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《电气自动化新技术丛书》序言 1

前言 1

绪论 1

0．1 交流电机控制系统的发展和现状 1

0．2 交流电机控制系统的类型 5

0．3 交流电机数字控制系统的特点 9

0．4 数字控制系统的一般问题 12

1．1 概述 21

第1章 数字控制系统的理论基础 21

1．2 连续域等效设计法 22

1．2．1 数字控制系统的性能要求 22

1．2．2 连续域离散化的方法 23

1．2．3 数字PID控制 26

1．2．4 数字PID控制的改进 31

1．3 数字控制系统的z变换分析 35

1．3．1 z变换及其性质 36

1．3．2 数字控制系统的脉冲传递函数 40

1．4数字控制系统的离散化设计 41

1．4．1 最少拍控制系统的设计 42

1．4．2 最少拍无纹波控制系统的设计 45

1．4．3 数字控制器的实现 48

1．5 数字控制系统的状态空间分析和设计 51

1．5．1数字控制系统的状态空间方程 51

1．5．2 数字控制系统的一般性质 52

1．5．3 状态空间设计法 54

1．5．4状态观测器 56

1．6．1 数字控制系统软件设计 61

1．6数字控制系统软件设计的实际考虑 61

1．6．2 量化误差和比例因子 64

1．6．3 数据处理和数字滤波 66

参考文献 71

第2章 交流电机数字控制系统硬件基础 72

2．1 概述 72

2．2 微机控制系统硬件设计的一般问题 73

2．2．1 交流电机数字控制系统的设计方法和步骤 73

2．2．2交流电机的数字控制系统总体方案的确定 75

2．2．3 微处理芯片的选择 78

2．3 微处理器和控制芯片简介 79

2．3．1单片机 79

2．3．2数字信号处理器（DSP） 82

2．3．3 精简指令集计算机（RISC） 87

2．3．4 并行处理器和并行DSP 87

2．3．5 专用集成电路（ASIC） 88

2．4．1 总线系统 92

2．4交流电机数字化控制系统构成 92

2．4．2 接口和外围设备 94

2．4．3 实时控制 103

2．4．4 信号检测 108

2．5 系统开发和集成 112

2．5．1 对开发系统的要求 113

2．5．2 通用数字化开发平台 113

2．5．3 硬件系统设计中的抗干扰问题 117

参考文献 121

3．2．1 变压变频（VVVF）控制原理 122

3．2 变频调速的基本原理 122

第3章 电压型PWM变频调速异步电机数字控制系统 122

3．1 概述 122

3．2．2 异步电机变压变频时的机械特性 125

3．3 电压型PWM变频器 128

3．3．1电压型PWM变频器的主电路 128

3．3．2 PWM控制技术分类 129

3．3．3 PWM控制性能指标 133

3．4 正弦PWM控制技术 135

3．4．1 电压正弦PWM技术 135

3．4．2 电流正弦PWM技术 137

3．4．3 磁通正弦PWM技术 139

3．5其他PWM控制技术 150

3．5．1优化PWM技术 150

3．5．2随机PWM技术 153

3．5．3 小结 160

3．6．1 开环变频调速系统 161

3．6 PWM变频调速异步电机开环控制 161

3．6．2 开环通用变频器的软件设计 168

3．7异步电机转速闭环控制系统 171

3．7．1 转差频率控制系统构成 172

3．7．2转差频率控制系统的起动过程分析 172

3．7．3 转差频率控制系统的特点 174

参考文献 175

第4章 全数字化异步电机矢量控制系统 177

4．1概述 177

4．2．1 异步电机数学模型 179

4．2 异步电机矢量控制原理 179

4．2．2 转子磁场定向矢量控制原理 180

4．2．3 转差频率矢量控制原理 182

4．2．4 气隙磁场定向矢量控制原理 184

4．2．5 定子磁场定向矢量控制原理 185

4．2．6电压定向矢量控制系统 186

4．2．7 异步电机矢量控制系统的基本环节 189

4．3．1 转子磁场定向矢量控制系统调节器设计 192

4．3 全数字化矢量控制系统设计 192

4．3．2全数字化矢量控制系统的硬件和软件构成 201

4．4 磁通观测和电流控制 219

4．4．1矢量控制的磁通观测 219

4．4．2矢量控制中的电流调节器 232

4．5无速度传感器异步电机矢量控制系统 240

4．5．1动态转速估计器 241

4．5．2 基于PI自适应控制器法 243

4．5．3 自适应转速观测器 245

4．5．4 转子齿谐波法 250

4．5．5 高频注入法 251

4．5．6 基于人工神经元网络的方法 254

参考文献 256

第5章 全数字化异步电机直接转矩控制系统 260

5．1 概述 260

5．2 直接转矩控制基本原理 261

5．2．1 电机数学模型 261

5．2．2 空间矢量PWM逆变器 262

5．2．3 磁通和转矩闭环控制原理 263

5．3 磁通和转矩控制性能分析 266

5．3．1磁通控制性能分析 266

5．3．2转矩控制性能分析 268

5．3．3 磁通和转矩的估算和观测 271

5．4 全数字化控制系统的实现 273

5．4．1 电压矢量的选择 273

5．4．3 低速控制性能分析 276

5．4．2 控制系统硬件的实现 276

5．4．4 改进算法 284

5．5 无速度传感器直接转矩控制 290

5．5．1直接计算法 290

5．5．2 模型参考自适应法（MRAS） 298

参考文献 303

第6章 全数字化同步电机控制系统 306

6．1概述 306

6．2．1自控式同步电机基本结构和工作原理 308

6．2 自控式同步电机控制系统原理 308

6．2．2 自控式同步电机基本关系分析 310

6．3 典型同步电机数字控制系统设计 312

6．3．1 系统结构设计 312

6．3．2控制功能的数字化实现 327

6．4 永磁同步电机数字控制系统 337

6．4．1 永磁同步电机及其数学模型 337

6．4．2 PMSM数字控制系统 339

6．4．3 数字化PMSM伺服系统总体设计 340

6．4．4 数字化PMSM伺服系统的性能 341

6．4．5 无速度传感器PMSM系统 343

6．4．6 转子初始位置的检测策略 358

参考文献 360

附录 365

附录A 交流异步电机多变量数学模型及广义派克方程 365

附录B 连续系统的工程设计法 384

参考文献 397