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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SPWM 54

3.4.2基于载波的3次谐波注入PWM 57

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PWM 61

3.4.5空间矢量PWM 61

3.4.6不连续空间矢量PWM 67

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PWM 81

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PWM 87

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DTC 163

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DTC 182

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DTC 199

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DTC 214

5.7正弦永磁同步电动机（SPMSM）的DTC 215

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FOC 319

7.6模型预测控制（MPC） 322

7.6.1用于五相两电平VSI的MPC 322

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