异步电动机变频调速控制技术

本书系统、全面地介绍了异步电动机变频调速控制理论与相关技术，主要内容包括异步电动机变频调速技术的发展现状与趋势；基于稳态模型的异步电动机变频调速控制技术；异步电动机的动态数学模型；基于异步电动机动态数学模型的矢量控制与直接转矩控制技术；采用现代控制理论与方法的异步电动机变频调速新型控制策略。
本书可供从事交流调速控制、电力电子相关科研工作人员及高等院校电气自动化专业的研究生阅读，也可以作为科研院所、厂矿企业中从事电气传动领域工作的工程技术人员的参考用书。

张勇军。冶金工程研究院院长助理
高效轧制国家工程研究中心副主任
北京科技大学设计研究院有限公司副总经理
北京科大恒兴高技术有限公司副总经理

《电气工程新技术丛书》编委会名单
出版说明
前言
第1章绪论1
1.1电动机调速技术概况1
1.2变频调速控制技术的现状5
1.3变频调速控制技术的发展趋势8
第2章基于稳态模型的异步电动机变频调速技术12
2.1电压—频率协调控制方式12
2.2转差频率控制方式16
2.3电压源型变频调速系统19
2.3.1转速开环的恒压频比变频控制技术19
2.3.2转速闭环的转差频率控制技术21
2.4电流源型恒压频比变频调速系统23
2.4.1转速开环的恒压频比变频控制技术23
2.4.2转速闭环的转差频率控制技术24
第3章异步电动机的动态数学模型26
3.1坐标系与空间矢量概念26
3.2三相静止坐标系上的数学模型27
3.3坐标变换及变换矩阵32
3.4二相静止坐标系上的数学模型42
3.5任意二相旋转坐标系上的数学模型47
3.6二相同步旋转坐标系上的数学模型49
3.7任意二相坐标系上的状态方程50
第4章基于动态数学模型的矢量控制技术53
4.1矢量控制的基本概念53
4.1.1电动机控制统一理论53
4.1.2矢量控制基本思想55
4.2磁场定向和矢量控制技术构成57
4.2.1按转子磁场定向的异步电动机矢量控制技术57
4.2.2异步电动机其他磁场定向方法60
4.3转子磁链观测器62
4.3.1计算转子磁链的电流模型法63
4.3.2计算转子磁链的电压模型法64
4.4异步电动机矢量控制系统65
4.4.1具有转矩内环的双闭环异步电动机直接矢量控制系统65
4.4.2转差型异步电动机间接矢量控制系统68
第5章基于动态数学模型的直接自控制与直接转矩控制技术70
5.1直接转矩控制原理70
5.1.1直接转矩控制的基本思想70
5.1.2电动机定子磁链和电磁转矩控制原理72
5.2DSC系统79
5.2.1DSC系统的基本组成79
5.2.2在低速范围内DSC系统的转矩控制与调节方法88
5.2.3在弱磁范围内DSC系统的转矩控制及恒功率调节94
5.3DTC系统98
5.3.1DTC系统的磁链控制98
5.3.2DTC系统的转矩控制99
5.3.3DTC系统的构成101
第6章异步电动机变频调速先进控制策略103
6.1异步电动机变频调速系统先进控制策略综述103
6.2变频调速系统的逆系统控制方法107
6.2.1逆系统控制方法的理论基础107
6.2.2异步电动机动态模型的可逆性及其逆系统109
6.2.3闭环控制器的设计112
6.3面向高压大功率系统的定子磁链轨迹控制113
6.3.1定子磁链轨迹控制的产生背景113
6.3.2同步对称优化PWM技术115
6.3.3定子磁链轨迹控制原理与构成117
6.3.4定子磁链轨迹控制的闭环系统121
6.4变频调速系统内模控制技术125
6.4.1内模控制的基本原理和特点125
6.4.2定子电流的内模解耦控制127
6.4.3二自由度内模控制策略128
6.4.4变频调速系统的二自由度内模控制方法130
6.5异步电动机广义预测控制技术132
6.5.1广义预测控制系统的结构133
6.5.2广义预测控制律134
6.5.3基于广义预测控制的直接转矩控制137
6.6智能控制方法在变频调速系统中的应用140
6.6.1电动机的神经网络模型参考自适应控制方法140
6.6.2电动机模糊控制方法143
6.6.3电动机的自适应模糊神经网络控制方法147
参考文献151

前    言电动机作为机电能量转换的重要途径，一直以来都为现代社会的发展起着巨大的推动作用，交流电动机尤其是交流异步电动机无疑是其中最重要的应用类型，尤其是随着电力电子技术、计算机控制技术和矢量控制策略的快速发展，以高性能变频调速技术驱动的异步电动机有了更为广阔的应用空间。进入21世纪以来，交流调速技术继续向纵深方向发展，本书主要针对异步电动机变频调速技术的新发展和新方向而编著。
    异步电动机本身具有显著的非线性和强耦合特征，而面向异步电动机的交流变频调速技术则融合了电力电子学、电机学、微电子学、计算机科学、控制科学等多种学科于一体，对研究人员有着较高的专业基础要求。本书的编写立足于对异步电动机变频控制系统的分析和设计，基于异步电动机的数学模型，由浅入深地对现代异步电动机交流变频调速系统相关的主要控制技术及其算法改进展开讨论。本书具有前沿性和先进性，题材主要来源于实践工作，融入了作者多方面的研究成果和研究内容，可供从事交流调速控制、电力电子相关科研工作人员及高等院校电气自动化专业的研究生阅读，也可以作为科研院所、厂矿企业中从事电气传动领域工作的工程技术人员的参考用书。
    本书的编写遵循了深入浅出、循序渐进及理论联系实际的原则，编写过程中以控制理论、控制方法为主线贯穿始终。全书共分为6章，其中4～6章为本书的重点。第1章作为绪论主要介绍目前变频调速技术的现状与发展趋势；第2章介绍了以异步电动机稳态数学模型为基础的变频调速技术；第3章介绍了异步电动机在各种坐标系下的动态数学模型及其变换过程；第4、5章分别讨论了基于异步电动机动态数学模型的矢量控制技术和直接转矩控制技术；第6章重点对改善异步电动机变频调速性能的几种先进控制策略进行了阐述和探讨。
    本书由北京科技大学高效轧制国家工程研究中心博士、副研究员张勇军编著。北京科技大学郝春辉老师、博士研究生苗磊、肖雄，硕士研究生汪伟、田亚卓、宋宪、李林林等参加了本书的整理、校对、录入及编辑工作；本书由北京科技大学李华德教授负责全书的统一规划、审查和补充。在此一并表示感谢。
    由于作者水平有限，在编写过程中难免出现缺点、错误及不当之处，敬请广大读者批评指正，并给予谅解。
    作  者