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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

2.1 PMSM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

2.3 PMSM加工流程18

2.4 PMSM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

3.1 PMSM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

3.4 dq转子坐标系的PMSM动态数学模型33

3.4.1 dq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

3.4.3 PMSM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

4.1 MATLAB/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

5.1 JMAG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

7.1.1 PMSM稳态工作特性分析105

7.1.2 PMSM起动过程分析108

7.1.3 PMSM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

9.2 SPWM技术及仿真建模182

9.2.1 SPWM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

9.3 SVPWM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

9.3.2 SVPWM线性组合算法190

9.3.3 SVPWM几何特征192

9.3.4 SVPWM技术特点192

9.3.5 SVPWM算法的仿真建模194

9.4 CHBPWM技术及仿真建模207

9.4.1 CHBPWM技术原理207

9.4.2 CHBPWM技术特点208

9.4.3 CHBPWM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

10.2.1 PWM整流器结构216

10.2.2 电压型PWM整流器工作原理216

10.2.3 VSR的控制方式218

10.3 VSI输入侧滤波器219

10.4 VSI输入侧电流谐波220

10.4.1 VSI直流输入侧电流谐波的来源220

10.4.2 LC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

10.5 VSI输出滤波225

10.6 EMI滤波器228

10.6.1 EMC与EMI简介228

10.6.2 VSI逆变器中的EMI235

10.7 VSI的输出限制238

10.8 VSI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

11.2 TMS320F24x243

11.2.1 TMS320F24x性能特点243

11.2.2 SVPWM算法实现245

11.3 TMS320F2812254

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

12.1 PMSM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

12.2.1 dq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

12.3 PMSM矢量控制变频调速系统建模与仿真分析278

12.3.1 FOC控制变频调速系统仿真建模278

12.3.2 FOC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

13.1.3 PMSM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

13.3 PMSM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

13.4 PMSM直接转矩控制变频调速系统仿真建模与分析311

13.5 DTC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

14.1 PMSM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

14.1.2 PMSM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

14.2 PMSM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423