研究比較多的模糊控制、模型預測控制（MPC）、多相電機矢量控制、雙饋電機控制等。第５章介紹全數(shù)字化直接轉矩控制系統(tǒng)的最新發(fā)展和硬軟件結構。第６章介紹同步電機數(shù)字控制系統(tǒng)的實現(xiàn)，對永磁同步電機PMSM部分的內容進行較大修訂。在研究和應用交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)時，必須了解交流電機多變量強耦合的本質及其動態(tài)描述方程，并找出各種坐標變換下電機動態(tài)方程的本質聯(lián)系及電機動態(tài)過程中輸入（電壓、電流）和輸出（轉矩及轉速）之間的關系，但這方面的推導和內容對工程技術人員來講略顯繁雜，故將其放入附錄Ａ中。附錄B為自動控制系統(tǒng)的經(jīng)典設計方法，在設計交流電機調速系統(tǒng)中也是必須知道的。總之，讀者可根據(jù)不同的控制目標和要求，決定采用何種控制方法及其數(shù)字化實現(xiàn)方案。控制目標和方法的不同，導致控制算法和系統(tǒng)硬軟件結構的很大差別。新增附錄C為變頻器控制下的異步電機參數(shù)測量。
在本書的第１版中，本人的同事和研究生參與完成了大量的整理和編輯工作。其中，冬雷完成了第２章大部分內容的編寫工作及第３章的部分內容；陳杰完成了第４章大部分內容的編寫工作及第１章的部分內容；李明才完成了第１章大部分內容；曾毅完成了第５章大部分內容；侯軒完成了第６章大部分內容；孫涓涓參與了第２章的編寫和第４章及附錄B的整理工作。此外，譚卓輝、胡虎、曲樹筍、李敏、梁艷、苑國鋒和劉永恒等同學也參與了很多章節(jié)的整理、錄入及編輯工作。李永東和王長江制訂了本書最初的編寫大綱，李永東并負責前言、緒論、第３～５章的初稿及附錄A的撰寫和全書的統(tǒng)一修改、潤色和審定工作。
本書的第２版和第３版的修訂工作主要由鄭澤東副教授完成，李永東教授進行整體籌劃和審定，在DSP控制軟硬件、異步電機雙饋控制和永磁電機控制方面增加了不少內容。
衷心感謝讀者對本書的支持，我們會繼續(xù)吸收大家的意見，對本書內容不斷進行修訂，以使大家能夠更好地掌握和應用交流電機數(shù)字控制方法，推動我國交流電機高性能控制技術的不斷進步。
作者
2016年10月于清華園
李永東，教授、博士生導師，天山學者特聘教授； 清華大學 電力電子工程研究中心副主任。主要研究方向為大容量電力電子變換器及其在調速節(jié)能領域的應用，交流電機的全數(shù)字化控制及其在數(shù)控機床、高鐵電力牽引和艦船電力推進中的應用，新能源發(fā)電等。主持國家自然基金項目4項、國家863項目和支撐計劃項目各1項，中英、法、美、日、韓等國際合作交流項目10項，臺達科教基金一般項目和重點項目各1項、其他橫向及軍工項目幾十項。完成我國首臺工業(yè)化高壓大容量變頻器的研制和生產(chǎn)，推廣后產(chǎn)生巨大經(jīng)濟和社會效益。大功率風電機組研制和示范項目獲中國機械工程學會特等獎1項。曾任電力系統(tǒng)國家重點實驗室副主任兼電力電子分室主任，清華大學研究生院培養(yǎng)處副處長，國際交流與合作委員會委員，新疆大學電氣學院院長�，F(xiàn)任清華大學電力電子工程研究中心副主任，IEEE IAS Beijing Chapter Chairman，中國電工技術學會高級會員，電力電子學會副理事長，中國電工技術學會電控裝置及系統(tǒng)專委會副主任委員，中國自動化學會電氣自動化專委會副主任委員，學術委員會主任。出版專著3部，發(fā)表論文300多篇，其中SCI收錄10余篇，EI收錄100余篇。擔任Journal of Electrical Engineering和ELECTROMOTION等國際刊物編委，PCIM Asia會議國際指導委員會委員。
《電氣自動化新技術叢書》序言
第6屆《電氣自動化新技術叢書》編輯委員會的話
前言
緒論
0.1 交流電機控制系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀
0.2 交流電機控制系統(tǒng)的類型
0.3 交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)的特點
0.4 數(shù)字控制系統(tǒng)的一般問題
第1章 數(shù)字控制系統(tǒng)的理論基礎
1.1 概述
1.2 連續(xù)域等效設計法
1.2.1 數(shù)字控制系統(tǒng)的性能要求
1.2.2 連續(xù)域離散化的方法
1.2.3 數(shù)字PID控制
1.2.4 數(shù)字PID控制的改進
1.3數(shù)字控制系統(tǒng)的z變換分析
1.3.1 z變換及其性質
1.3.2 數(shù)字控制系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)
1.4 數(shù)字控制系統(tǒng)的離散化設計
1.4.1 最少拍系統(tǒng)的設計
1.4.2 最少拍無紋波系統(tǒng)的設計
1.4.3 數(shù)字調節(jié)器的實現(xiàn)
1.5 數(shù)字控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析和設計
1.5.1 數(shù)字控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程
1.5.2 數(shù)字控制系統(tǒng)的一般性質
1.5.3 狀態(tài)空間設計法
1.5.4 狀態(tài)觀測器
1.6 數(shù)字控制系統(tǒng)軟件設計的實際考慮
1.6.1 數(shù)字控制系統(tǒng)軟件設計
1.6.2 量化誤差與比例因子
1.6.3 數(shù)據(jù)處理及數(shù)字濾波
參考文獻
第2章 交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)硬件基礎
2.1 概述
2.2 微機控制系統(tǒng)硬件設計的一般問題
2.2.1 交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)的設計方法和步驟
2.2.2 交流電機的數(shù)字控制系統(tǒng)總體方案的確定
2.2.3 微處理器芯片的選擇
2.3 微處理器和控制芯片簡介
2.3.1 單片機
2.3.2 數(shù)字信號處理器（DSP）
2.3.3 精簡指令集計算機(RISC)
2.3.4 并行處理器和并行DSP
2.3.5 專用集成電路(ASIC)
2.4 交流電機數(shù)字化控制系統(tǒng)構成
2.4.1 總線系統(tǒng)
2.4.2 接口和外圍設備
2.4.3 實時控制
2.4.4 信號檢測
2.5 系統(tǒng)開發(fā)和集成
2.5.1 對開發(fā)系統(tǒng)的要求
2.5.2 通用數(shù)字化開發(fā)平臺
2.5.3 硬件系統(tǒng)設計中的抗干擾問題
參考文獻
第3章 電壓型PWM變頻調速異步電機數(shù)字控制系統(tǒng)
3.1 概述
3.2 變頻調速的基本原理
3.2.1 變壓變頻（VVVF）控制原理
3.2.2 異步電機變壓變頻時的機械特性
3.3 電壓型PWM變頻器
3.3.1 電壓型PWM變頻器的主電路
3.3.2 PWM技術分類
3.3.3 PWM性能指標
3.4 正弦PWM技術
3.4.1 電壓正弦PWM技術
3.4.2 電流正弦PWM技術
3.4.3 磁通正弦PWM技術
3.5 其他PWM技術
3.5.1 優(yōu)化PWM技術
3.5.2 隨機PWM技術
3.5.3 SVPWM過調制技術
3.5.4 同步調制PWM技術
3.5.5 小結
3.6 PWM變頻調速異步電機開環(huán)控制
3.6.1 開環(huán)變頻調速系統(tǒng)
3.6.2 開環(huán)通用變頻器的軟件設計
3.7 異步電機轉速閉環(huán)控制系統(tǒng)
3.7.1 轉差頻率控制系統(tǒng)構成
3.7.2 轉差頻率控制系統(tǒng)的起動過程分析
3.7.3 轉差頻率控制系統(tǒng)的特點
參考文獻
第4章 全數(shù)字化異步電機矢量控制系統(tǒng)
4.1 概述
4.2 異步電機矢量控制原理
4.2.1 異步電機數(shù)學模型
4.2.2 轉子磁場定向矢量控制原理
4.2.3 轉差頻率矢量控制原理
4.2.4 氣隙磁場定向矢量控制原理
4.2.5 定子磁場定向矢量控制原理
4.2.6 定子電壓定向矢量控制系統(tǒng)
4.2.7 雙饋電機矢量控制系統(tǒng)
4.2.8 異步電機矢量控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)
4.3 全數(shù)字化矢量控制系統(tǒng)設計
4.3.1 轉子磁場定向矢量控制系統(tǒng)調節(jié)器設計
4.3.2 矢量控制中的電流調節(jié)器
4.3.3 基于模型預測控制的矢量控制
4.3.4 全數(shù)字化矢量控制系統(tǒng)硬件和軟件構成
4.4 矢量控制中的磁通觀測
4.4.1 開環(huán)觀測模型
4.4.2 閉環(huán)觀測模型
4.5 無速度傳感器異步電機矢量控制系統(tǒng)
4.5.1 動態(tài)速度估計器法
4.5.2 基于PI調節(jié)器的自適應法
4.5.3 自適應速度觀測器
4.5.4 轉子齒諧波法
4.5.5 高頻注入法
4.5.6 神經(jīng)元網(wǎng)絡法
參考文獻
第5章 全數(shù)字化異步電機直接轉矩控制系統(tǒng)
5.1 概述
5.2 直接轉矩控制基本原理
5.2.1 電機數(shù)學模型
5.2.2 空間矢量PWM逆變器
5.2.3 磁鏈和轉矩閉環(huán)控制原理
5.3 磁鏈和轉矩控制性能分析
5.3.1 磁鏈控制性能分析
5.3.2 轉矩控制性能分析
5.3.3 磁通和轉矩的估算和觀測
5.4 全數(shù)字化控制系統(tǒng)的實現(xiàn)
5.4.1 電壓矢量的選擇
5.4.2 控制系統(tǒng)硬件的實現(xiàn)
5.4.3 低速控制性能分析
5.4.4 改進算法
5.5 無速度傳感器直接轉矩控制
5.5.1 直接計算法
5.5.2 模型參考自適應法（MRAS）
參考文獻
第6章 全數(shù)字化同步電機控制系統(tǒng)
6.1 概述
6.2 電勵磁同步電機數(shù)學模型
6.3 電勵磁同步電機高性能閉環(huán)控制
6.4 永磁同步電動機及其數(shù)學模型
6.4.1 永磁同步電機結構
6.4.2 永磁同步電機數(shù)學模型
6.4.3 永磁同步電機的電磁轉矩方程
6.4.4 永磁同步電機的機械傳感器
6.5 PMSM數(shù)字控制系統(tǒng)
6.5.1 永磁同步電機電流控制策略
6.5.2 數(shù)字化PMSM伺服系統(tǒng)總體設計
6.5.3 全數(shù)字PMSM伺服系統(tǒng)的性能
6.6 永磁同步電機無機械傳感器控制
6.6.1 永磁同步電機無機械傳感器技術概述
6.6.2 利用定子端電壓和電流計算的方法
6.6.3 觀測器基礎上的估算方法
6.6.4 模型參考自適應法
6.6.5 基于高頻信號注入的估算方法
6.6.6 人工智能理論基礎上的估算方法
6.7 轉子初始位置的檢測策略
參考文獻
附錄
附錄A交流異步電機多變量數(shù)學模型及廣義派克方程
A.1 三相電機模型
A.2 坐標變換
A.3 廣義派克方程及其復變形式
A.4 在同步旋轉坐標系上的數(shù)學模型及狀態(tài)方程
A.5 靜止坐標系下的異步電機數(shù)學模型
附錄B 自動控制系統(tǒng)的工程設計法
B.1 工程設計方法的基本思路和要求
B.2 典型系統(tǒng)
B.3 典型系統(tǒng)參數(shù)和性能指標的關系
B.4 非典型系統(tǒng)的典型化
附錄C 變頻器控制下的異步電機參數(shù)測量
C.1 定子電阻測量方法說明
C.2 短路實驗方法
C.3 空載實驗方法
參考文獻
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