先进电气驱动的分析建模与控制PDF电子书下载

第1章 现代电机驱动：概述 1

1.1 引言 1

1.2 驱动技术的发展趋势 2

1.2.1 电机 2

1.2.2 功率变换器 5

1.2.3 嵌入式控制和通信链接 6

1.3 驱动设计方法 8

1.4 实验装置 10

第2章 电力电子变换器的调制 12

2.1 引言 12

2.2 单相半桥变换器 13

2.3 单相全桥变换器 16

2.4 三相变换器 20

2.4.1 空间矢量调制 25

2.5 死区效应 29

2.6 实例教程 31

2.6.1 实例教程1：脉宽调制的半桥变换器 31

2.6.2 实例教程2：脉宽调制和死区效应的半桥变换器 32

2.6.3 实例教程3：脉宽调制的全桥变换器 33

2.6.4 实例教程4：脉冲居中的三相脉宽调制器 36

2.6.5 实例教程5：脉宽调制的三相变换器 37

2.6.6 实例教程6：无脉宽调制的三相简化变换器 38

第3章 广义负载的电流控制 42

3.1 单相负载的电流控制 42

3.1.1 滞环电流控制 42

3.1.2 基于模型的电流控制 44

3.1.3 基于增强模型的电流控制 48

3.2 三相负载的电流控制 49

3.2.1 三相滞环电流控制 50

3.2.2 基于模型的三相电流控制 56

3.2.3 基于增强模型的三相电流控制 61

3.2.4 滞环电流控制器和基于模型电流控制器的频谱 61

3.3 实例教程 63

3.3.1 实例教程1：单相滞环电流控制 63

3.3.2 实例教程2：基于模型的单相电流控制 64

3.3.3 实例教程3：基于方框法的三相滞环电流控制 66

3.3.4 实例教程4：基于模型的三相电流控制 66

3.3.5 实例教程5：采用简化方法无PWM的基于模型的三相电流控制 70

第4章 驱动原理 73

4.1 ITF和IRTF概念 73

4.2 电磁转矩控制原理 77

4.2.1 直流电机 77

4.2.2 同步电机 79

4.2.3 异步电机 81

4.3 驱动动力学 82

4.3.1 线性和旋转运动 82

4.3.2 旋转到平移的变速器 84

4.3.3 齿轮传动 85

4.3.4 传动系统的动态模型 86

4.4 转速闭环控制设计原理 88

4.5 实例教程 91

4.5.1 实例教程1：初级同步电机驱动 91

4.5.2 实例教程2：初级异步（感应）电机驱动 92

4.5.3 实例教程3：初级直流电机驱动 93

4.5.4 实例教程4：驱动动力示例 95

4.5.5 实例教程5：转速闭环控制设计示例 95

第5章 直流电机的建模与控制 98

5.1 电流控制的他励直流电机 98

5.1.1 直流电机的符号模型 99

5.1.2 直流电机的通用模型 100

5.2 磁场定向的电机模型 101

5.3 他励直流电机的控制 102

5.3.1 控制器概念 103

5.3.2 驱动器的工作边界 104

5.3.3 基于IRTF模型的电流源 108

5.3.4 基于模型的电流控制的电压源 109

5.4 实例教程 111

5.4.1 实例教程1：分段换向的有刷直流电机的电流源模型 111

5.4.2 实例教程2：电流源和电压源的有刷直流电机建模 112

5.4.3 实例教程3：具有弱磁控制器的电流源有刷直流电机 113

5.4.4 实例教程4：基于模型的电流控制和弱磁控制器下的直流驱动运行 116

5.4.5 实例教程5：基于模型的电流控制和转速控制环下的直流驱动 118

5.4.6 实例教程6：直流电机的实验结果 119

第6章 同步电机建模概念 123

6.1 非凸极式电机 123

6.1.1 非凸极式电机的符号模型 123

6.1.2 通用模型 125

6.1.3 转子定向模型：非凸极式同步电机 126

6.1.4 稳态分析 126

6.2 凸极式同步电机 131

6.2.1 通用模型 132

6.2.2 凸极式同步电机的转子定向模型 133

6.2.3 稳态分析 134

6.3 实例教程 137

6.3.1 实例教程1：非凸极式同步电机的动态模型 137

6.3.2 实例教程2：非凸极式同步电机的稳态模型 139

6.3.3 实例教程3：同步电机的定子磁链励磁动态模型来阐述转子磁链定向概念 141

6.3.4 实例教程4：凸极可调同步电机的动态模型 141

6.3.5 实例教程5：凸极式同步电机的稳态分析 142

第7章 同步电机驱动控制 144

7.1 控制器工作原理 144

7.2 非凸极式同步电机控制 145

7.2.1 驱动限制条件下的运行 146

7.2.2 非凸极永磁电机驱动的弱磁运行 149

7.2.3 恒定定子磁链控制的非凸极永磁电机驱动的弱磁运行 153

7.2.4 恒定定子磁链和单位功率因数控制的电励磁非凸极电机驱动的弱磁运行 156

7.3 凸极式同步电机控制 159

7.4 电流控制同步电机的磁场定向控制 162

7.5 电压源同步电机的磁场定向控制 163

7.6 实例教程 165

7.6.1 实例教程1：非凸极式同步电机驱动 165

7.6.2 实例教程2：恒定定子磁通下的非凸极式同步电机的驱动运行 167

7.6.3 实例教程3：单位功率因数下的非凸极式同步电机的驱动运行 167

7.6.4 实例教程4：凸极式同步电机驱动 170

7.6.5 实例教程5：基于模型电流控制的永磁凸极式同步电机驱动 172

7.6.6 实例教程6：非凸极式永磁同步电机驱动的实验结果 173

第8章 异步电机建模概念 178

8.1 笼型异步电机 178

8.2 异步电机的零漏感模型 179

8.2.1 基于IRTF的异步电机模型 179

8.2.2 磁场定向模型 180

8.3 具有漏感的电机模型 184

8.3.1 基于基本IRTF的模型 184

8.3.2 基于IRTF的通用模型 185

8.3.3 静止坐标定向通用模型 192

8.3.4 磁场定向通用模型 192

8.3.5 同步参考坐标系定向的Heyland图 201

8.3.6 电压源异步电机稳态分析 201

8.4 参数辨识与定子和转子磁链幅值的估计 203

8.5 单相异步电机 205

8.5.1 容性单相异步电机的稳态分析 209

8.6 实例教程 214

8.6.1 实例教程1：异步电机简化模型 214

8.6.2 实例教程2：通用异步电机模型 214

8.6.3 实例教程3：静止坐标系定向的通用异步电机模型 215

8.6.4 实例教程4：电流控制零漏磁定向电机模型 217

8.6.5 实例教程5：电流控制的通用磁场定向模型 218

8.6.6 实例教程6：根据铭牌数据和已知定子电阻的参数估计 219

8.6.7 实例教程7：与电网连接的异步电机 222

8.6.8 实例教程8：与电网连接的异步电机的稳态特性 223

8.6.9 实例教程9：与电网连接的单相异步电机 224

第9章 异步电机驱动控制 228

9.1 伏频（V/f）控制 228

9.1.1 简单V/f转速控制器 230

9.1.2 具有测速传感器的V/f转矩控制器 232

9.2 磁场定向控制 234

9.2.1 控制器工作原理 235

9.2.2 控制器结构 236

9.2.3 UFO模块结构 237

9.2.4 利用所测转速或转角的IFO 238

9.2.5 具有气隙磁通传感器的DFO 239

9.2.6 具有感应线圈的DFO 240

9.2.7 具有电压和电流互感器的DFO 241

9.2.8 具有电流和转速变送器的DFO 242

9.3 转子磁链定向控制的驱动运行边界 243

9.4 转子磁链定向异步电机驱动的弱磁运行 246

9.5 磁场定向控制器和电流控制异步电机的接口 249

9.6 磁场定向控制器和电压源异步电机的接口 251

9.7 实例教程 254

9.7.1 实例教程1：简化的V/f驱动 254

9.7.2 实例教程2：转速传感器的V/f驱动 256

9.7.3 实例教程3：电流源电机模型和已知转角的通用磁场定向控制 258

9.7.4 实例教程4：UFO控制器和基于模型电流控制的异步电机驱动 261

9.7.5 实例教程5：UFO控制器和弱磁控制器的转子磁链定向异步电机驱动 263

9.7.6 实例教程6：UFO控制器异步电机的实验结果 269

第10章 开关磁阻电机驱动系统 273

10.1 电机基本概念 274

10.2 工作原理 276

10.2.1 单相电机概念 276

10.2.2 转矩产生和能量转换原理 277

10.2.3 单相开关磁阻电机：线性示例 280

10.2.4 开关磁阻电机建模概念 286

10.2.5 磁化特性的表示 289

10.2.6 变换器和控制概念 290

10.2.7 低速和高速驱动工作示例 292

10.3 多相电机 297

10.3.1 变换器概念 298

10.4 开关磁阻电机驱动的控制 300

10.4.1 驱动特性和工作范围 300

10.4.2 驱动工作过程 302

10.4.3 直接瞬时转矩控制 310

10.5 开关磁阻电机样机 316

10.6 实例教程 319

10.6.1 实例教程1：电流励磁的线性开关磁阻电机分析 319

10.6.2 实例教程2：电压励磁和滞环电流控制器的非线性开关磁阻电机 322

10.6.3 实例教程3：电压励磁和PWM控制器的非线性开关磁阻电机 323

10.6.4 实例教程4：电压励磁和滞环控制的四相非线性开关磁阻电机模型 324

10.6.5 实例教程5：电压励磁和直接瞬时转矩控制的四相非线性开关磁阻电机模型 327

附录 332

附录A 缩略语 332

附录B 符号表 333

附录C 上／下角标表 335

参考文献 340