第1章 绪论 1
1.1 电动机类型 1
1.2 电动机应用概述 3
1.3 电动机控制策略 3
1.4 电动机调速系统的构成及其研究方法 7
小结 9
练习题 9
第2章 PMSM结构与基本工作原理 10
2.1 PMSM结构 10
2.1.1 定子 10
2.1.2 转子 11
2.2 旋转变压器 13
2.2.1 工作原理 15
2.2.2 解码电路 16
2.3 PMSM加工流程 18
2.4 PMSM基本工作原理 18
2.4.1 定子绕组与永磁转子的作用力 18
2.4.2 定子绕组与凸极转子的作用力 19
2.4.3 电动机的基本控制模式 20
小结 20
练习题 20
第3章 PMSM动态数学模型 21
3.1 PMSM的物理模型 21
3.2 三相静止坐标系的PMSM动态数学模型 22
3.2.1 定子电压方程 22
3.2.2 定子磁链方程 23
3.2.3 电动机转矩方程 27
3.2.4 运动方程 29
3.2.5 基于MATLAB的转矩公式分析 29
3.3 坐标变换 31
3.4 dq转子坐标系的PMSM动态数学模型 33
3.4.1 dq坐标系PMSM动态数学模型推导 33
3.4.2 基于MATLAB的PMSM数学模型化简 34
3.4.3 PMSM等效电路图 36
3.5 电动机矢量图 37
小结 39
练习题 39
第4章 PMSM的MATLAB仿真建模 40
4.1 MATLAB/SIMULINK简介 40
4.2 基于分立模块的PMSM仿真建模 43
4.3 基于S-Function的PMSM仿真建模 52
4.4 基于SimPowerSystems的PMSM仿真建模 55
4.5 仿真对比分析 60
4.5.1 正弦电压供电PMSM直接起动的仿真波形对比 60
4.5.2 不同仿真模型仿真效率比较 63
4.5.3 不同变换矩阵系数的影响 64
小结 68
练习题 68
第5章 PMSM的JMAG有限元分析模型 69
5.1 JMAG的功能与特点 69
5.2 有限元分析的主要步骤与分析功能简介 73
小结 80
练习题 81
第6章 PMSM稳态工作特性 82
6.1 电流极限圆 82
6.2 电压特性 82
6.2.1 电压极限椭圆 82
6.2.2 电压控制下的电动机电流 84
6.3 转矩特性 85
6.3.1 转矩与电流幅值及相角的关系 85
6.3.2 转矩与id和iq的关系 90
6.3.3 恒转矩曲线 91
6.3.4 最大转矩／电流曲线 91
6.3.5 电压限制下的电动机转矩 93
6.4 机械特性 97
6.5 功率因数 99
6.6 电动机参数变化对电动机的影响 101
小结 103
练习题 104
第7章 理想正弦交流电压源供电环境下PMSM的工作特性 105
7.1 恒定电压、恒定频率的正弦交流电压源供电环境下PMSM的工作特性 105
7.1.1 PMSM稳态工作特性分析 105
7.1.2 PMSM起动过程分析 108
7.1.3 PMSM运行稳定性分析 112
7.2 额定频率以下变频正弦交流电源供电环境下PMSM的工作特性 126
7.2.1 恒定频率下的PMSM工作特性 127
7.2.2 不同频率下的PMSM工作特性 137
7.3 额定频率以上变频正弦交流电源供电环境下PMSM的工作特性 138
小结 140
练习题 140
第8章 三相电压型逆变器的构成与工作原理 141
8.1 三相电压型逆变器的构成 141
8.1.1 功率二极管 143
8.1.2 绝缘栅双极型晶体管 148
8.1.3 金属氧化物半导体场效应晶体管 152
8.1.4 功率母排 155
8.1.5 吸收电路 156
8.1.6 电容器 157
8.1.7 电压电流检测电路 162
8.1.8 典型驱动模块 165
8.2 三相电压型逆变器工作方式 168
8.2.1 能量传递的三种方式 169
8.2.2 三相电压型逆变器的两种导通模式 169
8.2.3 输出相电压特点 169
8.3 三相电压型逆变器MATLAB仿真建模 170
8.3.1 基于SIMULINK分立模块的逆变器建模 171
8.3.2 基于SimPower Systems库的逆变器模型 172
8.3.3 基于Simscape库的逆变器物理建模 174
小结 176
练习题 177
第9章 电压型逆变器控制技术 178
9.1 方波运行模式及仿真建模 178
9.1.1 方波运行模式 178
9.1.2 方波运行模式的电压型逆变器仿真建模 180
9.2 SPWM技术及仿真建模 182
9.2.1 SPWM技术原理分析 182
9.2.2 载波比与调制比 182
9.2.3 输出电压基波幅值特点 183
9.2.4 仿真建模 184
9.3 SVPWM技术及仿真建模 189
9.3.1 两电平电压型逆变器电压空间矢量 189
9.3.2 SVPWM线性组合算法 190
9.3.3 SVPWM几何特征 192
9.3.4 SVPWM技术特点 192
9.3.5 SVPWM算法的仿真建模 194
9.4 CHBPWM技术及仿真建模 207
9.4.1 CHBPWM技术原理 207
9.4.2 CHBPWM技术特点 208
9.4.3 CHBPWM仿真建模分析 209
小结 214
练习题 214
第10章 电压型逆变器供电变压变频调速系统的特殊问题 215
10.1 主电路结构 215
10.2 整流电路 215
10.2.1 PWM整流器结构 216
10.2.2 电压型PWM整流器工作原理 216
10.2.3 VSR的控制方式 218
10.3 VSI输入侧滤波器 219
10.4 VSI输入侧电流谐波 220
10.4.1 VSI直流输入侧电流谐波的来源 220
10.4.2 LC滤波器对输入侧谐波电流的抑制作用 222
10.4.3 方波工况下输入侧电流的仿真分析 224
10.5 VSI输出滤波 225
10.6 EMI滤波器 228
10.6.1 EMC与EMI简介 228
10.6.2 VSI逆变器中的EMI 235
10.7 VSI的输出限制 238
10.8 VSI的工作效率 239
小结 239
练习题 240
第11章 电机控制用数字微控制器 241
11.1 概述 241
11.2 TMS320F24x 243
11.2.1 TMS320F24x性能特点 243
11.2.2 SVPWM算法实现 245
11.3 TMS320F2812 254
11.3.1 性能特点 254
11.3.2 基于SIMULINK的DSP中SVPWM程序开发 257
11.4 其他几种典型的DSP芯片 261
小结 266
练习题 266
第12章 PMSM的矢量控制变频调速系统 267
12.1 PMSM转子磁场定向矢量控制技术概念 267
12.2 典型的转子磁场定向FOC控制PMSM变频调速系统 268
12.2.1 dq坐标系电流闭环PI调节的FOC控制系统 268
12.2.2 三相静止坐标系定子电流滞环控制FOC控制系统 274
12.2.3 转矩控制的FOC控制系统 274
12.2.4 电压解耦型FOC控制系统 276
12.2.5 含逆变器直流电压闭环的FOC控制系统 277
12.3 PMSM矢量控制变频调速系统建模与仿真分析 278
12.3.1 FOC控制变频调速系统仿真建模 278
12.3.2 FOC控制变频调速系统仿真结果与分析 285
小结 292
练习题 293
第13章 PMSM的直接转矩控制变频调速系统 294
13.1 直接转矩控制技术原理 294
13.1.1 定子磁链控制原理 295
13.1.2 电动机转矩控制原理 299
13.1.3 PMSM转矩增量分析 299
13.1.4 两种磁链轨迹控制方案 301
13.1.5 定子磁链观测器 303
13.2 传统直接转矩控制中PMSM转矩脉动分析 303
13.3 PMSM直接转矩控制变频调速系统性能改善方案 306
13.3.1 基于扩充电压矢量表的改进方案 306
13.3.2 基于调节电压空间矢量占空比的改进方案 307
13.4 PMSM直接转矩控制变频调速系统仿真建模与分析 311
13.5 DTC与FOC的对比 321
小结 322
练习题 323
第14章 PMSM变频调速系统应用实例 324
14.1 PMSM在国内电动汽车中的应用 325
14.1.1 国内的燃料电池电动汽车 325
14.1.2 PMSM电动机及控制器性能指标 326
14.1.3 电动汽车控制系统实例分析 328
14.2 PMSM变频调速系统在城市轨道交通中的应用 339
14.2.1 列车概况 339
14.2.2 牵引电气系统 341
小结 342
练习题 343
第15章 PMSM无位置传感器控制技术 344
15.1 电动机模型直接计算法 344
15.2 模型参考自适应法 346
15.3 扩展卡尔曼滤波器 354
15.4 无位置传感器控制芯片IRMCK20X 359
小结 360
练习题 361
第16章 智能控制技术在PMSM变频调速系统中的应用 362
16.1 模糊控制技术 363
16.2 神经网络控制技术 372
16.3 专家系统控制技术 375
小结 377
练习题 377
附录 378
附录A：两相静止坐标系中PMSM数学模型 378
附录B：SIMULINK分立模块搭建出PMSM仿真模型 378
附录C：S-Function实现PMSM仿真建模的程序 380
附录D：采用类似SPWM方式实现SVPWM的仿真模型 383
附录E：命令文件 385
附录F：中断向量文件 386
附录G：硬件法实现SVPWM算法的程序代码 389
附录H：基于MATLAB/SIMULINK的DSP程序开发 398
附录I：SIMULINK模块使用注意事项与常见问题调试 412
附录J：国内外电动机调速系统相关标准的标准号及名称 418
参考文献 423