永磁同步电动机直接转矩控制系统

永磁同步电动机直接转矩控制（DTC）技术是20世纪90年代发展起来的一项重要电机调速技术。详细介绍了作者在三类永磁同步电动机（正弦波永磁同步电动机、无刷直流电动机、永磁容错电动机）直接转矩控制技术方面的研究成果。本书建立了正弦波永磁同步电动机DTC系统的理论构架；澄清了无刷直流电动机、永磁容错电动机DTC系统中的一些模糊概念，初步理顺了三类永磁同步电动机的DTC技术研究思路，为建立DTC理论构架打下了可靠的基础。永磁同步电动机DTC技术广泛应用于永磁同步电动机的调速系统和新能源技术，如电动汽车、电气列车、城市轨道交通列车（地铁、轻轨）等的驱动系统和工业伺服系统、各类调速系统、风力发电系统等重要产品。本书中有作者从大量仿真和实验中获得的数据和波形，可供有关研究人员参考。
本书可供电机调速、伺服系统、电动汽车、轨道交通和风力发电等领域的研究所、企业、高等院校的研究开发人员阅读，也可供高等院校电机控制、电力电子与电力传动及其相关专业的师生阅读。

  前言
绪言
第1章永磁同步电动机数学模型
1.1永磁同步电动机介绍
1.2正弦波永磁同步电动机数学模型
1.2.1常用坐标系和坐标变换
1.2.2不同坐标系下的正弦波永磁同步电动机模型
1.3无刷直流电动机数学模型
第2章正弦波永磁同步电动机DTC理论初探和对其的质疑
2.1异步电动机DTC系统关键思想的归纳
2.2正弦波永磁同步电动机DTC系统初探
2.2.1定义“负载角”，以代替异步电动机中的“转差”物理量
2.2.2正弦波永磁同步电动机电磁转矩Te的微分表达式
2.2.31996年提出的正弦波永磁同步电动机直接转矩控制系统
2.3对1996年正弦波永磁同步电动机DTC方案的质疑
2.4本章小结
第3章零矢量在正弦波永磁同步电动机DTC系统中所起的作用
3.1空间电压矢量us作用后电磁转矩变化的分析
3.1.1正弦波永磁同步电动机数学模型
3.1.2空间电压矢量us作用后转矩变化的规律及其分类
3.2两种DTC系统中转矩变化规律的比较
3.2.1异步电动机DTC系统中转矩的变化
3.2.2零矢量在两类电动机中作用的异同
3.3正弦波永磁同步电动机DTC系统中应用零矢量的方案
3.3.1探讨1996年方案中使用零矢量遭失败的原因
3.3.2应用零矢量的新方案
3.4零矢量改善系统转矩脉动的仿真和实验验证
3.4.1仿真分析
3.4.2实验验证
3.5本章小结
第4章正弦波永磁同步电动机直接转矩控制理论的建立
4.1正弦波永磁同步电动机DTC系统的理论构架
4.1.1正弦波永磁同步电动机矢量控制理论的构架
4.1.2正弦波永磁同步电动机DTC系统的“基本原型机”和其理论构架
4.2正弦波永磁同步电动机DTC系统第一层构架理论的建立
4.2.1理论基础
4.2.2定子磁链幅值的限制
4.3正弦波永磁同步电动机第一层构架理论的实现
4.4仿真分析
4.4.1不同负载转矩下磁链轨迹仿真
4.4.2不同转速下的仿真
4.4.3动态性能仿真
4.5实验研究
4.5.1不同负载转矩下磁链轨迹的实验
4.5.2不同转速下转矩脉动的实验
4.5.3动态性能实验
4.6本章小结
第5章正弦波永磁同步电动机DTC的isd=0控制方案
5.1隐极式永磁同步电动机DTC系统isd=0控制方式的理论
5.1.1隐极式永磁同步电动机DTC系统isd=0控制理论的建立
5.1.2isd=0控制方式和1996年控制方案在控制特点方面的比较
5.2隐极式正弦波永磁同步电动机DTC系统的准isd=0控制方式
5.3准isd=0直接转矩控制方案的稳态特性仿真
5.4准isd=0直接转矩控制方案的动态特性仿真
5.5实验验证
5.6凸极式永磁同步电动机的isd=0控制方式
5.7本章小结
第6章正弦波永磁同步电动机DTC的最大转矩电流比控制
6.1隐极式永磁同步电动机DTC系统的最大转矩电流比控制
6.1.1最大转矩电流比控制的理论基础
6.1.2最大转矩电流比控制系统的电动机功率因数分析
6.1.3仿真分析
6.1.4实验研究
6.2凸极式永磁同步电动机DTC系统的最大转矩电流比控制
6.3本章小结
第7章正弦波永磁同步电动机DTC的定子磁链幅值恒值控制策略
7.1实际系统的实际运行条件和研究方法
7.1.1实际系统的实际运行条件
7.1.2本章对实际系统的研究方法
7.2“预测控制系统”的仿真研究
7.2.1“预测控制系统”仿真模型的建立
7.2.2稳态运行时电磁转矩给定T*e波形的形状
7.2.3零矢量作用范围2△Te的设置对减小电磁转矩脉动的效果
7.2.4零矢量作用范围2△Te大小对电磁转矩脉动影响的规律
7.2.5零矢量作用范围2△Te大小对电动机起动时间影响的规律
7.3实验验证
7.3.1零矢量作用范围2△Te的大小对转矩脉动影响规律的实验验证
7.3.2零矢量作用范围对电机起动时间影响规律的实验验证
7.4预测控制系统中电动机电磁转矩脉动的原因及其对策
7.4.1“断续脉动式的空间电压矢量”是电动机转矩脉动的主要原因
7.4.2“预测控制系统”带来的脉动也很可观
7.4.3“电磁转矩给定T*e的波动”加剧了电动机的转矩脉动
7.4.4减少正弦波永磁同步电动机DTC预测控制系统电磁转矩脉动的对策
7.5定量设计转矩调节器的理论基础
7.5.1实验样机运行规律的启示
7.5.2“断续脉动式的空间电压矢量”对转矩脉动的影响规律
7.5.3“电磁转矩给定T*e的波动”对最优2△Te宽度的影响
7.5.4零矢量作用范围2△Te最优取值的实验验证
7.5.5定量设计转矩调节器基本理论的总结
7.6转矩调节器的定量设计
7.6.1实际工程中最佳零矢量作用范围△Te的实时确定方法
7.6.2一种简易的零矢量作用范围2△Te确定方法
7.6.3零矢量作用范围2△Te的现场实验确定法
7.7本章小结
第8章两相导通方式无刷直流电动机的DTC双环控制系统
8.1无刷直流电动机传统的基本控制方法
8.2忽略换相续流时间
8.3无刷直流电动机两相导通方式的数学模型
8.3.1无刷直流电动机的电压方程式
8.3.2无刷直流电动机的转矩方程式
8.4无刷直流电动机DTC的理论基础
8.4.1无刷直流电动机DTC技术的特殊性
8.4.2两相导通无刷直流电动机中电压矢量的特点
8.4.3定子磁链给定幅值∣ψs∣*的确定和定子磁链实时观察
8.4.4电磁转矩给定T*e和电磁转矩Te实时观察
8.5基于反电动势形状函数法的无刷直流电动机DTC系统构成
8.6仿真及实验结果
8.6.1仿真模型建立及仿真结果
8.6.2实验结果及其分析
8.7本章小结
第9章三相导通无刷直流电动机的直接转矩控制
9.1三相导通无刷直流电动机DTC的理论基础
9.1.1三相导通控制方式下的空间电压矢量us
9.1.2三相导通无刷直流电动机DTC方案中的定子磁链形状
9.1.3给定定子磁链幅值∣ψs∣*的确定
9.1.4定子磁链观测和与磁链给定值∣ψs∣*的比较
9.1.5电磁转矩给定T*e和电磁转矩Te观测
9.2对第一条技术路线的评价
9.3无约束的三相导通无刷直流电动机DTC系统的构成
9.3.1无约束的三相导通无刷直流电动机DTC方式中的换相触发信号
9.3.2无约束的三相导通无刷直流电动机DTC系统的构成
9.4仿真和实验
9.4.1仿真波形
9.4.2实验波形及分析
9.5低速性能改进
9.5.1六边形轨迹畸变现象
9.5.2磁链补偿方案的基本思想
9.5.3磁链补偿方案的实现
9.5.4实验结果
9.6本章小结
第10章基于动态三维坐标系的无刷直流电动机DTC系统
10.1新的思路
10.2三维动态空间正交坐标系
10.2.1三维动态空间正交坐标系中的空间电压矢量us
10.2.2三维动态空间正交坐标系中的定子磁链空间矢量
10.3三维动态空间正交坐标系中的直接转矩控制
10.3.1xy平面中的控制技术路线
10.3.2xy平面中的磁链观测与转矩观测
10.3.3基于动态三维坐标系的无刷直流电动机DTC系统开关表的建立
10.3.4系统构成
10.4仿真与实验
10.5本章小结
第11章单环无刷直流电动机直接转矩控制系统
11.1无刷直流电动机DTC系统不必控制定子磁链幅值的估计
11.2两相导通无刷直流电动机DTC系统理论的进一步研究
11.2.1电磁转矩快速响应的条件
11.2.2最优空间电压矢量的选择
11.2.3电动机转矩给定T*e和实时转矩观察Te
11.2.4无磁链观测条件下电流的限制
11.3无磁链观测DTC的实现
11.4仿真模型的建立及其仿真结果分析
11.4.1仿真模型的建立
11.4.2仿真结果及其分析
11.5实验研究
11.6对无刷直流电动机DTC系统初步研究的归纳和评价
第12章永磁容错电动机特点及空间电压矢量
12.1电动机容错技术简介
12.2永磁同步电动机的容错系统
12.2.1六相永磁容错电动机的结构及其特点
12.2.2H桥式逆变器组成的驱动器
12.2.3永磁容错电动机的控制方法
12.3六相永磁容错电动机系统的数学模型
12.3.1六相永磁容错电动机中的一些新概念
12.3.2六相永磁容错电动机的常用坐标系和6／2坐标变换
12.3.3六相永磁容错电动机数学模型的建立
12.4六相永磁容错电动机系统的空间电压矢量
12.4.1相空间电压矢量Vj组合中的抵消现象
12.4.2总空间电压矢量un的异构性现象
12.4.3六相永磁容错电动机中总空间电压矢量数据的归纳
12.5本章小结
第13章永磁容错电动机直接转矩控制的初步研究
13.1六相永磁容错电动机直接转矩控制系统的构建
13.1.1六相永磁容错电动机DTC系统总定子磁链ψs的计算
13.1.2关于总空间电压矢量的选择
13.1.3永磁容错电动机的直接转矩控制框图
13.2永磁容错电动机DTC系统正常态仿真研究
13.2.1仿真模型的搭建
13.2.2仿真结果
13.2.3仿真总结和分析
13.3永磁容错电动机直接转矩控制故障态仿真研究
13.4永磁容错电动机系统实验验证
13.4.1实验条件
13.4.2一相（d相）绕组断路故障的实验验证
13.4.3一相（d相）绕组短路故障的实验验证
13.5本章小结
第14章永磁容错电动机的相空间电压矢量调制技术
14.1三相永磁同步电动机DTC系统的SVPWM控制策略简介
14.1.1正弦波三相永磁同步电动机DTC方案的两条技术路线
14.1.2正弦波三相永磁同步电动机DTC系统乓乓控制策略的控制要点
14.1.3正弦波三相永磁同步电动机DTC系统SVPWM控制策略的控制要点
14.2永磁容错电动机DTC系统相空间电压矢量控制策略理论基础
14.2.1六相永磁容错电动机DTC系统相定子磁链变化量△ψsj的计算
14.2.2正常情况下相定子磁链变化量△ψsj的实现
14.2.3六相永磁容错电动机DTC系统控制策略的控制要点
14.2.4永磁同步电动机DTC系统三种控制策略的比较
14.3六相永磁容错电动机P-SVPWM-DTC系统的正常态运行
14.3.1六相永磁容错电动机DTC系统P-SVPWM控制策略的控制结构框图
14.3.2六相永磁容错电动机DTC系统P-SVPWM控制策略的实验验证
14.4六相永磁容错电动机P-SVPWM-DTC系统的故障态运行
14.4.1永磁容错电动机P-SVPWM系统的容错算法
14.4.2永磁容错电动机P-SVPWM系统的仿真研究
14.4.3永磁容错电动机P-SVPWM系统的实验验证
14.5本章小结
第15章从辩证法来看直接转矩控制技术的发展
15.1电机控制的主要矛盾是对电磁转矩的控制
15.2从矛盾的特殊性看各类电机电磁转矩的差异
15.2.1异步电机电磁转矩的特点
15.2.2正弦波永磁同步电动机电磁转矩的特点
15.2.3无刷直流电动机电磁转矩的特点
15.2.4多相永磁容错电动机电磁转矩的特点
15.3从控制转矩方案的多样性来认识DTC技术的多姿多彩的面貌
15.3.1“具体问题具体分析”是辩证法的活的灵魂
15.3.2阶段性地再认识DTC技术
15.4矢量控制和直接转矩控制的关系
15.4.1直接转矩控制技术不是矢量控制技术
15.4.2矢量控制实际上是转矩控制的一个分支
15.4.3矢量控制和直接转矩控制关系的一个小结
15.5电机控制技术发展的前景
15.5.1直接转矩控制技术发展的前景
15.5.2让我们迎接新的电机控制技术的诞生
15.5.3新技术都应该在实践中经风雨见世面才能得到发展
附录
参考文献