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第1章 高性能传动系统1

1.1概述1

1.2高性能传动系统的概述5

1.3工业应用中的电气传动挑战与要求10

1.3.1电能质量与LC谐振抑制11

1.3.2逆变器开关频率11

1.3.3电动机侧的挑战12

1.3.4高dv/dt与波反射12

1.3.5逆变器输出滤波器的使用12

1.4本书的组织结构13

参考文献15

第2章 交流电机的数学模型与仿真模型18

2.1概述18

2.2直流电动机18

2.2.1他励直流电动机的控制18

2.2.2串励直流电动机的控制21

2.3笼型异步电动机22

2.3.1空间矢量的描述22

2.3.2克拉克变换（ABC到αβ）23

2.3.3派克变换（αβ到dq）25

2.3.4异步电动机标幺值模型26

2.3.5双馈异步发电机（DFIG）29

2.4永磁同步电动机的数学模型31

2.4.1 dq旋转坐标系中的永磁同步电动机模型32

2.4.2仿真用电动机参数的举例33

2.4.3永磁同步电动机的标幺值模型33

2.4.4 αβ（xy）坐标系永磁同步电动机模型34

2.5练习题36

参考文献36

第3章 电力电子DC-AC变换器的脉宽调制技术38

3.1概述38

3.2电压型逆变器脉冲宽度调制技术的分类38

3.3 PWM控制的逆变器39

3.3.1单相半桥逆变器39

3.3.2单相全桥逆变器44

3.4三相PWM电压源逆变器50

3.4.1基于载波的SPWM54

3.4.2基于载波的3次谐波注入PWM57

3.4.3 3次谐波注入PWM的MATLAB/Simulink模型60

3.4.4加入偏移量的载波PWM61

3.4.5空间矢量PWM61

3.4.6不连续空间矢量PWM67

3.4.7空间矢量PWM的MATLAB/Simulink模型71

3.4.8过调制区域的空间矢量PWM81

3.4.9过调制区域SVPWM的MATLAB/Simulink建模85

3.4.10谐波分析86

3.4.11基于人工神经元网络的PWM87

3.4.12基于人工神经元网络SVPWM的MATLAB/Simulink建模89

3.5载波PWM与SVPWM的关系91

3.5.1调制信号与空间矢量92

3.5.2线电压与空间矢量的关系93

3.5.3调制信号与空间扇区93

3.6多电平逆变器94

3.6.1二极管钳位多电平逆变器95

3.6.2飞跨电容多电平逆变器99

3.6.3 H桥级联多电平逆变器103

3.7阻抗源或Z源逆变器107

3.7.1电路分析108

3.7.2 Z源逆变器基于载波的简单升压PWM控制110

3.7.3 Z源逆变器基于载波的最大升压PWM控制111

3.7.4 Z源逆变器的MATLAB/Simulink模型112

3.8准阻抗源或准Z源逆变器113

3.8.1准Z源逆变器的MATLAB/Simulink模型115

3.9多相逆变器的死区影响116

3.10总结119

3.11练习题120

参考文献121

第4章 交流电机的磁场定向控制125

4.1概述125

4.2异步电动机控制125

4.2.1异步电动机的恒V/f控制126

4.2.2异步电动机的矢量控制129

4.2.3直接与间接磁场定向控制134

4.2.4转子磁通与定子磁通的计算134

4.2.5自适应磁通观测器135

4.2.6定子磁通定向136

4.2.7弱磁控制138

4.3双馈异步发电机的矢量控制139

4.3.1简介139

4.3.2并网DFIG的矢量控制（αβ模型）140

4.3.3变量的变换141

4.3.4仿真结果144

4.4永磁同步电机的控制145

4.4.1简介145

4.4.2 dq坐标系中PMSM的矢量控制146

4.4.3 αβ坐标系中使用PI控制器的PMSM矢量控制148

4.4.4 PMSM的标量控制152

4.5练习题153

4.6补充作业153

4.7 DFIG作业153

4.8问题154

参考文献154

第5章 交流电机的直接转矩控制156

5.1概述156

5.2 DTC的基本概念与工作原理157

5.2.1 DTC的基本概念157

5.2.2 DTC的工作原理158

5.3具有理想常参数电机模型的异步电动机DTC163

5.3.1异步电动机的理想常参数模型163

5.3.2 DTC技术方案165

5.3.3 DTC的速度控制167

5.3.4 DTC转矩运行模式与速度运行模式的MATLAB/Simulink仿真168

5.4考虑铁耗的异步电动机DTC182

5.4.1考虑铁耗的异步电动机模型182

5.4.2考虑铁耗影响的转矩控制与速度控制MATLAB/Simulink仿真184

5.4.3补偿铁耗的改进型DTC方案195

5.5考虑铁耗与磁饱和的异步电动机DTC199

5.5.1考虑铁耗与磁饱和的异步电动机模型199

5.5.2考虑铁耗与磁饱和影响的转矩控制与速度控制MATLAB/Simulink仿真201

5.6具有恒定开关频率的改进型异步电动机的DTC214

5.7正弦永磁同步电动机（SPMSM）的DTC215

5.7.1简介215

5.7.2 SPMSM的数学模型215

5.7.3 SPMSM的DTC控制方案217

5.7.4 SPMSM的DTC的MATLAB/Simulink仿真217

参考文献233

第6章 采用非线性反馈的电机非线性控制235

6.1概述235

6.2采用非线性反馈的动态系统线性化处理236

6.3他励直流电动机的非线性控制237

6.3.1 MATLAB/Simulink非线性控制模型238

6.3.2非线性控制系统239

6.3.3速度控制器240

6.3.4变量m的控制器240

6.3.5励磁电流控制器240

6.3.6仿真结果241

6.4异步电动机的多标量模型（MM）241

6.4.1多标量变量242

6.4.2电压控制的VSI供电异步电动机的非线性特性的线性化处理242

6.4.3系统控制设计244

6.4.4电流控制的VSI供电异步电动机的非线性特性的线性化处理245

6.4.5定子定向的非线性控制系统248

6.4.6基于转子磁链-定子磁链的模型249

6.4.7定子定向的多标量模型250

6.4.8异步电动机的多标量控制251

6.4.9异步电动机模型252

6.4.10状态变换252

6.4.11解耦的异步电动机模型254

6.5双馈异步电机的多标量模型256

6.6永磁同步电机的非线性控制258

6.6.1 dq电动机模型中永磁同步电机的非线性控制260

6.6.2 αβ坐标系PMSM非线性矢量控制261

6.6.3 αβ（xy）坐标系PMSM模型261

6.6.4坐标变换262

6.6.5控制系统263

6.6.6仿真结果264

6.7练习题265

参考文献266

第7章 五相异步电机的传动系统268

7.1概述268

7.2多相传动系统的优点与应用269

7.3五相异步电机传动系统的建模与仿真269

7.3.1五相异步电机的模型270

7.3.2五相两电平电压源逆变器模型278

7.3.3五相VSI的PWM技术301

7.4五相异步电机的间接转子磁场定向控制314

7.4.1五相异步电机FOC的MATLAB/Simulink模型316

7.5同步旋转坐标系电流控制的五相异步电机FOC319

7.6模型预测控制（MPC）322

7.6.1用于五相两电平VSI的MPC322

7.6.2五相VSI的MPC的MATLAB/Simulink建模324

7.6.3使用γ=0的11个矢量325

7.6.4使用γ=1的11个矢量325

7.7总结327

7.8练习题328

参考文献329

第8章 交流电机无速度传感器的控制333

8.1概述333

8.2异步电机无传感器控制333

8.2.1使用开环模型与转差计算的速度观测334

8.2.2闭环观测器334

8.2.3 MRAS（闭环）速度观测器341

8.2.4使用功率测量345

8.3 PMSM的无传感器控制346

8.3.1 PMSM的控制系统348

8.3.2自适应反步观测器348

8.3.3 PMSM的模型参考自适应系统350

8.3.4仿真结果351

8.4五相异步电机传动系统的MRAS无传感器控制354

8.4.1基于MRAS的速度观测器354

8.4.2仿真结果356

参考文献358

第9章 采用电压型逆变器和输出滤波器的异步电机传动系统的几个问题363

9.1传动系统与滤波器的概述363

9.2相-两相变换365

9.3电压和电流的共模分量366

9.3.1带有PWM逆变器与共模电压的异步电机传动系统的MATLAB/Simulink模型367

9.4异步电机共模电路370

9.5轴承电流的类型与减少方法372

9.5.1共模扼流圈374

9.5.2共模变压器375

9.5.3减少共模电压的PWM技术改进376

9.6逆变器输出滤波器380

9.6.1逆变器输出滤波器的结构选型380

9.6.2逆变器输出滤波器的设计384

9.6.3电机扼流圈394

9.6.4带有PWM逆变器与差模LC滤波器的异步电机传动系统的MATLAB/Simulink模型396

9.7带有滤波器的传动系统观测问题398

9.7.1介绍398

9.7.2带有干扰模型的速度观测器400

9.7.3基于电机定子模型的简单观测器403

9.8带有滤波器传动系统的电机控制问题405

9.8.1简介405

9.8.2磁场定向控制407

9.8.3非线性磁场定向控制412

9.8.4非线性多标量控制414

9.9带有输出滤波器传动系统的预测电流控制417

9.9.1控制系统417

9.9.2预测电流控制器420

9.9.3 EMF观测技术422

9.10练习题427

9.11问答429

参考文献430