永磁同步电动机变频调速系统及其控制内容简介

针对组成系统的各单元——交流永磁电机、电压型逆变器、基于数字信号处理器DSP的实时控制系统以及相应单元的控制技术——磁场定向矢量控制技术、直接转矩控制技术、空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）等进行具体的阐述，易于读者从整体和具体技术两个角度更好地理解电气传动调速系统。

前言

缩略语及变量符号

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1PMSM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3PMSM加工流程18

24PMSM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1PMSM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4dq转子坐标系的PMSM动态数学

模型33

341dq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3PMSM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1MATLAB/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1JMAG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1PMSM稳态工作特性分析105

712PMSM起动过程分析108

713PMSM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2SPWM技术及仿真建模182

921SPWM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3SVPWM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2SVPWM线性组合算法190

933SVPWM几何特征192

934SVPWM技术特点192

935SVPWM算法的仿真建模194

94CHBPWM技术及仿真建模207

941CHBPWM技术原理207

942CHBPWM技术特点208

943CHBPWM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1PWM整流器结构216

1022电压型PWM整流器工作

原理216

1023VSR的控制方式218

103VSI输入侧滤波器219

104VSI输入侧电流谐波220

1041VSI直流输入侧电流谐波的

来源220

1042LC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5VSI输出滤波225

106EMI滤波器228

1061EMC与EMI简介228

1062VSI逆变器中的EMI235

107VSI的输出限制238

108VSI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2TMS320F24x243

1121TMS320F24x性能特点243

1122SVPWM算法实现245

113TMS320F2812254

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1PMSM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1dq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3PMSM矢量控制变频调速系统建

模与仿真分析278

1231FOC控制变频调速系统仿

真建模278

1232FOC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3PMSM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3PMSM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4PMSM直接转矩控制变频调速系

统仿真建模与分析311

135DTC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1PMSM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2PMSM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2PMSM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

IRMCK20X359

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4232100433B

《永磁同步电动机及其控制系统设计》是在某项目子课题《高效率电动机及控制系统设计》基础上整理编写的，针对大功率永磁同步电动机及其配套智能控制系统的设计与实现进行了一定探讨。

《永磁同步电动机及其控制系统设计》由概论、高力能密度永磁同步电动机电磁设计、永磁同步电动机损耗计算与热负荷设计、永磁同步电动机强度分析与设计、永磁同步电动机控制技术、永磁同步电动机控制系统建模与仿真、永磁同步电动机控制系统硬件设计、永磁同步电动机控制系统软件设计共8章组成。

《永磁同步电动机及其控制系统设计》可作为普通高等院校电气类、自动化类、电子信息类本科生和研究生的扩展读物，也可供从事相关技术工作的工程技术人员参考。