电动机的单片机控制（第3版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王晓明 编

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出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512403437

版次：3

商品编码：10618122

包装：平装

开本：16开

出版时间：2011-03-01

用纸：胶版纸

页数：291

字数：426000

编辑推荐

　　 本书共10章：第1～5章主要介绍电动机控制所涉及的基本知识和技术，包括用于电动机驱动的电力电子开关器件、用于屯动机反馈的检测传感器、用于电动机控制优化的数字PID算法和数字滤波算法。第6～110章分别介绍了直流电动机、三相交流异步电动机、步进电动机、无刷直流电动机、交流永磁同步伺服电?机这些常用电动机的单片机控制和接口方法。本书适合对电动机的单片机控制感兴趣的初学者使用，可作为高等院校机电工程专业、电气自动化专业和电气工程专业的教材，还可作为相关专业的工程技术人员的自学用书。

内容简介

　　 电动机的数字控制是电动机控制的发展趋势，用单片机对电动机进行控制是实现电动机数字控制常用的手段。王晓明编著的这本《电动机的单片机控制（第3版）》详尽、系统地介绍了常用的直流电动机、交流电动机、步进电动机、无刷直流电动机、交流永磁同步伺服电动机的控制原理和采用单片机进行控制的方法，并给出了单片机控制电路和软件。同时，还介绍了用于电动机驱动的常用功率元器件的特性和驱动电路，用于电动机闭环控制的常用传感器的原理以及与单片机的接口电路，用于电动机优化控？的数字PID与数字滤波的算法和编程。
　　 本书适合对电动机的单片机控制感兴趣的初学者使用，可作为高等院校机电工程专业、电气自动化专业和电气工程专业的教材，还可作为相关专业的工程技术人员的自学用书。

作者简介

王晓明，教授；辽宁省自动化学会嵌入式系统委员会副主任委员；辽宁省第六届优秀科技工作者；辽宁工业大学学科带头人；辽宁省省级精品课《单片机原理及接口技术》课程负责人：德国Clausthal大学能源技术研究所（IEE）访问学者。作者长期从事运动控制、自动化控制的科研和教学工作，共获得省、市级各种奖励四项。
主要著作有“电动机的嵌入式控制丛书”。其中，《电动机的单片机控制》一书获得第六届高校出版社优秀畅销书奖，该书的第2版被评为“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”、“辽宁省普通高等学校精品教材”。

精彩书评

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目录

绪论
第1章 机电传动系统的动力学基础
1.1 机电传动系统的运动方程
1.2 转矩和转动惯量的折算
1.3 负载机械和电动机的机械特性
1.4 机电传动系统稳定运行的条件
习题与思考题

第2章 常用电力电子开关器件
2.1 可关断晶闸管的特性和参数
2.1.1 可关断晶闸管的原理和性能
2.1.2 可关断晶闸管的门极驱动电路

2.2 功率晶体管的性能和应用
2.2.1 功率晶体管的特性和参数
2.2.2 功率晶体管的驱动

2.3 功率场效应管的性能和应用
2.3.1 功率场效应管的特性和参数
2.3.2 功率场效应管的驱动

2.4 绝缘栅双极晶体管的性能和应用
2.4.1 绝缘栅双极晶体管的特性和参数
2.4.2 绝缘栅双极晶体管的驱动

2.5 智能功率模块的性能和应用
2.5.1 智能功率模块的结构
2.5.2 智能功率模块的自保护特性
2.5.3 智能功率模块的应用
习题与思考题

第3章 C8051单片机对电动机控制的支持
3.1 C8051F05/15单片机的特点
3.2 C8051单片机的组成
3.2.1 C8051单片机的结构
3.2.2 中断系统
3.2.3 定时器/计数器
3.3 C8051用于控制电动机时的输入/输出端口设置
3.4 电动机控制中A/D转换在C8051中的实现
3.5 电动机控制中PWM和测频在C8051中的实现
3.6 C8051与5V电动机控制系统的接口方法
习题与思考题

第4章 数字PID控制器与数字滤波
4.1 模拟PID控制原理
4.2 数字PID控制算法
4.2.1 位置式PID控制算法
4.2.2 增量式PID控制算法
4.2.3 数字PID控制算法子程序

4.3 数字PID的改进算法
4.3.1 对积分作用的改进
4.3.2 对微分作用的改进

4.4 数字PID控制器参数的选择方法和采样周期的选择
4.4.1 参数的选择方法
4.4.2 采样周期的选择

4.5 数字滤波技术
4.5.1 算术平均值法
4.5.2 移动平均滤波法
4.5.3 防脉冲干扰平均值法
4.5.4 数字低通滤波法
习题与思考题

第5章 位移、角度、转速检测传感器
5.1 光栅位移检测传感器
5.1.1 光栅传感器的特点和分类
5.1.2 光栅位移传感器的组成
5.1.3 光栅位移传感器的工作原理
5.1.4 光栅细分技术
5.1.5 光栅位移传感器与单片机的接口

5.2 光电编码盘角度检测传感器
5.2.1 绝对式光电编码盘
5.2.2 增量式光电编码盘
5.2.3 光电编码盘与单片机的接口

5.3 直流测速发电机
5.3.1 直流测速发电机的工作原理
5.3.2 影响直流测速发电机输出特性的因素及对策
5.3.3 直流测速发电机与单片机的接口
习题与思考题

第6章 直流电动机调速系统
5.2 光电编码盘角度检测传感器
5.2.1 绝对式光电编码盘
5.2.2 增量式光电编码盘
5.2.3 光电编码盘与单片机的接口

5.3 直流测速发电机
5.3.1 直流测速发电机的工作原理
5.3.2 影响直流测速发电机输出特性的因素及对策
5.3.3 直流测速发电机与单片机的接口
习题与思考题

第6章 直流电动机调速系统
6.1 直流电动机电枢的PWM调压调速原理
6.2 直流电动机的不可逆PWM系统
6.2.1 无制动的不可逆PWM系统
6.2.2 有制动的不可逆PWM系统

6.3 直流电动机双极性驱动可逆PWM系统
6.3.1 双极性驱动可逆PWM系统的控制原理
6.3.2 采用专用直流电动机驱动芯片LMD18200实现双极性控制

6.4 直流电动机单极性驱动可逆PWM系统
6.4.1 受限单极性驱动可逆PWM系统的控制原理
6.4.2 受限倍频单极性驱动可逆PWM系统的控制原理
6.4.3 用单片机实现受限单极性控制

6.5 小功率直流伺服系统
6.5.1 LM629的功能和工作原理
6.5.2 LM629的指令
6.5.3 LM629的应用
习题与思考题

第7章 交流异步电动机变频调速系统
7.1 交流异步电动机变频调速原理
7.1.1 交流异步电动机调速原理
7.1.2 主电路和逆变电路工作原理

7.2 变频与变压
7.2.1 问题的提出
7.2.2 变频与变压的实现——SPWM调制波
7.2.3 载波频率的选择

7.3 变频后的机械特性及其补偿
7.3.1 变频后的机械特性
7.3.2 U／f转矩补偿法

7.4 SPWM波发生器SA4828芯片
7.4.1 SA4828的工作原理
7.4.2 SA4828的编程

7.5 单片机控制交流异步电动机变频调速应用举例
7.5.1 硬件接口电路
7.5.2 编程举例
习题与思考题

第8章 步进电动机的单片机控制
8.1 步进电动机的结构和工作原理
8.1.1 步进电动机的分类与结构
8.1.2 反应式步进电动机的工作原理
8.1.3 二相混合式步进电动机的工作原理

8.2 步进电动机的特性
8.2.1 步进电动机的振荡、失步及解决方法
8.2.2 步进电动机的矩角特性
8.2.3 步进电动机的矩频特性

8.3 步进电动机的驱动
8.3.1 单电压驱动
8.3.2 双电压驱动
8.3.3 斩波驱动
8.3.4 细分驱动
8.3.5 集成电路驱动
8.3.6 双极性驱动

8.4 步进电动机的单片机控制
8.4.1 脉冲分配
8.4.2 速度控制

8.5 步进电动机的运行控制
8.5.1 位置控制
8.5.2 加、减速控制
习题与思考题

第9章 无刷直流电动机的原理及单片机控制
9.1 元刷直流电动机的结构和原理
9.1.1 无刷直流电动机的结构
9.1.2 位置传感器
9.1.3 无刷直流电动机的工作原理

9.2 无刷直流电动机的驱动
9.2.1 三相无刷直流电动机全桥驱动的连接方式
9.2.2 无刷直流电动机的PWM控制方式
9.2.3 正反转

9.3 无刷直流电动机的单片机控制
9.3.1 有位置传感器无刷直流电动机的单片机控制
9.3.2 无位置传感器无刷直流电动机的单片机控制
习题与思考题

第10章 交流永磁同步伺服电动机的磁场定向矢量控制
10.1 矢量控制技术
10.1.1 矢量控制的基本思想
10.1.2 矢量控制的坐标变换

10.2 电压空间矢量SVPWM技术
10.2.1 电压矢量与磁链矢量的关系
10.2.2 基本电压空间矢量
10.2.3 链轨迹的控制
10.2.4 t1、t2、t0的计算和扇区号的确定
10.3 转子磁场定向矢量控制

10.4 用单片机实现交流永磁同步伺服电动机的磁场定向矢量控制
10.4.1 交流伺服控制芯片的功能
10.4.2 应用举例
习题与思考题
参考文献

前言/序言

现代电力电子与驱动技术概览：从理论基础到前沿应用 本书旨在为电气工程、自动化、机电一体化等相关专业的学生和工程师提供一个全面而深入的现代电力电子与电机驱动系统领域的知识框架。内容涵盖电力电子变换器的基本原理、先进电机控制策略、系统集成与应用实例，侧重于理论深度与工程实践的结合，助力读者掌握设计、分析和优化高性能驱动系统的核心能力。 --- 第一部分：电力电子变换器基础与设计 本部分系统梳理了现代电力电子技术的核心——电力电子变换器的工作原理、拓扑结构及关键器件的应用。 第一章：电力电子技术基础与器件 本章首先回顾了电力电子学的基本概念、发展历程及其在能源转换中的核心地位。重点深入探讨了半导体功率器件的特性与选型，包括功率二极管、晶闸管（SCR）、功率MOSFET、IGBT和SiC器件。详细分析了器件的开关特性、热管理挑战以及驱动电路的设计要点，强调了器件参数对系统效率和可靠性的决定性影响。此外，还涵盖了散热设计、隔离技术以及保护电路的基本原则。 第二章：常用直流变换器分析 本章专注于直流-直流（DC-DC）变换器的拓扑结构、工作模式与控制方法。详细讲解了非隔离型变换器，如降压（Buck）、升压（Boost）和降压-升压（Buck-Boost）变换器，分析了其电压传递函数、电流纹波以及输出电压的调节特性。对于隔离型变换器，如正激（Forward）、反激（Flyback）和半桥/全桥串联谐振变换器（LLC），则侧重于隔离变压器的设计、漏感处理以及在高功率密度场景下的应用优势。控制方面，系统介绍了基于占空比（Duty Cycle）和频率调制的PID控制在DC-DC系统中的实现。 第三章：交流脉冲宽度调制（PWM）整流器与逆变器 本部分是电力电子技术中的核心内容。首先，详细介绍了不同拓扑的交流-直流（AC-DC）变换器，即有源功率因数校正（APFC）电路的工作原理。重点分析了单相和三相的二电平/三电平PWM整流器，讨论了如何实现单位功率因数和低谐波注入。 随后，深入探讨了逆变器的原理，特别是电压源逆变器（VSI）和电流源逆变器（CSI）。着重分析了正弦脉宽调制（SPWM）和空间矢量脉宽调制（SVPWM）的生成算法、死区时间补偿及其对输出电压谐波频谱的影响。对于高压大功率应用，本章也引入了中点钳位（NPC）和级联H桥（CHB）等三电平拓扑结构的设计考量。 --- 第二部分：先进电机驱动系统理论 本部分从电机驱动系统的控制理论出发，深入剖析了高性能交流电机，特别是永磁同步电机（PMSM）和异步电机（IM）的矢量控制技术。 第四章：同步与异步电机特性分析 本章建立驱动系统所需的电机基础模型。对于三相异步电机，详细推导了基于$d-q$ 旋转坐标系的等效电路模型，并分析了励磁电流、转差率与转矩的关系。对于永磁同步电机，重点讲解了内置式永磁体（IPM）和表面式永磁体（SPM）的磁路特性，推导了其$d-q$ 轴耦合方程，为后续的解耦控制奠定基础。本章还讨论了磁阻转矩和凸极效应在PMSM中的影响。 第五章：磁场定向控制（FOC）原理 磁场定向控制是现代高性能驱动系统的基石。本章详细阐述了FOC的核心思想——通过坐标变换实现转矩电流与励磁电流的解耦控制。详细介绍了 Clarke 变换和 Park 变换的数学推导及其在实时控制中的应用。重点解析了磁链观测器（如滑模观测器 SMO 或基于模型的观测器）的设计与参数敏感性分析。 第六章：直接转矩控制（DTC）与无传感器技术 DTC 作为一种无需进行复杂的坐标变换的控制策略，在本章进行深入讲解。分析了其基于电压和电流状态向量的开关表查找机制，以及其固有的快速动态响应特性。然而，DTC 的缺点——转矩和磁链脉动较大，促使本章转向讨论无传感器控制技术。详细介绍了基于高频注入法、滑模观测器以及卡尔曼滤波（Kalman Filter）在低速和零速区域精确估计转子位置和速度的方法，并讨论了这些方法在实际工程中的鲁棒性挑战。 --- 第三部分：系统集成与工程实践 本部分关注如何将电力电子硬件与电机控制算法有效集成，并探讨高性能驱动系统在特定工业场景中的应用。 第七章：驱动系统中的反馈与保护 一个可靠的驱动系统依赖于精确的反馈和完善的保护机制。本章深入探讨了电流、电压和位置传感器的工作原理。重点分析了霍尔效应电流传感器和分流器采样技术在不同拓扑中的应用及抗干扰设计。在保护方面，详细讨论了过流、过压、欠压、过温保护的逻辑实现，以及如何设计安全关断（Shutdown）流程，确保系统在故障发生时能快速、安全地切断功率。 第八章：变频器与电机驱动系统的集成设计 本章关注的是将功率器件、驱动电路、控制单元（如DSP/FPGA）和保护电路进行系统级集成。讨论了驱动器的主电路布局、直流环节的电容选型（考虑纹波和寿命）、开关频率的选择对系统性能（效率、噪声、散热）的影响。还探讨了如何通过优化门极驱动器来抑制开关损耗和电磁干扰（EMI/EMC）问题，这是确保工业级驱动器可靠性的关键环节。 第九章：典型应用场景与未来趋势 本章通过多个实例，展示了现代电机驱动技术的工程应用。涵盖了高精度伺服系统（如数控机床）、高可靠性的电动汽车驱动系统（讨论了 SiC/GaN 器件的优势）、以及大功率工业传动系统（如风力发电机的变桨系统或高压变频器）。最后，前瞻性地讨论了面向工业 4.0 的嵌入式控制、磁场观测算法的智能化演进，以及新型高频、高密度功率模块技术对未来驱动系统设计的深远影响。 --- 本书的特色在于，它不仅仅停留在对控制算法的数学推导上，更强调将理论知识转化为实际工程问题的解决方案。每章均配有详细的框图、时序图和必要的数学推导，力求使读者在掌握“是什么”的同时，深刻理解“为什么”以及“如何做”。

评分☆☆☆☆☆

说实话，一开始接触《嵌入式系统设计与实践》这本书的时候，我还有点犹豫，毕竟市面上的嵌入式书籍多如牛毛，很多都停留在对某个特定微控制器（比如STM32或者ARM Cortex-M系列）的简单外设操作介绍，读完后感觉只是学会了“如何点亮一个LED”，对于构建一个健壮的控制系统毫无帮助。但这一本完全不同，它把重点放在了体系结构的构建上。作者花了大量的篇幅来讨论实时操作系统的内核机制，比如任务调度、信号量和消息队列的正确使用范式，这些内容在很多入门书籍中都是一带而过或者只停留在概念层面。更让我印象深刻的是，它深入探讨了中断服务程序的编写规范和资源互斥机制，这对于避免多线程环境下的竞态条件至关重要。我正在尝试将一个复杂的传感器数据融合算法移植到一个资源受限的嵌入式平台上，这本书里关于内存管理和低功耗模式优化的章节，直接指导我优化了代码的内存占用率，并且成功地将待机电流降低了30%以上。这本书培养的是一种系统性的、面向可靠性的思维方式，远超出了单纯的“编程手册”范畴。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，我对《计算机网络：协议、架构与实现》这本书的评价，更多的是基于它在构建宏观网络认知方面的强大能力。在很多教材中，网络协议的学习往往是碎片化的，我们记住了TCP三次握手的步骤，知道了IP地址的划分规则，但缺乏一个将这些知识点有机组织起来的整体框架。这本书的厉害之处在于，它从物理层开始，层层递进，以一种自顶向下的方式，系统地梳理了整个互联网协议栈的运作逻辑。作者对TCP拥塞控制算法（如Tahoe、Reno、Cubic）的演进和细节的阐述，简直是教科书级别的详尽，清晰地解释了为什么需要 AIMD 策略以及如何应对网络中的丢包事件。更值得称道的是，它没有将重点仅仅放在标准协议的描述上，而是引入了大量的“实现”视角，比如在讨论路由协议时，穿插了对OSPF协议报文结构和邻接关系建立过程的剖析，这使得我不再是背诵协议栈的定义，而是真正理解了数据包如何在复杂的网络拓扑中穿梭和决策。这本书极大地提升了我对网络架构的全局理解力。

评分☆☆☆☆☆

作为一名正在攻读控制理论方向的研究生，我手里堆积了不少关于数字信号处理的教材，但大多数要么数学推导过于晦涩，让人望而却步，要么就是应用场景过于局限。然而，《离散时间系统与数字滤波器设计》这本书，真正做到了理论的严谨性与工程实践的完美结合。它对于Z变换和傅里叶分析的阐述，清晰地勾勒出了连续系统到离散系统的映射过程，特别是对采样定理的讲解，不仅给出了严格的数学证明，还配有生动的时域和频域混叠示例图，让我彻底理解了欠采样的危害。最让我受益匪浅的是关于滤波器设计的部分，从巴特沃斯、切比雪夫到椭圆滤波器的设计流程，书里都详细列出了从指标确定、归一化、到双线性变换的每一步操作，并且明确指出了每种滤波器在通带纹波和过渡带陡峭度上的权衡。这套完整的流程，让我可以直接套用到我们实验室的噪声抑制项目中，极大地缩短了原型验证的时间。

评分☆☆☆☆☆

《面向对象编程范例解析》这本书，是我在尝试从C语言转向C++进行大规模项目开发时找到的“及时雨”。我之前对C++的理解大多局限于继承和多态这些基础特性，总感觉写出来的代码冗长且难以维护，尤其是在处理大型类库的接口设计时，经常陷入僵局。这本书的精髓在于它用一系列精心设计的、贴近工业界实际问题的案例，来阐述“编程范式”的转变。它不是枯燥地罗列语法特性，而是通过对比分析，清晰地展示了面向对象设计原则（如SOLID原则）在实际代码中的落地应用。例如，书中对“策略模式”和“工厂模式”的讲解，不仅仅是代码示例，更是深入剖析了它们如何有效地解耦模块依赖，提高代码的可扩展性和可测试性。我特别喜欢它在讲解虚函数和多态时，对虚函数表（vtable）的底层机制的剖析，这种对底层原理的清晰揭示，让我对C++的动态绑定机制有了前所未有的清晰认识，写起代码来也更自信，更注重设计的优雅性了。

评分☆☆☆☆☆

这本《现代电力电子技术应用教程》简直是为我们这些在校学生量身定做的啊！我最近在忙着一个关于永磁同步电机矢量控制的课程设计，正愁着理论知识跟不上实践操作的节奏，手里拿着这本教材，简直是茅塞顿开。它对那些复杂的开关拓扑结构，比如三相桥式逆变器，讲解得极其透彻，图文并茂，连那些抽象的脉冲宽度调制（PWM）算法，书里都用非常直观的波形图和流程图展示了出来，让我一下子就明白了过调制和欠调制的区别和应用场景。特别是关于功率器件选型的那一章，简直是救星，作者没有停留在理论层面，而是结合了实际工程中的散热设计、驱动电路的隔离要求等等，给出了非常实用的建议。我记得有一次调试一个H桥驱动模块，怎么都对不上预期的输出波形，后来翻到书里专门讲器件寄生参数影响的那一节，才意识到可能是某个二极管的反向恢复时间超标了。这本书的深度和广度都把握得非常好，不光讲了“是什么”，更重要的是讲了“为什么是这样”以及“如何做得更好”，对于想从理论走向工程实践的同学来说，价值无可估量。

评分☆☆☆☆☆

8.2

评分☆☆☆☆☆

很好很强大很好很强大

评分☆☆☆☆☆

矢量控制的基本思想

评分☆☆☆☆☆

6.

评分☆☆☆☆☆

位A置控制

评分☆☆☆☆☆

可关断晶闸z管z的门极驱动电路

评分☆☆☆☆☆

光电编码盘M与M单片机的接口

评分☆☆☆☆☆

6.1

评分☆☆☆☆☆

C8051单片机的结构