交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)（第3版）內(nèi)容簡介

本書全面系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)代交流電機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理、設(shè)計(jì)方法和數(shù)字控制技術(shù)，在介紹了交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)和硬件基礎(chǔ)之后，分別闡述了交流電機(jī)控制系統(tǒng)的不同控制方法及其數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)介紹了已得到廣泛應(yīng)用的矢量控制系統(tǒng)、直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的控制原理、控制規(guī)律和設(shè)計(jì)方法，并對(duì)無速度傳感器控制系統(tǒng)和同步電機(jī)控制系統(tǒng)也給予了詳細(xì)的介紹。 本次修訂，第2章，增加一些新的硬件設(shè)計(jì)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(diào)制PWM、SVPWM過調(diào)制、方波調(diào)制等。第4章，增加近研究比較多的模糊控制、模型預(yù)測控制(MPC)、多相電機(jī)矢量控制、雙饋電機(jī)控制等。第6章，對(duì)永磁同步電機(jī)PMSM部分的內(nèi)容進(jìn)行較大修訂。

本書適宜于從事電氣傳動(dòng)自動(dòng)化、電機(jī)及其控制、電力電子技術(shù)的科技人員閱讀，也可作為大專院校有關(guān)教師、研究生和高年級(jí)本科生的教學(xué)參考書。

《電氣自動(dòng)化新技術(shù)叢書》序言

第6屆《電氣自動(dòng)化新技術(shù)叢書》編輯委員會(huì)的話

前言

緒論

0.1 交流電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀

0.2 交流電機(jī)控制系統(tǒng)的類型

0.3 交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

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(chǔ)

1.1 概述

1.2 連續(xù)域等效設(shè)計(jì)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(jìn)

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(zhì)

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(shè)計(jì)

1.4.1 最少拍系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.4.2 最少拍無紋波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.4.3 數(shù)字調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)

1.5 數(shù)字控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析和設(shè)計(jì)

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(zhì)

1.5.3 狀態(tài)空間設(shè)計(jì)法

1.5.4 狀態(tài)觀測器

1.6 數(shù)字控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的實(shí)際考慮

1.6.1 數(shù)字控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

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(xiàn)

第2章 交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)

2.1 概述

2.2 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的一般問題

2.2.1 交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟

2.2.2 交流電機(jī)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(jī)

2.3.2 數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）

2.3.3 精簡指令集計(jì)算機(jī)(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(jī)數(shù)字化控制系統(tǒng)構(gòu)成

2.4.1 總線系統(tǒng)

2.4.2 接口和外圍設(shè)備

2.4.3 實(shí)時(shí)控制

2.4.4 信號(hào)檢測

2.5 系統(tǒng)開發(fā)和集成

2.5.1 對(duì)開發(fā)系統(tǒng)的要求

2.5.2 通用數(shù)字化開發(fā)平臺(tái)

2.5.3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的抗干擾問題

參考文獻(xiàn)

第3章 電壓型PWM變頻調(diào)速異步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)

3.1 概述

3.2 變頻調(diào)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(jī)變壓變頻時(shí)的機(jī)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(shù)分類

3.3.3 PWM性能指標(biāo)

3.4 正弦PWM技術(shù)

3.4.1 電壓正弦PWM技術(shù)

3.4.2 電流正弦PWM技術(shù)

3.4.3 磁通正弦PWM技術(shù)

3.5 其他PWM技術(shù)

3.5.1 優(yōu)化PWM技術(shù)

3.5.2 隨機(jī)PWM技術(shù)

3.5.3 SVPWM過調(diào)制技術(shù)

3.5.4 同步調(diào)制PWM技術(shù)

3.5.5 小結(jié)

3.6 PWM變頻調(diào)速異步電機(jī)開環(huán)控制

3.6.1 開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)

3.6.2 開環(huán)通用變頻器的軟件設(shè)計(jì)

3.7 異步電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)

3.7.1 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)構(gòu)成

3.7.2 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的起動(dòng)過程分析

3.7.3 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

參考文獻(xiàn)

第4章 全數(shù)字化異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)

4.1 概述

4.2 異步電機(jī)矢量控制原理

4.2.1 異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型

4.2.2 轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制原理

4.2.3 轉(zhuǎn)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(jī)矢量控制系統(tǒng)

4.2.8 異步電機(jī)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(shè)計(jì)

4.3.1 轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

4.3.2 矢量控制中的電流調(diào)節(jié)器

4.3.3 基于模型預(yù)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(gòu)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(jī)矢量控制系統(tǒng)

4.5.1 動(dòng)態(tài)速度估計(jì)器法

4.5.2 基于PI調(diào)節(jié)器的自適應(yīng)法

4.5.3 自適應(yīng)速度觀測器

4.5.4 轉(zhuǎn)子齒諧波法

4.5.5 高頻注入法

4.5.6 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)法

參考文獻(xiàn)

第5章 全數(shù)字化異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)

5.1 概述

5.2 直接轉(zhuǎn)矩控制基本原理

5.2.1 電機(jī)數(shù)學(xué)模型

5.2.2 空間矢量PWM逆變器

5.2.3 磁鏈和轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制原理

5.3 磁鏈和轉(zhuǎn)矩控制性能分析

5.3.1 磁鏈控制性能分析

5.3.2 轉(zhuǎn)矩控制性能分析

5.3.3 磁通和轉(zhuǎn)矩的估算和觀測

5.4 全數(shù)字化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

5.4.1 電壓矢量的選擇

5.4.2 控制系統(tǒng)硬件的實(shí)現(xiàn)

5.4.3 低速控制性能分析

5.4.4 改進(jìn)算法

5.5 無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制

5.5.1 直接計(jì)算法

5.5.2 模型參考自適應(yīng)法（MRAS）

參考文獻(xiàn)

第6章 全數(shù)字化同步電機(jī)控制系統(tǒng)

6.1 概述

6.2 電勵(lì)磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型

6.3 電勵(lì)磁同步電機(jī)高性能閉環(huán)控制

6.4 永磁同步電動(dòng)機(jī)及其數(shù)學(xué)模型

6.4.1 永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)

6.4.2 永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型

6.4.3 永磁同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程

6.4.4 永磁同步電機(jī)的機(jī)械傳感器

6.5 PMSM數(shù)字控制系統(tǒng)

6.5.1 永磁同步電機(jī)電流控制策略

6.5.2 數(shù)字化PMSM伺服系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

6.5.3 全數(shù)字PMSM伺服系統(tǒng)的性能

6.6 永磁同步電機(jī)無機(jī)械傳感器控制

6.6.1 永磁同步電機(jī)無機(jī)械傳感器技術(shù)概述

6.6.2 利用定子端電壓和電流計(jì)算的方法

6.6.3 觀測器基礎(chǔ)上的估算方法

6.6.4 模型參考自適應(yīng)法

6.6.5 基于高頻信號(hào)注入的估算方法

6.6.6 人工智能理論基礎(chǔ)上的估算方法

6.7 轉(zhuǎn)子初始位置的檢測策略

參考文獻(xiàn)

附錄

附錄A交流異步電機(jī)多變量數(shù)學(xué)模型及廣義派克方程

A.1 三相電機(jī)模型

A.2 坐標(biāo)變換

A.3 廣義派克方程及其復(fù)變形式

A.4 在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型及狀態(tài)方程

A.5 靜止αβ坐標(biāo)系下的異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型

附錄B 自動(dòng)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)法

B.1 工程設(shè)計(jì)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(biāo)的關(guān)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(jī)參數(shù)測量

C.1 定子電阻測量方法說明

C.2 短路實(shí)驗(yàn)方法

C.3 空載實(shí)驗(yàn)方法

參考文獻(xiàn)2100433B

錄

目錄

第2版前言

第1版前言

主要符號(hào)表

第1章緒論

1.1交流電機(jī)動(dòng)態(tài)分析的發(fā)展

1.2交流電機(jī)動(dòng)態(tài)分析的特點(diǎn)和

步驟

1.3常用的數(shù)學(xué)方法

1.4坐標(biāo)變換

1.5常用的坐標(biāo)系和坐標(biāo)變換

1.6交流電機(jī)的等效電路

參考文獻(xiàn)

第2章三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程

2.1在ABC坐標(biāo)系中感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)

方程

2.2在αβ0坐標(biāo)系中感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)

方程

2.3轉(zhuǎn)子量變換到定子坐標(biāo)系時(shí)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

的運(yùn)動(dòng)方程

2.4用空間矢量表示時(shí)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)

方程

2.5在任意轉(zhuǎn)速的通用坐標(biāo)系中感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

的運(yùn)動(dòng)方程

2.6感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程

2.7雙籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程

參考文獻(xiàn)

第3章感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)分析

3.1恒速投入電網(wǎng)時(shí)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

的電磁瞬態(tài)

3.2三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程的動(dòng)態(tài)

分析

3.3突加負(fù)載時(shí)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)

過程

3.4三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)瞬間斷電后重新投入

電網(wǎng)時(shí)的動(dòng)態(tài)過程

3.5三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的突然短路

參考文獻(xiàn)

第4章同步電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程

4.1在相坐標(biāo)系中同步電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程

4.2在dq0坐標(biāo)系中同步電機(jī)的運(yùn)動(dòng)

方程

4.3同步電機(jī)的標(biāo)幺值

4.4用標(biāo)幺值表示時(shí)dq0坐標(biāo)系中同步

電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程

4.5在αβ0坐標(biāo)系中同步電機(jī)的運(yùn)動(dòng)

方程

4.6用120分量和空間矢量表示時(shí)同步

電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程

4.7同步電機(jī)的狀態(tài)方程

4.8同步電機(jī)的運(yùn)算電抗及其等效電路

4.9用微分算子形式的運(yùn)算電抗和傳遞

函數(shù)表示時(shí)，αβ0和120坐標(biāo)系中

的磁鏈方程

參考文獻(xiàn)

第5章同步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)異步運(yùn)行

5.1同步電機(jī)的對(duì)稱穩(wěn)態(tài)同步運(yùn)行

5.2同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)異步運(yùn)行

5.3同步電機(jī)的負(fù)序電抗

5.4功角作正弦小振蕩時(shí)同步電機(jī)的電磁

轉(zhuǎn)矩

5.5正弦大振蕩時(shí)同步電機(jī)的整步轉(zhuǎn)矩和

阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)

參考文獻(xiàn)

第6章同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)分析

6.1同步發(fā)電機(jī)的三相突然短路

6.2線間突然短路

6.3單相突然短路

6.4定子接有電容時(shí)同步電機(jī)的運(yùn)行

6.5突加負(fù)載時(shí)同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)分析

6.6凸極同步電動(dòng)機(jī)的牽入同步

參考文獻(xiàn)

第7章交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

7.1交流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電力

傳動(dòng)

7.2空間矢量與矢量控制

7.3三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)基于轉(zhuǎn)子磁場的

矢量控制

7.4感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的矢量控制方程

7.5三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制

7.6同步電動(dòng)機(jī)的矢量控制

參考文獻(xiàn)

附錄

附錄A凸極同步電機(jī)定子繞組的自感

和互感

附錄Bdq0變換的導(dǎo)出

附錄C常用數(shù)學(xué)表達(dá)式的傅里葉級(jí)數(shù)

展開

附錄D感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的自感、互感和T形

等效電路中各電抗的關(guān)系2100433B

本書共7章。第1章是預(yù)備知識(shí)，主要說明交流電機(jī)動(dòng)態(tài)分析的特點(diǎn)、步驟和基本方法，包括坐標(biāo)變換、等效電路、運(yùn)動(dòng)方程和狀態(tài)方程的建立及其解法。第2～6章闡明在常用的各種坐標(biāo)系中，感應(yīng)電機(jī)和同步電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程、運(yùn)算電抗和狀態(tài)方程的導(dǎo)出，許多經(jīng)典電磁瞬態(tài)問題的解法和一些典型動(dòng)態(tài)問題的求解。第7章介紹交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。書未有4個(gè)附錄，對(duì)某些問題進(jìn)行了進(jìn)一步地推導(dǎo)。本書是高等學(xué)校電氣工程學(xué)科的研究生教材，也可供高等學(xué)校教師以及電機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行方面的工程技術(shù)人員作為參考用書。

本書第2版自2008年問世至今已經(jīng)走過6個(gè)年頭，承蒙很多高校材料力學(xué)教學(xué)第一線的老師和同學(xué)以及業(yè)余讀者的關(guān)愛和支持，已經(jīng)連續(xù)印刷了10次。 2012年獲得清華大學(xué)優(yōu)秀教材特等獎(jiǎng)；同年，相應(yīng)的教學(xué)成果獲得北京市高等學(xué)校優(yōu)秀教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。2012年本書第3版被列入 “十二五”普通高等教育本科國家級(jí)規(guī)劃教材；2013年被批準(zhǔn)為清華大學(xué)“985”三期名優(yōu)教材建設(shè)項(xiàng)目立項(xiàng)。

最近的6年里，著者秉承不斷提高課程重量、著力培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的教育與教學(xué)理念，先后在清華大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)以及北京郵電大學(xué)從事“材料力學(xué)”研究型教學(xué)的研究與實(shí)踐，堅(jiān)持全過程講授這門課程，授課對(duì)象每年約200名。在同事和同學(xué)們的支持與幫助下，對(duì)于教育和教學(xué)改革又有了一些新的體會(huì)和收獲。材料力學(xué)（第3版）將著重反映6年來我們在研究型教學(xué)方面所取得的成果。主要有: 怎樣在基于普遍提高教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力；怎樣提高課程的吸引力，增強(qiáng)課程教學(xué)的學(xué)術(shù)性；怎樣挖掘基本教學(xué)內(nèi)容的深度；怎樣對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)容中的某些概念、理論和方法加以改革和更新，突出挑戰(zhàn)性。基于此，本書第3版修訂的主要內(nèi)容有以下幾方面。

第一，調(diào)整了部分章節(jié)，將材料的力學(xué)性能從“第2章 軸向載荷作用下桿件的材料力學(xué)問題”中獨(dú)立出來，形成“第3章 常溫靜載下材料的力學(xué)性能”； 重寫了“剪力圖與彎矩圖”作為第6章；將原來的第6章分為3章: “第7章 平面彎曲正應(yīng)力分析與強(qiáng)度設(shè)計(jì)”和“第8章 彎曲剪應(yīng)力分析與彎曲中心的概念”以及“第9章 斜彎曲、彎曲與拉伸或壓縮同時(shí)作用時(shí)的應(yīng)力計(jì)算與強(qiáng)度設(shè)計(jì)”；將原來的第8章分為: “ 應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)變狀態(tài)分析”和“一般應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及其工程應(yīng)用”，分別列為第11章和12章；將原來的12章也分為兩章: “動(dòng)載荷與動(dòng)應(yīng)力概述”和“疲勞強(qiáng)度與構(gòu)件壽命估算概述”，分別列為第16章和第17章。

第二，增加了部分教學(xué)內(nèi)容，主要有: 部分非金屬材料的力學(xué)性能；梁的位移疊加法中的逐段剛化法；應(yīng)變分析；細(xì)長壓桿實(shí)驗(yàn)結(jié)果；線性累積損傷與疲勞壽命估算等。

第三，將力系簡化的方法引入橫截面的內(nèi)力分析，改革傳統(tǒng)剪力圖與彎矩圖的畫法。

第四，正確處理變形與位移概念的聯(lián)系與區(qū)別，將確定梁的轉(zhuǎn)角和撓度的章節(jié)名改為“梁的位移分析與剛度設(shè)計(jì)”。

第五，在部分章節(jié)引入“反問題”: 相對(duì)于正問題，反問題的解答不是唯一的，通過對(duì)于反問題的思考，一方面可以加深對(duì)于正問題的理解；另一方面可以激勵(lì)創(chuàng)新思維。

第六，在部分章節(jié)設(shè)計(jì)了“開放式思維案例”作為學(xué)生課外學(xué)習(xí)和研究的資源。最近幾年的教學(xué)實(shí)踐表明，這對(duì)于刺激思維鼓勵(lì)創(chuàng)新是一種有效的措施。材料力學(xué)（第3版）第七，增加了若干工程案例以及災(zāi)難性工程事故的力學(xué)解析。

第八，增加和改變了部分例題和習(xí)題。

隨著課程研究型教學(xué)在更多高校開展、深入和發(fā)展，材料力學(xué)的課程教學(xué)以及教材建設(shè)還會(huì)遇到一些新問題，我們將一如既往地堅(jiān)持“在教學(xué)中研究，在研究中教學(xué)”，以不斷提高人才培養(yǎng)質(zhì)量為己任，在教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，不斷提高材料力學(xué)教材的質(zhì)量。

這一版的初稿于2012年下半年—2013年上半年在國內(nèi)完成；2013年7—8月在加拿大多倫多定稿。定稿期間，得到旅加的趙淵先生和范心明女士的大力支持和協(xié)助，在本書出版之際，著者謹(jǐn)表誠摯謝意。

誠摯地感謝廣大讀者對(duì)本書的關(guān)愛，希望大家對(duì)本書的缺點(diǎn)和不足提出寶貴意見。

范欽珊2014.1.11