交流电机数字控制系统（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李永东 编

图书标签:

• 交流电机
• 数字控制
• 电力电子
• 控制系统
• 电机驱动
• PMSM
• IPMSM
• 矢量控制
• DSP
• MATLAB/Simulink

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111389286

版次：2

商品编码：11085324

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 电气自动化新技术丛书

开本：16开

出版时间：2012-09-01

用纸：胶版纸

页数：276

正文语种：中文

内容简介

　　《交流电机数字控制系统（第2版）》全面系统地介绍了现代交流电机控制系统的基本原理、设计方法和数字控制技术，在介绍了交流电机数字控制系统的理论基础和硬件基础之后，分别阐述了交流电机控制系统的不同控制方法及其数字化的实现，重点介绍了已得到广泛应用的矢量控制系统、直接转矩控制系统的控制原理、控制规律和设计方法，并对无速度传感器控制系统和同步电机控制系统也给予了一定的介绍。　　这次修订删除了一些陈旧的内容，增加对32位DSP及主流单片机的介绍，并按最新DSP对电机控制相关功能模块的使用方法作了修订，还用C语言代替汇编语言对数字化矢量控制系统的软件构成重新进行编写，对自控式电励磁同步电机的控制电路部分进行了简化，重新修订了永磁同步电机控制部分的内容等，使本书内容更符合当前技术发展的水平。　　本书适宜于从事电气传动自动化、电机及其控制、电力电子技术的科技人员阅读，也可作为大专院校有关教师、研究生和高年级本科生的教学参考书。

内页插图

目录

《电气自动化新技术丛书》序言
第6届《电气自动化新技术丛书》编辑委员会的话
第2版前言
第1版前言
绪论
0.1 交流电机控制系统的发展和现状
0.2 交流电机控制系统的类型
0.3 交流电机数字控制系统的特点
0.4 数字控制系统的一般问题
第1章 数字控制系统的理论基础
1.1 概述
1.2 连续域等效设计法
1.2.1 数字控制系统的性能要求
1.2.2 连续域离散化的方法
1.2.3 数字PID调节器
1.2.4 数字PID调节器的改进
1.3 数字控制系统的z变换分析
1.3.1 z变换及其性质
1.3.2 数字控制系统的脉冲传递函数
1.4 数字控制系统的离散化设计
1.4.1 最少拍控制系统的设计
1.4.2 最少拍无纹波控制系统的设计
1.4.3 数字调节器的实现
1.5 数字控制系统的状态空间分析和设计
1.5.1 数字控制系统的状态空间方程
1.5.2 数字控制系统的一般性质
1.5.3 状态空间设计法
1.5.4 状态观测器
1.6 数字控制系统软件设计的实际考虑
1.6.1 数字控制系统软件设计
1.6.2 量化误差和比例因子
1.6.3 数据处理和数字滤波
参考文献
第2章 交流电机数字控制系统硬件基础
2.1 概述
2.2 微机控制系统硬件设计的一般问题
2.2.1 交流电机数字控制系统的设计方法和步骤
2.2.2 交流电机的数字控制系统总体方案的确定
2.2.3 微处理器芯片的选择
2.3 微处理器和控制芯片简介
2.3.1 单片机
2.3.2 数字信号处理器(DSP)
2.3.3 精简指令集计算机(RISC)
2.3.4 并行处理器和并行DSP
2.3.5 专用集成电路(ASIC)
2.4 交流电机数字化控制系统构成
2.4.1 总线系统
2.4.2 接口和外围设备
2.4.3 实时控制
2.4.4 信号检测
2.5 系统开发和集成
2.5.1 对开发系统的要求
2.5.2 通用数字化开发平台
2.5.3 硬件系统设计中的抗干扰问题
参考文献
第3章 电压型PWM变频调速异步电机数字控制系统
3.1 概述
3.2 变频调速的基本原理
3.2.1 变压变频(VVVF)控制原理
3.2.2 异步电机变压变频时的机械特性
3.3 电压型PWM变频器
3.3.1 电压型PWM变频器的主电路
3.3.2 PWM技术分类
3.3.3 PWM性能指标
3.4 正弦PWM技术
3.4.1 电压SPWM技术
3.4.2 电流SPWM技术
3.4.3 磁通SPWM技术
3.5 其他PWM技术
3.5.1 优化PWM技术
3.5.2 随机PWM技术
3.5.3 小结
3.6 PWM变频调速异步电机开环控制
3.6.1 开环变频调速系统
3.6.2 开环通用变频器的软件设计
3.7 异步电机转速闭环控制系统
3.7.1 转差频率控制系统构成
3.7.2 转差频率控制系统的起动过程分析
3.7.3 转差频率控制系统的特点
参考文献
第4章 全数字化异步电机矢量控制系统
4.1 概述
4.2 异步电机矢量控制原理
4.2.1 异步电机数学模型
4.2.2 转子磁场定向矢量控制原理
4.2.3 转差频率矢量控制原理
4.2.4 气隙磁场定向矢量控制原理
4.2.5 定子磁场定向矢量控制原理
4.2.6 定子电压定向矢量控制系统
4.2.7 异步电机矢量控制系统的基本环节
4.3 全数字化矢量控制系统设计
4.3.1 转子磁场定向矢量控制系统调节器设计
4.3.2 全数字化矢量控制系统的硬件和软件构成
4.4 磁链观测和电流控制
4.4.1 矢量控制的磁链观测
4.4.2 矢量控制中的电流调节器
4.5 无速度传感器异步电机矢量控制系统
4.5.1 动态转速估计器法
4.5.2 基于PI调节器的自适应法
4.5.3 自适应转速观测器法
4.5.4 转子齿谐波法
4.5.5 高频注入法
4.5.6 神经元网络法
参考文献
第5章 全数字化异步电机直接转矩控制系统
5.1 概述
5.2 直接转矩控制基本原理
5.2.1 电机数学模型
5.2.2 空间矢量PWM逆变器
5.2.3 磁链和转矩闭环控制原理
5.3 磁链和转矩控制性能分析
5.3.1 磁链控制性能分析
5.3.2 转矩控制性能分析
5.3.3 磁链和转矩的估算和观测
5.4 全数字化控制系统的实现
5.4.1 电压矢量的选择
5.4.2 控制系统硬件的实现
5.4.3 低速控制性能分析
5.4.4 改进算法
5.5 无速度传感器直接转矩控制
5.5.1 直接计算法
5.5.2 模型参考自适应法(MRAS)
参考文献
第6章 全数字化同步电机控制系统
6.1 概述
6.2 自控式同步电机控制系统原理
6.2.1 自控式同步电机的基本结构及工作原理
6.2.2 自控式同步电机基本关系分析
6.3 典型自控式同步电机数字控制系统设计
6.3.1 系统结构设计
6.3.2 控制功能的数字化实现
6.4 永磁同步电机数字控制系统
6.4.1 永磁同步电机及其数学模型
6.4.2 PMSM数字控制系统
6.4.3 全数字化PMSM伺服系统总体设计
6.4.4 全数字化PMSM伺服系统的性能
6.4.5 无速度传感器PMSM系统
6.4.6 转子初始位置的检测策略
参考文献
附录
附录A 交流异步电机多变量数学模型及广义派克方程
附录B 自动控制系统的工程设计法
参考文献

前言/序言

现代电力电子技术在工业自动化中的前沿应用 本书聚焦于现代电力电子技术在工业自动化领域，特别是高性能电机驱动系统中的前沿理论、关键技术及工程实践。 旨在为电气工程、自动化、电力电子及相关专业的研究人员、工程师和高级学生提供一个全面而深入的技术参考，涵盖从基础理论到尖端控制策略的完整知识体系。 本书紧密围绕高性能交流电机驱动系统的最新发展趋势，但其核心内容和侧重点与“交流电机数字控制系统”的传统教材有着显著的区别。本书的叙述逻辑更加侧重于硬件基础、新型功率器件的应用、先进的开关策略以及面向工业物联网（IIoT）的集成化控制方案。 第一部分：电力电子变换器基础与新型器件驱动 本部分详细阐述了现代高性能电机驱动系统的“心脏”——电力电子变换器的工作原理与最新进展，重点关注对控制系统性能产生决定性影响的硬件基础。 1. 宽禁带（WBG）功率器件的物理特性与应用集成： SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）器件的器件物理与热力学分析： 深入探讨了与传统硅基IGBT相比，WBG器件在耐压、开关速度、导通损耗和耐温性方面的本质区别。 高频开关对系统设计的影响： 详细分析了采用SiC/GaN器件实现兆赫兹级别开关频率时，对磁性元件（电感、变压器）的重新设计、PCB布局的寄生参数管理以及电磁兼容性（EMC）带来的挑战与应对策略。 先进驱动电路设计： 阐述了高侧/低侧驱动电路的隔离技术、死区时间精确控制在超高频下的重要性，以及如何设计能有效抑制dV/dt和dI/dt尖峰的栅极驱动电路。 2. 多电平与模块化变换器拓扑结构： 中点钳位（NPC）与飞跨换流子（FSC）的深度剖析： 重点研究了三电平/五电平等NPC拓扑在削减谐波、降低电压应力方面的优势，并详细推导了不同拓扑下的电压平衡算法。 模块化多电平换流器（MMC）的结构与控制： 详述了MMC在超大功率场合（如高压直流输电、大型风力发电和船舶推进）中的应用优势，重点分析了其子模块的冗余设计、电容电压的平均化控制以及能量平衡策略。 第二部分：面向性能优化的脉宽调制（PWM）与开关策略 本书将PWM的视角从传统的正弦/空间矢量调制，转向了更注重动态响应、谐波抑制和设备保护的前沿策略。 1. 高级调制技术与谐波抑制： 非线性PWM与载波优化： 探讨了基于谐波评估的调制技术，例如最小共模电压调制（Min-CVM）和最大线性调制度优化。 基于模型预测控制（MPC）的开关策略： 详细阐述了如何将系统模型直接嵌入到控制器中，通过对有限个未来开关状态的评估，快速选择最优开关向量，从而实现对电流、转矩甚至电压波形的精确控制，尤其适用于动态响应要求极高的场合。 2. 针对特定需求的定制化开关技术： 电流谐波主动抑制技术： 介绍如何通过实时监测电流谐波分量，反馈修正PWM占空比，以达到低于传统PWM水平的电流总谐波畸变（THD）。 无源/有源阻尼控制： 针对高频开关导致的系统振荡问题，研究了如何在开关频率附近，通过引入阻尼算法或优化滤波器设计来提高系统的稳定裕度。 第三部分：现代高性能交流电机驱动的控制算法与辨识 本部分侧重于先进控制理论在交流电机系统中的具体实现，强调参数辨识的在线化和鲁棒性。 1. 高动态性能矢量控制（FOC）的深化： 基于高频注入法的参数辨识： 深入研究了在电机静止或低速状态下，如何通过注入高频电压/电流信号，精确辨识定子和转子电阻、电感等关键参数，以克服传统辨识方法的局限性。 磁场定向控制的鲁棒性增强： 讨论了在电机参数随温度变化或负载波动时，如何设计自适应观测器（如卡尔曼滤波）来估计转速、转矩和未知负载扰动，确保FOC在高扰动环境下的性能。 2. 直接转矩控制（DTC）的演进与优化： 模型参考自适应DTC（MRAS-DTC）： 研究如何利用参考模型来估计电机转子位置和速度，从而实现无位置传感器的高性能控制，并分析其在宽速度范围内的性能限制。 基于非线性滑模的DTC： 引入滑模控制理论来提高DTC对参数不确定性和外部扰动的鲁棒性。 第四部分：面向工业应用与智能化的集成化解决方案 本部分将目光投向了现代工业控制对集成度、可靠性和网络化能力的要求，是本书区别于传统纯控制理论教材的关键部分。 1. 嵌入式系统与实时操作系统（RTOS）的实现： 高性能数字信号处理器（DSP）与现场可编程门阵列（FPGA）的协同设计： 详述了如何利用DSP的浮点运算能力处理复杂的控制算法，同时利用FPGA实现高实时性、低延迟的PWM生成、死区管理和故障诊断逻辑。 实时操作系统在电机控制中的调度策略： 分析了FreeRTOS或VxWorks等RTOS在多任务并发控制（如主控制环、通信任务、辅助监测任务）中的任务优先级分配与同步机制。 2. 工业通信协议与数字化集成： 工业以太网（EtherCAT/Profinet IRT）在伺服系统中的应用： 探讨了如何将驱动系统的状态数据、诊断信息以及控制指令集成到上位工厂网络中，实现亚毫秒级的同步控制。 驱动器状态的预测性维护（PdM）数据采集： 重点研究了如何利用变换器运行中的电流谐波频谱、开关损耗变化等数据，结合机器学习模型，对功率器件和电容的健康状态进行早期预警和寿命预测。 本书内容深度聚焦于电力电子硬件的最新进展如何驱动控制算法的变革，以及这些变革如何在面向工业4.0和智能制造的硬件-软件集成平台中落地实现。它提供的是一套面向未来、高度集成化、高性能的电机驱动系统解决方案框架，而非传统的控制原理教学大纲。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，初次翻阅这本书时，我对其中对经典电机理论的回归感到非常惊喜。在当前很多强调模型预测控制或人工智能算法的新书中，这本书却耐心地回顾了伏安特性曲线、标幺制转换这些看似基础却至关重要的概念。这种对基础的坚守，使得我对交流电机运行的物理本质有了更清晰的认识，而不是仅仅把电机看作一个需要复杂算法去拟合的“黑箱”。尤其是在对定子和转子坐标系变换的几何意义解释上，作者使用了大量的图示和类比，这对于我这种对数学直觉要求较高的学习者来说，简直是如沐春风。我能感受到作者深厚的教学功底，他似乎非常明白初学者在哪些概念上会“卡壳”。虽然书中的一些章节在介绍现代控制方法时略显保守，但正是这种稳健的打底工作，让我有信心去理解那些更先进的算法背后的物理意义，而不是盲目地套用公式。对我来说，这本书提供的“根基感”是其他任何快速入门书籍都无法比拟的。

评分☆☆☆☆☆

对于一个长期在工业现场与变频器和伺服驱动器打交道的工程师而言，我更关注的是鲁棒性和实时性的权衡。这本书在这方面着墨不多，略显遗憾。它花了大量的篇幅去解释理想状态下的控制策略，例如如何完美地实现无差拍电流控制，或者如何计算出最优的电压矢量。然而，在实际应用中，采样延迟、ADC精度波动、PWM死区时间补偿，这些都会极大地影响实际控制效果。书中对这些非理想因素的讨论几乎是点到为止，没有深入展开。例如，当电机参数发生显著变化（如温度漂移导致电阻变化）时，如何通过在线辨识或自适应控制来维持性能，这部分内容如果能结合实际的MCU资源限制来讨论，将会非常有价值。我感觉这本书更偏向于学术研究或毕业设计阶段的理论证明，而对于工厂调试人员来说，它提供的实操指导性不够强，缺少那种“当你看不到转速反馈时，你应该首先检查哪几个寄存器”的经验总结。

评分☆☆☆☆☆

这本书的篇幅实在是太过庞杂了，我花了将近一个月的时间才勉强读完一遍，但即便是这样，很多深层次的原理和复杂的数学推导仍然像雾里看花，让我感到力不从心。作者在试图涵盖所有交流电机控制领域知识的广度上做得非常努力，这一点毋庸置疑，从基础的磁场理论到最新的磁场定向控制（FOC）和直接转矩控制（DTC），几乎都有所涉及。然而，这种“大而全”的策略，在我看来，反而稀释了重点。比如，在讲解如何搭建一个实际的数字控制平台时，书中提供的代码示例和硬件接口描述显得有些脱节，更像是理论模型的复述，而非工程实践的指南。对于我这样一个主要目标是快速上手应用和调试的人来说，这样的内容深度让我感到有些沮丧。我更期待的是能够有更多的“陷阱排除指南”或者“常见问题解决方案”，而不是仅仅停留在“应该怎么做”的层面，希望能有更多关于“为什么会出问题”的深入剖析和案例研究。总而言之，这本书更像是一本详尽的百科全书，适合作为参考资料库查阅，但要说是一本能带你快速成长的实战手册，恐怕还有距离。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图表质量简直是一场灾难，这极大地影响了我的阅读体验，甚至几次我差点就要把它扔到一边。许多关键的波形图和电路原理图都模糊不清，线条交叠在一起，让人根本无法分辨出哪个是电流，哪个是电压，更别提去辨认那些微小的参数标注了。更不用提公式的排版了，有些复杂的矩阵运算挤在一起，符号的上下标都没有区分开，看得我眼花缭乱，不得不频繁地去翻阅附录或对照其他资料来核对这些核心公式的正确形式。如果说内容是骨架，那么排版就是皮肉，这本书的皮肉明显是长期缺乏打磨和更新的。对于一本涉及精确计算和精确物理现象描述的技术书籍而言，这种低劣的视觉传达效率无疑是一种严重的缺陷。我希望未来的版本能投入更多资源进行校对和制图升级，否则再好的理论知识，也会因为阅读障碍而被埋没。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我感到受挫的是其语言的专业壁垒感，仿佛作者默认读者已经具备了扎实的电机学和自动控制理论基础。它在引入新概念时，常常省略了中间的逻辑跳跃，直接抛出结论性的数学模型。例如，在介绍空间矢量调制（SVM）时，它直接给出了扇区划分和电压矢量合成的公式，但对于为什么选择这些特定的电压合成点来实现对参考电压的逼近，其物理推导过程一带而过。这使得我不得不停下来，去查阅更基础的教科书来填补这些“知识断层”。这本《交流电机数字控制系统（第2版）》与其说是一本自学教材，不如说是一本高级参考手册。对于那些希望通过它来入门数字控制领域的读者来说，这种“高冷”的叙事方式无疑增加了学习曲线的陡峭程度。如果作者能增加一些更具启发性的引言，或者在关键转折点提供更直观的类比，相信它的普及度会大大提高。

评分☆☆☆☆☆

交流电机数字控制系统还不错

评分☆☆☆☆☆

非常不错的书籍，推荐大家购买

评分☆☆☆☆☆

系统的开发包括了以下10个阶段：可行性分析阶段、系统规划阶段、系统分析阶段、系统设计阶段、系统开发实施阶段、系统测试阶段、系统安装调试阶段、系统试运行阶段、系统运行维护阶段、系统更新阶段。

评分☆☆☆☆☆

还可以...................

评分☆☆☆☆☆

系统具有整体性、层次性、相关性、目的性和环境适应性等几个特性。从系统的特性角度来人是系统的话，则在开发过程中必须首先明确目标，划分出系统的边界，然后由上到下、由粗到细、由表及里地分析系统的每一个组成部分所应完成的功能，弄清各个组成部分的信息交换关系，最后再进行系统的详细设计。另外还要预料未来可能发生的情况，为将来系统的发展流出接口。

评分☆☆☆☆☆

系统设计的人物就是要依据这些文档资料，采用正确的方法来确定类的物理结构，以及类之间用什么方式连结在一起已构成一个最好的系统及内结构，使用一定的工具将所设计的成果表达出来。另外考虑到实现系统功能的需要，还要进行数据库的详细设计、编码设计、输入/输出界面（人-机界面）设计等。对于系统分析阶段所规定的各项逻辑功能，在系统设计过程中可能存在着若干种不同的设计方案，在系统设计阶段还必须提供一组评价标准和一组设计策略来对这些方案的质量进行评判。

评分☆☆☆☆☆

到货很及时，非常不错，good

评分☆☆☆☆☆

这本书讲的很好，值得拥有。

评分☆☆☆☆☆

内容详实，不是乱抄的