智能制造与装备制造业转型升级丛书 电气自动化新技术丛书 交流电机数字控制系统 第3版PDF电子书下载

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 4

0.3 交流电机数字控制系统的特点 6

0.4 数字控制系统的一般问题 9

第1章 数字控制系统的理论基础 15

1.1 概述 15

1.2 连续域等效设计法 15

1.2.1 数字控制系统的性能要求 15

1.2.2 连续域离散化的方法 16

1.2.3 数字PID控制 19

1.2.4 数字PID控制的改进 22

1.3 数字控制系统的z变换分析 25

1.3.1 z变换及其性质 26

1.3.2 数字控制系统的脉冲传递函数 28

1.4 数字控制系统的离散化设计 30

1.4.1 最少拍系统的设计 30

1.4.2 最少拍无纹波系统的设计 32

1.4.3 数字调节器的实现 34

1.5 数字控制系统的状态空间分析和设计 37

1.5.1 数字控制系统的状态空间方程 37

1.5.2 数字控制系统的一般性质 38

1.5.3 状态空间设计法 39

1.5.4 状态观测器 41

1.6 数字控制系统软件设计的实际考虑 44

1.6.1 数字控制系统软件设计 44

1.6.2 量化误差与比例因子 46

1.6.3 数据处理及数字滤波 48

参考文献 52

第2章 交流电机数字控制系统硬件基础 53

2.1 概述 53

2.2 微机控制系统硬件设计的一般问题 53

2.2.1 交流电机数字控制系统的设计方法和步骤 54

2.2.2 交流电机的数字控制系统总体方案的确定 55

2.2.3 微处理器芯片的选择 57

2.3 微处理器和控制芯片简介 58

2.3.1 单片机 58

2.3.2 数字信号处理器（DSP） 60

2.3.3 精简指令集计算机（RISC） 62

2.3.4 并行处理器和并行DSP 64

2.3.5 专用集成电路（ASIC） 64

2.4 交流电机数字化控制系统构成 67

2.4.1 总线系统 67

2.4.2 接口和外围设备 69

2.4.3 实时控制 72

2.4.4 信号检测 74

2.5 系统开发和集成 77

2.5.1 对开发系统的要求 77

2.5.2 通用数字化开发平台 78

2.5.3 硬件系统设计中的抗干扰问题 79

参考文献 82

第3章 电压型PWM变频调速异步电机数字控制系统 83

3.1 概述 83

3.2 变频调速的基本原理 83

3.2.1 变压变频（VVVF）控制原理 83

3.2.2 异步电机变压变频时的机械特性 85

3.3 电压型PWM变频器 87

3.3.1 电压型PWM变频器的主电路 87

3.3.2 PWM技术分类 89

3.3.3 PWM性能指标 90

3.4 正弦PWM技术 92

3.4.1 电压正弦PWM技术 92

3.4.2 电流正弦PWM技术 95

3.4.3 磁通正弦PWM技术 96

3.5 其他PWM技术 104

3.5.1 优化PWM技术 104

3.5.2 随机PWM技术 107

3.5.3 SVPWM过调制技术 110

3.5.4 同步调制PWM技术 114

3.5.5 小结 115

3.6 PWM变频调速异步电机开环控制 117

3.6.1 开环变频调速系统 117

3.6.2 开环通用变频器的软件设计 121

3.7 异步电机转速闭环控制系统 124

3.7.1 转差频率控制系统构成 124

3.7.2 转差频率控制系统的起动过程分析 125

3.7.3 转差频率控制系统的特点 126

参考文献 127

第4章 全数字化异步电机矢量控制系统 129

4.1 概述 129

4.2 异步电机矢量控制原理 130

4.2.1 异步电机数学模型 130

4.2.2 转子磁场定向矢量控制原理 132

4.2.3 转差频率矢量控制原理 133

4.2.4 气隙磁场定向矢量控制原理 135

4.2.5 定子磁场定向矢量控制原理 136

4.2.6 定子电压定向矢量控制系统 137

4.2.7 双馈电机矢量控制系统 138

4.2.8 异步电机矢量控制系统的基本环节 144

4.3 全数字化矢量控制系统设计 149

4.3.1 转子磁场定向矢量控制系统调节器设计 149

4.3.2 矢量控制中的电流调节器 156

4.3.3 基于模型预测控制的矢量控制 163

4.3.4 全数字化矢量控制系统硬件和软件构成 170

4.4 矢量控制中的磁通观测 177

4.4.1 开环观测模型 178

4.4.2 闭环观测模型 181

4.5 无速度传感器异步电机矢量控制系统 186

4.5.1 动态速度估计器法 187

4.5.2 基于PI调节器的自适应法 188

4.5.3 自适应速度观测器 190

4.5.4 转子齿谐波法 193

4.5.5 高频注入法 194

4.5.6 神经元网络法 199

参考文献 200

第5章 全数字化异步电机直接转矩控制系统 204

5.1 概述 204

5.2 直接转矩控制基本原理 205

5.2.1 电机数学模型 205

5.2.2 空间矢量PWM逆变器 206

5.2.3 磁链和转矩闭环控制原理 207

5.3 磁链和转矩控制性能分析 208

5.3.1 磁链控制性能分析 208

5.3.2 转矩控制性能分析 210

5.3.3 磁通和转矩的估算和观测 212

5.4 全数字化控制系统的实现 213

5.4.1 电压矢量的选择 213

5.4.2 控制系统硬件的实现 216

5.4.3 低速控制性能分析 216

5.4.4 改进算法 222

5.5 无速度传感器直接转矩控制 225

5.5.1 直接计算法 225

5.5.2 模型参考自适应法（MRAS） 230

参考文献 234

第6章 全数字化同步电机控制系统 236

6.1 概述 236

6.2 电励磁同步电机数学模型 237

6.3 电励磁同步电机高性能闭环控制 238

6.4 永磁同步电动机及其数学模型 239

6.4.1 永磁同步电机结构 239

6.4.2 永磁同步电机数学模型 240

6.4.3 永磁同步电机的电磁转矩方程 250

6.4.4 永磁同步电机的机械传感器 251

6.5 PMSM数字控制系统 254

6.5.1 永磁同步电机电流控制策略 258

6.5.2 数字化PMSM伺服系统总体设计 262

6.5.3 全数字PMSM伺服系统的性能 263

6.6 永磁同步电机无机械传感器控制 265

6.6.1 永磁同步电机无机械传感器技术概述 265

6.6.2 利用定子端电压和电流计算的方法 266

6.6.3 观测器基础上的估算方法 268

6.6.4 模型参考自适应法 273

6.6.5 基于高频信号注入的估算方法 275

6.6.6 人工智能理论基础上的估算方法 281

6.7 转子初始位置的检测策略 281

参考文献 283

附录 287

附录A 交流异步电机多变量数学模型及广义派克方程 287

A.1 三相电机模型 287

A.2 坐标变换 289

A.3 广义派克方程及其复变形式 293

A.4 在同步旋转坐标系上的数学模型及状态方程 297

A.5 静止α-β坐标系下的异步电机数学模型 302

附录B 自动控制系统的工程设计法 302

B.1 工程设计方法的基本思路和要求 302

B.2 典型系统 303

B.3 典型系统参数和性能指标的关系 305

B.4 非典型系统的典型化 310

附录C 变频器控制下的异步电机参数测量 312

C.1 定子电阻测量方法说明 312

C.2 短路实验方法 313

C.3 空载实验方法 315

参考文献 316