现代电机控制技术

本书为“十二五”普通高等教育本科重量规划教材。主要内容包括：三相感应电动机和三相永磁同步电动机矢量控制；三相感应电动机和三相永磁同步电动机直接转矩控制；无速度传感器控制与智能控制。全书采用空间矢量理论，在对各种控制技术进行独立分析的同时，利用空间矢量理论统一性特点分析和建立了它们之间的联系，从中阐述了不同控制技术的控制思想、特点及相互关联。本书深入浅出，力求体现内容的系统性、理论性、优选性和实用性。书中还配有仿真实例、思考题和习题等。
本书在靠前版的基础上，增加了双馈感应电机矢量控制的内容，并增加了2个附录。
本书可作为高等学校自动化、电气工程及其自动化等专业高年级本科生和电机与电器、电力电子与电力传动等学科研究生的教材，也可供高等院校、研究院（所）和企业从事数控、自动化、电气传动技术的研究和开发人员参考。 

王成元，1943年生于沈阳。1967年毕业于哈尔滨工业大学电机专业，现任沈阳工业大学教授、博士生导师，兼任中国电工技术学会理事，永磁电机专业委员会主任委员。中国机械工业教育协会电机与电器分委员会主任委员。 自1979年以来，长期从事电力电子、电机及控制的研究和开发，先后主持完成有关高精度数控机床伺服驱动电机及其控制等三项国家自然科学基金项目和多项国家、省(部)级科研项目。发表了数十篇学术论文，编著了《异步电动机矢量变换控制原理及应用》、《矢量控制交流伺服驱动电动机》，《交流伺服系统》和《现代电机控制技术》等著作。
夏加宽。1962年生于江苏泰县，工学博士、教授、博士生导师。现任沈阳工业大学电气工程学院自动化系主任、电气传动研究所所长。曾获“辽宁省普通高校很好青年骨干教师”、“沈阳市很好教师”荣誉称号。 长期从事电机与电器、电力电子与电力传动、人工智能与现代运动控制等学科的教学与科研工作。承担并完成国家自然科学基金、国家“863”子课题、辽宁省重大科技攻关项目十余项。获辽宁省科技进步二等奖、机械工业部科技进步二等奖、三等奖；沈阳市科技进步一等奖．二等奖等奖项。出版专著1部，发表论文20余篇，收入EI检索3篇；ISTP检索5篇。申请发明专利3项、实用新型专利5项。
孙宜标。1970年生于安徽庐江，工学博士、副教授、硕士生导师。1994年安徽机电学院电气工业自动化专业毕业，1997年沈阳工业大学电力电子与电力传动专业硕士毕业，2008年沈阳工业大学电机与电器专业博士毕业。 1994年起先后参加过一项国家“八五”计划重大科技攻关项目、四项国家自然科学基金资助项目。主持完成两项省(部)级基金项目，获省(部)级科技进步三等奖2项，发表学术论文40余篇，10多篇收入EI检索。著有《现代永磁电机交流伺服系统》和《电机现代控制技术》等著作。

序
第2版前言
第1版前言
第1章电磁转矩与空间矢量1
1.1电磁转矩1
1.1.1磁场与磁能1
1.1.2机电能量转换6
1.1.3电磁转矩的生成10
1.1.4电磁转矩的控制13
1.2直、交流电机的电磁转矩14
1.2.1直流电机的电磁转矩14
1.2.2三相同步电机的电磁转矩16
1.2.3三相感应电机的电磁转矩18
1.3空间矢量20
1.3.1定、转子的磁动势矢量20
1.3.2定、转子的电流矢量25
1.3.3定子电压矢量27
1.3.4定、转子磁链矢量28
1.4矢量控制33
1.4.1电磁转矩的矢量表达式33
1.4.2电磁转矩的矢量控制35
思考题与习题42
第2章三相感应电动机的矢量控制45
2.1基于转子磁场的转矩控制45
2.1.1转矩控制稳态分析45
2.1.2转矩控制动态分析49
2.2空间矢量方程53
2.2.1ABC轴系矢量方程54
2.2.2坐标变换和矢量变换57
2.2.3任意同步旋转MT轴系矢量
方程60
2.2.4转子磁场定向MT轴系矢量
方程61
2.3基于转子磁场定向的矢量控制系统69
2.3.1直接磁场定向70
2.3.2间接磁场定向72
2.3.3由电压源逆变器馈电的控制
系统74
2.3.4由电流可控电压源逆变器馈电的
控制系统77
2.4基于转子磁场的矢量控制中的几个
技术问题85
2.4.1电动机参数变化对磁场定向和
系统性能的影响85
2.4.2磁路饱和对磁场定向和系统性能
的影响88
2.5基于转子磁场定向的矢量控制系统
仿真实例89
2.6基于气隙磁场定向的矢量控制92
2.6.1基于气隙磁场的转矩控制92
2.6.2矢量控制方程92
2.6.3矢量控制系统95
2.7基于定子磁场定向的矢量控制97
2.7.1基于定子磁场的转矩控制97
2.7.2矢量控制方程97
2.7.3矢量控制系统100
2.8双馈感应电机的矢量控制102
2.8.1基于定子磁场定向的矢量
控制102
2.8.2矢量控制下的四种运行状态108
2.8.3矢量控制的特点111
2.8.4矢量控制系统114
思考题与习题118
第3章三相永磁同步电动机的矢量
控制120
3.1基于转子磁场定向的矢量方程120
3.1.1转子结构及物理模型120
3.1.2面装式三相永磁同步电动机的
矢量方程123
3.1.3插入式三相永磁同步电动机的
矢量方程126
3.2基于转子磁场定向的矢量控制及控制
系统131
3.2.1面装式三相永磁同步电动机的
矢量控制及控制系统131
3.2.2插入式三相永磁同步电动机的
矢量控制及控制系统136
3.3弱磁控制与定子电流的最优控制138
3.3.1弱磁控制138
3.3.2定子电流的最优控制141
3.4基于定子磁场定向的矢量控制143
3.4.1矢量控制方程144
3.4.2矢量控制系统145
3.5谐波转矩及转速波动146
3.5.1谐波转矩146
3.5.2谐波转矩的削弱方法150
3.6矢量控制系统仿真实例152
思考题与习题154
第4章三相感应电动机的直接转矩
控制156
4.1控制原理与控制方式156
4.1.1基本原理156
4.1.2定子电压矢量的作用与定子磁链
轨迹变化158
4.2控制系统159
4.2.1滞环比较控制159
4.2.2定子磁链和转矩估计164
4.3空间矢量调制166
4.3.1多位滞环比较控制166
4.3.2预期电压控制168
4.4直接转矩控制与矢量控制的联系和
比较170
4.4.1直接转矩控制与转子磁场矢量
控制170
4.4.2直接转矩控制与定子磁场矢量
控制171
4.5直接转矩控制仿真举例174
思考题与习题176
第5章三相永磁同步电动机的直接
转矩控制178
5.1控制原理与控制方式178
5.1.1转矩的生成与控制178
5.1.2滞环比较控制与控制系统181
5.1.3磁链和转矩估计182
5.1.4电动机参数和转速的影响183
5.1.5预期电压直接转矩控制184
5.2最优控制与弱磁控制186
5.2.1最大转矩/电流比控制186
5.2.2弱磁控制187
5.3直接转矩控制与矢量控制的联系与
比较188
5.3.1直接转矩控制与定子磁场矢量
控制188
5.3.2直接转矩控制与转子磁场矢量
控制189
5.4直接转矩控制仿真举例190
思考题与习题193
第6章无速度传感器控制与智能
控制195
6.1基于数学模型的开环估计195
6.1.1三相感应电动机转速估计195
6.1.2三相永磁同步电动机转子位置
估计197
6.2模型参考自适应系统198
6.2.1参考模型和可调模型199
6.2.2自适应律200
6.2.3转子磁链和转速估计系统202
6.3自适应观测器203
6.3.1状态估计方程204
6.3.2状态观测器205
6.3.3转速自适应律206
6.4扩展卡尔曼滤波209
6.4.1结构与原理209
6.4.2数学模型210
6.4.3状态估计213
6.5智能控制应用举例218
6.5.1基于神经网络的模型参考自适应
系统218
6.5.2模糊神经网络直接转矩控制222
思考题与习题224
附录225
附录A从电磁场角度分析空间矢量及
转矩生成225
A.1磁动势矢量与电流矢量225
A.2电机气隙内的磁场231
A.3磁链矢量与转矩生成233
A.4电流矢量与转矩生成235
A.5空间矢量与转矩控制237
附录B坐标变换与矢量变换240
B.1三相静止轴系与二相静止轴系
间的变换240
B.2二相静止轴系与二相旋转轴系
间的变换242
B.3三相静止轴系与二相旋转轴系
间的变换243
B.4旋转轴系与旋转轴系间的变换244
B.5静止轴系到旋转轴系变换的意义
的应用244
参考文献249