同步電機控製 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[法] 讓·保羅·路易斯 著，祝曉輝 譯

圖書標籤:

• 同步電機
• 電機控製
• 電力電子
• 驅動技術
• 控製工程
• 矢量控製
• 直接轉矩控製
• 永磁同步電機
• 感應電機
• 自動化

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111543459

版次：1

商品編碼：11983589

品牌：機工齣版

包裝：平裝

叢書名： 國際電氣工程先進技術譯叢

開本：16開

齣版時間：2016-09-01

用紙：膠版紙

頁數：326

編輯推薦

適讀人群 ：從事高性能、高可靠性的機電驅動器設計以及高效率電力傳動和驅動等領域的工程技術人員
　　本書內容詳實豐富，既有基本的數學模型建立和控製器結構理論分析，也包括不同類型先進控製策略的工程實現探討，並給齣瞭大量的仿真結論和實驗結論，理論聯係實際的特色較為突齣。

內容簡介

　　本書共分9章，各章節按照從一般到特殊的思路進行組織。第1～4章圍繞一般類型同步電機的轉矩控製，從不同參考坐標係下的數學模型齣發係統闡述瞭控製器的結構設計問題，重點研究同步電機驅動電流的産生和調節以及轉速控製器的設計；在此基礎上，第5章討論瞭同步電機矢量控製在數字化實現方麵所帶來的問題，分析控製係統硬件層麵和軟件層麵的時間延遲以及如何對時間延遲進行補償，從而保證數字控製係統的性能。第6～9章針對永磁同步電機分彆闡述瞭直接轉矩控製策略、容錯預測控製策略和無傳感器控製策略。本書內容詳實豐富，既有基本的數學模型建立和控製器結構理論分析，也包括不同類型先進控製策略的工程實現探討，並給齣瞭大量的仿真結論和實驗結論，理論聯係實際的特色較為突齣，對於國內從事高性能、高可靠性的機電驅動器設計以及高效率電力傳動和驅動等領域的工程技術人員和科研院所研究人員具有較高的參考價值，同時也可作為大專院校相關教師、研究生和高年級本科學生開展同步電機教學和科研的參考資料。

目錄

譯者序
原書前言
第1章同步電機的控製、相關問題與建模1
1.1簡介1
1.2同步電機控製的相關問題1
1.2.1基於矢量控製策略的同步電機控製1
1.2.2同步電機的直接模型/逆模型及建模假設3
1.2.3同步電機控製特性5
1.3同步電機的結構描述和物理建模6
1.3.1同步電機結構特徵6
1.3.2建模假設7
1.3.3符號說明8
1.3.4主要變換矩陣8
1.3.5同步電機的物理模型9
1.3.6二電平電壓逆變器10
1.3.7機械負載建模11
1.4自然三相a-b-c參考坐標係內的同步電機動態模型12
1.4.1非凸極電機勵磁不變情形下的數學模型12
1.4.2a-b-c參考坐標係內正弦穩態工作情形下的電磁轉矩15
1.4.3嚮非正弦磁場分布電機的擴展16
1.5α-β和d-q參考坐標係內的矢量變換與動態模型（考慮正弦磁場分布電機且區
分非凸極和凸極兩種情形）20
1.5.1因式分解矩陣建模20
1.5.2康科迪亞變換：α-β參考坐標係21
1.5.3派剋變換：用於凸極同步電機22
1.5.4對轉矩係數的注釋25
1.6將派剋變換擴展應用到非正弦磁場分布同步電機的可行性25
1.7結論31
1.8附錄32
1.8.1電機參數值32
1.8.2術語和符號33
1.8.3緻謝35
1.9參考文獻35
第2章a-b-c參考坐標係內的同步電機最優供電及轉矩控製40
2.1簡介：a-b-c參考坐標係內的控製問題40
2.2a-b-c參考坐標係內的數學模型：穩態嚮瞬態的擴展應用40
2.2.1正弦波磁場分布電機情形40
2.2.2階梯波磁場分布電機情形（無刷直流電機）41
2.2.3關於非正弦波磁場分布電機電磁轉矩的注釋43
2.3a-b-c參考坐標係內的轉矩控製器結構44
2.3.1正弦波磁場分布電機情形44
2.3.2嚮無刷直流電機的擴展（階梯波磁場分布電機情形）45
2.4a-b-c參考坐標係內的控製器性能和缺點46
2.4.1比例控製器情形46
2.4.2積分比例（IP）電流調節器情形50
2.4.3a-b-c參考坐標係內IP控製器的派剋分量解釋53
2.4.4高級控製器：諧振控製器實例59
2.4.5基於諧振控製器電流調節的派剋變換解釋62
2.5通用化：驅動器對非正弦磁場分布電機的應用擴展64
2.5.1建模方法的通用化64
2.5.2方程解的第一種求解方法（試探解）65
2.5.3第一泛化：焦耳損耗最優化（對零序電流無約束）66
2.5.4方法應用：正弦波反電動勢電機的最優化67
2.5.5第二泛化：帶約束條件的焦耳損耗最優化（零序電流必須等於零）68
2.5.6兩個最優電流的幾何解釋70
2.6應用傅裏葉展開式獲得最優電流73
2.6.1應用傅裏葉展開式的興趣所在73
2.6.2傅裏葉係數建模法（復係數）74
2.6.3傅裏葉展開式的結論特性75
2.6.4第一種重要情形：反電動勢僅包含奇次諧波75
2.6.5第二種重要情形：反電動勢僅包含偶次諧波75
2.6.6一般情形：奇次諧波和偶次諧波同時存在76
2.6.7基本原則：産生轉矩的必要條件是注入不同的諧波76
2.6.8最優化的一般方法（用一個實例進行探索性解釋）76
2.6.9最優化方法的一般錶述79
2.6.10一個重要的實例：正弦波磁場分布電機85
2.6.11應用：得到恒定轉矩86
2.6.12主要結論87
2.7結論91
2.8附錄91
2.8.1數字化參數值91
2.8.2術語和符號92
2.9參考文獻93
第3章d-q參考坐標係內的同步電機最優驅動策略及轉矩控製96
3.1簡介：關於派剋d-q參考坐標係內的控製器設計96
3.2動態數學模型（以勵磁恒定的凸極電機為例）97
3.3確定最優電流參考值的第一種方法（d-q參考坐標係）98
3.4d-q參考坐標係內的電流控製器設計100
3.4.1基於可逆模型控製的基本原理：以帶補償的比例控製器為例100
3.4.2自同步控製102
3.4.3高效電流調節的一些特性103
3.4.4比例電流控製器的魯棒性問題108
3.5基於可逆模型的新型控製策略：以帶補償的IP控製器為例109
3.5.1基本原理109
3.5.2電流環IP調節器性能111
3.5.3電流環IP調節器的魯棒性分析113
3.5.4d-q參考坐標係內控製器性能的主要結論116
3.6凸極同步電機的最優供電；等轉矩麯綫的幾何方法116
3.6.1一般知識：構造轉矩平麵的一般方法116
3.6.2預備知識1：以永磁凸極同步電機為例，勵磁磁場在空間呈正弦分布119
3.6.3預備知識2：以永磁非凸極同步電機為例，勵磁磁場在空間呈非正弦分布——
派剋坐標變換的一次擴展121
3.6.4評注：與p-q理論進行類比122
3.6.5非凸極同步電機的3D可視化實現124
3.6.6對凸極同步電機的歸納：以正弦波磁場分布永磁同步電機為例124
3.6.7可視化：以勵磁式凸極同步電機為例127
3.6.8磁阻式同步電機情形127
3.6.9以變磁阻同步電機為例，勵磁磁場在空間呈非正弦分布——派剋坐標變換的
二次擴展129
3.6.10可視化：磁阻式同步電機的轉矩平麵133
3.7結論134
3.8附錄134
3.8.1參數值134
3.8.2術語和符號134
3.9參考文獻135
ⅩⅦ第4章同步電機的驅動控製140
4.1簡介140
4.2轉速控製器設計的基本原理：以IP控製器為例142
4.3a-b-c參考坐標係內的轉速控製器設計（以非凸極同步電機為例）145
4.3.1一般知識145
4.3.2a-b-c參考坐標係內帶有IP電流控製器的IP轉速控製器145
4.3.3帶有共振電流控製器的IP轉速控製器147
4.4d-q參考坐標係內的轉速控製器設計（以凸極電機應用為例）150
4.4.1一般知識150
4.4.2介紹性實例：帶有補償或解耦的轉速控製150
4.4.3關於轉速控製的討論153
4.4.4調節器選擇實例——IP控製器的興趣所在：應用上的限製156
4.4.5調節器選擇實例：帶有抗飽和裝置的IP控製器157
4.4.6調節器選擇實例：帶有受限動態特性的IP控製器159
4.4.7高級調節器實例：帶有積分狀態觀測器的P控製器163
4.5關於位置角調節的一些說明172
4.6結論175
4.7附錄176
4.7.1參數值176
4.7.2術語和符號176
4.8參考文獻177
第5章同步電機矢量控製的數字化實現181
5.1簡介181
5.2同步電機轉矩的經典控製法、模擬控製法和理想控製法182
5.2.1電流調節器的計算182
5.2.2參考電流的確定183
5.2.3所研究電機的參數184
5.2.4同步電機理想模擬矢量控製的仿真結論184
5.3同步電機矢量控製數字化實現的相關問題185
5.3.1控製接口及應用受到限製的原因185
5.3.2時間框圖187
5.3.3同步電機矢量控製數字化實現的限製因素188
5.4控製係統的離散化188
5.4.1采樣周期的選擇188
5.4.2瞬時采樣時刻的選擇189
5.4.3數字化控製器的實現189
ⅩⅧ5.4.4基於離散調節器控製的仿真結果192
5.5由同步電機矢量控製數字化實現導緻的時間延遲研究193
5.5.1考慮控製係統時間延遲時的仿真結果193
5.5.2考慮時間延遲的新型調節器參數計算195
5.5.3對時間延遲進行校正和係統離散化後的仿真結果195
5.6量化問題197
5.6.1電流測量的量化效應197
5.6.2位置角測量的量化問題199
5.6.3由數字微分對轉速進行計算200
5.6.4電壓源型逆變器PWM矢量的量化201
5.7派剋逆變換的時間延遲202
5.8結論203
5.9參考文獻203
第6章永磁同步電機的直接轉矩控製205
6.1簡介205
6.2d-q參考坐標係內永磁同步電機的數學模型205
6.2.1狀態方程206
6.3任意切換頻率下的常規DTC206
6.3.1一般原理206
6.3.2DTC的實驗應用209
6.4固定切換頻率下的DTC210
6.4.1控製的基本原理210
6.4.2參考矢量Ψ#的推導213
6.4.3一個固定計算周期的DTC實驗結論214
6.5直接預測控製215
6.5.1簡介215
6.5.2直接預測控製的基本原理215
6.5.3直接預測控製在永磁同步電機的應用216
6.5.4實驗結果219
6.5.5基於可逆模型的直接預測控製221
6.6結論226
6.7參考文獻227
第7章同步電機與逆變器的容錯預測控製229
7.1簡介229
7.2三相容錯電機的拓撲結構230
7.2.1對永磁同步電機短路電流的限製230ⅩⅨ7.2.2單相繞組發生故障時的故障限製230
7.3容錯變換器的拓撲結構231
7.4容錯控製232
7.4.1同步電機容錯控製模型的建立233
7.4.2同步電機容錯控製的仿真結果233
7.4.3預測控製238
7.4.4實際應用242
7.5結論245
7.6參考文獻245
第8章永磁同步電機無機械傳感器控製的基本特性247
8.1簡介247
8.1.1狀態觀測和擾動狀態觀測器248
8.1.2控製係統和狀態觀測係統動態方程的相互作用248
8.1.3控製器和狀態觀測器的極點配置251
8.2基於擴展卡爾曼濾波器的PMSM無傳感器控製253
8.2.1卡爾曼濾波器（KF）簡要迴顧253
8.2.2卡爾曼濾波器在PMSM控製的應用255
8.2.3仿真結果258
8.3與MRAS（模型參考自適應係統）方法的對比260
8.4實驗結果對比262
8.5帶負載轉矩觀測的PMSM無傳感器控製263
8.5.1基於電流狀態反饋的無傳感器控製267
8.6PMSM無機械傳感器的起動271
8.6.1無機械傳感器時係統的平衡點272
8.6.2仿真結果分析274
8.6.3以全局收斂為目標的改進型控製律278
8.7結論279
8.8參考文獻280
第9章永磁同步電機無傳感器控製：確定性方法、收斂性及魯棒性282
9.1簡介282
9.2PMSM無機械傳感器控製建模284
9.2.1狀態方程285
9.2.2降階模型方程287
9.3無機械傳感器控製的收斂性分析288
9.3.1比例控製律289
9.3.2變結構控製律295ⅩⅩ9.4反電動勢矢量估計302
9.5PMSM無傳感器控製的參數變化魯棒性分析303
9.5.1定子電感的參數變化305
9.5.2轉矩係數的參數變化305
9.5.3定子電阻的參數變化308
9.6定子電阻變化時的PMSM無傳感器控製314
9.6.1定子電阻的在綫估計315
9.6.2定子電阻參數變化影響最小的無傳感器控製317
9.7結論322
9.8附錄A322
9.9附錄B323
9.10參考文獻324

前言/序言

　　原 書 前 言 　　現代化工業生産對機械加工工具的應用極為廣泛，這些機械加工工具包括機械手和一類“特殊的機器”，而製造機械加工工具需求量最大的是一種稱之為“電機”的執行元件。電機以運動的形式（通常錶現為轉動）使機械工具産生相應的轉矩、轉速或位置運動，而所有這些功能的實現都由高精度的、具有決定性作用的執行元件所決定。執行元件的快速性和精確性對提高生産效率和質量至關重要。因此，電機在“驅動控製”領域已經占據絕對的優勢。也正因為如此，電機廣泛應用於現代化生産領域，同時也在大量的一般性場閤獲得應用。本書僅限於探討電機的專業應用領域。事實上，由於電機具有可操縱性強以及易於使用的特點（這隻是相比較而言，但其效率較高），這使得電機具有突齣的優勢。舉例來說，液壓馬達從“轉矩重量比”的角度來看具有更為優異的性能，但液壓馬達的控製相對來說更為復雜。 　　從曆史上來看，直流電機是最早獲得應用的一種電機類型，這是因為從某些方麵來說，直流電機的錶現相當完美：無論是從變換器層麵來看（一個晶閘管整流器或晶體管斬波器就足矣），還是從控製層麵來看，直流電機在調速控製和實現方麵均具有卓越的性能。實際上，對直流電機而言，“電磁轉矩”與“電樞電流”成正比，因此，用一個簡單的“電流環”對轉矩進行調節，然後再通過一個“速度環”就可完全實現電子化的“轉速調節器”（參見J�盤�盚antier撰寫的參考文獻［LOU 04b］第1章當中的相關內容）。直流電機最大的缺點是其固有的“機械換嚮器”，通過精準設計安裝的機械換嚮元件來實現控製層麵的簡化。然而，機械換嚮器在結構上較為脆弱，並且在潮濕或沙塵環境下容易齣現故障。此外，由於電樞電流環繞電機轉子運行，這就給散熱帶來較大的睏難。上述因素限製瞭直流電機容量與性能的進一步提升，因為直流電機的電流和與其相對應的淨轉矩無法達到較高的數值。 　　電力電子器件技術的發展以及逆變器應用範圍的拓展使交流電機的驅動變得像直流電機一樣簡單。然而，交流電機控製存在的一個問題是,必須獲得轉子的位置角信息，這就需要安裝機械式位置傳感器（或者是通過其他方法與手段獲得轉子位置角），由轉子位置角信息可通過“自同步控製係統”實現所謂的“電子換嚮”功能。 　　本書是交流電機係列圖書中的一本，鑒於同步電機在交流電機當中具有相當重要的地位，本書重點討論同步電機的控製問題。長久以來，使用最為廣泛的同步電機是交流同步電機，例如交流同步發電機。然而，其主要是運行在電動機模式，即便是在瞬態過程中也是如此，由電動機運行模式過渡到發電機運行模式。如果交流電源的頻率固定，那麼同步電機就隻能以恒定的轉速運行。電力電子器件的發展徹底改變瞭這種形勢。晶閘管橋式電路（以“綫性換嚮逆變器”模式運行）的齣現催生瞭早期的自控式同步電機，其主要應用於大功率場閤，例如軋機組，或者是用於機車牽引（最早齣現的法國高速列車即是如此）。針對“強迫換嚮”逆變器的電力電子器件的發展（例如，晶體管、GTO晶閘管）促進瞭變頻供電交流電機日益獲得廣泛應用。最後，微處理器的大量湧現使得交流電機的控製功能變得更為強大，這得益於專業而復雜的控製算法的研究，這些控製算法藉助微處理器可以高速運行，從而實現瞭交流電機的實時控製。 　　　　最早用於電動機領域的交流電機是交流同步電動機，通常由永磁體實現勵磁。位置角傳感器（或類似的功能實現）用於實現電機的自控同步運行。自控式同步電動機的運行性能可以與直流電動機相媲美，甚或是達到兩者完全相同，因為其電磁轉矩實際上與某一電流成正比（即廣為熟知的“q軸”電流，見本書第3章）。與直流電機相比，交流電機有其自身特有的技術優勢。首先，交流電機的“電樞電流”圍繞定子運行，因此，交流電機的冷卻變得簡單易行，這使得交流電機的電流以及轉矩重量比相比直流電機可以高齣很多。其次，交流電機用“電子換嚮器”取代瞭“機械換嚮器”，這就避免瞭機械磨損和換嚮火花，極大地減少瞭由此帶來的結構性和安全性問題。交流電機的運行魯棒性變得極為優異。由此不難理解各器件生産商（包括電機製造、逆變器製造以及控製器製造）以富有競爭力的産品範圍拓展獲得瞭快速高效的發展。 　　　　綜上所述，這些已經獲得應用的同步電機可以有多種稱謂，包括“自控式同步電機”，或者是“電子換嚮式同步電機”，其工業命名通常是“無刷直流電機”，或者是“無換嚮器直流電機”。永磁同步電機的異軍突起有其發展必然性，本書多數章節對此都將予以闡述。高效永磁體製造成本的降低是永磁同步電機得以快速發展的首要原因。 　　然而，永磁同步電機的地位已經受到其他類型常規交流電機的挑戰，這主要是指感應電機。感應電機的轉子結構簡單、強度高，這自然而然就使得其與同步電機相比具有經濟優勢。關於異步電機與同步電機孰優孰劣的討論，在工業界一直較為盛行。一個不可迴避的事實卻是，感應電機在驅動控製應用方麵較為睏難。 　　為瞭使感應電機的性能接近於同步電機，在感應電機的驅動和控製等領域已經開展瞭大量的研究工作，主要體現在“矢量控製”方麵。相關書籍將在專著係列的框架下對這種類型的電機進行係統討論。這裏僅僅需要指齣的是，在鐵磁製造工業者的不懈努力下，永磁體製造成本的降低使得永磁電機相比感應電機更具經濟優勢，促進瞭同步電機的廣泛應用。 　　本書是ISTE-Wiley齣版社和Hermes-Lavoisier齣版社齣版的係列圖書中的一本。這個係列中的兩本書已經齣版發行。這兩本書主要闡述用於電機控製的建模問題(見參考文獻［LOU 04a, LOU 04b］)。另一本書闡述電機的參數辨識和狀態觀測問題（見參考文獻［FOR 10］）。參考文獻［HUS 09］當中的一捲給齣瞭電機控製的一般性方法，而參考文獻［LOR 03］則討論瞭相關的技術問題。電機控製與靜止變換器（此處指靜止逆變器）的控製密切相關，在過去，電機控製研究尤為關注逆變器控製理論與方法（通常也是極為復雜的）。如今，隨著技術實現的發展和進步，這兩者的研究活動不再顯得那麼緊密，特彆是當逆變器工作在強迫換嚮工作模式下且其控製采用脈寬調製（PWM）策略：參考文獻［MON 11］對此重點加以談論，主要集中在調製方法和電流控製這兩個方麵。 　　據此，本書內容的定位目標是“常規”同步電機的控製律。另一本書（即將齣版）則集中闡述“非常規”同步電機的控製律問題，非常規同步電機通常是常規同步電機的具體替代。常規同步電機由設定的具體假設條件進行定義，特彆是指能夠不受限製地使用“派剋變換”（或稱之為“d-q變換”）。這些假設條件將在本書第1章進行全麵迴顧，本章由Jean-Paul Louis、Damien Flieller、Ngac Ky Nguyen和Guy Sturtzer共同撰寫。這些假設條件可歸結為如下幾個簡短語句的概括：綫性（非飽和）、基波（正弦磁場分布）以及對稱性（或者是“循環性”）。但通常而言，工業上使用的電機不完全滿足上述假設條件（例如，非正弦磁場分布電機或階梯波磁場分布電機）。此外，可以對上述假設條件做齣一些擴展，以此錶明對“常規”這一形容詞可以賦以“擴展”的含義。本書第1章歸納總結瞭同步電機的基本數學模型，這些數學模型對同步電機的控製而言是十分必要的，主要包括： 　　1）自然三相參考坐標係內的數學模型（或稱之為“a-b-c”參考坐標係）。 　　2）兩相康科迪亞參考坐標係內的數學模型（或稱之為“α-β”參考坐標係）。 　　3）轉子鏇轉參考坐標係或派剋參考坐標係內的數學模型（或稱之為“d-q”參考坐標係）。 　　4）對一些非正弦磁場分布同步電機的擴展數學模型。 　　無論哪種類型的電機，實現電機控製的關鍵環節是轉矩控製。因此，本書用兩章著重對此基本問題進行闡述，這兩章（第2章和第3章）由Damien Flieller、Jean-Paul Louis、Guy Sturtzer和Ngac Ky Nguyen共同撰寫。首先需要解決的問題是如何建立用於定義電機“可逆模型”的“直接模型”，電機的“可逆模型”實質上就是電機的控製律。由此可得到稱之為“矢量控製”的控製算法，矢量控製的核心是“自同步控製”（即必須將電機的電流與反電動勢（back-EMF）進行同步，最終的結果就是與電機的轉子位置角保持同步）。“自同步控製”這個名詞在感應電機控製領域廣為流行，但其在同步電機控製方麵卻得到瞭異常好的控製效果。這裏，適用於電機控製的控製律與控製科學的一般控製方法完全一緻，諸如“基於狀態反饋的輸入-輸齣綫性化”等，電氣工程師在實現電機的“d軸和q軸解耦控製”時很自然地就會應用這些控製理論與方法。 　　矢量控製錶明，為瞭産生電磁轉矩，必須對電機注入電流並對電流進行調節。電流調節主要有兩種方案： 　　1）在自然“a-b-c”參考坐標係內對三相電流進行調節，此時三相電流可有效地測量齣來。 　　2）在派剋鏇轉“d-q”參考坐標係內對電流進行調節，此時必須通過實時計算對三相電流進行重構。 　　第一種解決方案是首選方案，在技術實現上較為簡單，因此也是最先獲得應用的方法。該方法的優點是可直接針對實際電流進行調節，電流監控直觀迅速，但要想獲得優異的調節效果往往比較睏難，這是因為在跟蹤正弦參考電流時存在靜態誤差，可以對此采取具體的解決策略（本書將介紹其中的一種方法）。 　　第二種解決方案從本質上來看更為有效，因為d-q參考坐標係內的電流呈“連續”狀態，但由於此時需要進行大量的實時計算，隻有市場上齣現專業高效的運算器件纔更為實際可行。 　　上述兩種方法有各自的優點和不足之處。第2章（a-b-c參考坐標係內的控製）和第3章（d-q參考坐標係內的控製）分彆對此進行闡述和討論。齣於簡化的目的，各種控製策略基於PWM調製逆變器實現。參考文獻［MON 11］給齣瞭電流調節的其他方法（例如，“滯環控製”）。 　　電機控製專業人士遇到的另一個問題是有關如何確定電機注入電流的最優值。事實上，電機製造商往往尋求獲得電機的最佳轉矩重量比，這就使電機的磁場通常呈非正弦分布，因此，最優控製電流（也就是使焦耳損耗達到最小時産生所需轉矩的精確電流）不再是正弦波電流。第2章針對非凸極電機（具有齒槽轉矩）的特殊情形，給齣瞭自然a-b-c參考坐標係內的功能強大的分析工具。第3章特彆針對凸極電機（同樣具有齒槽轉矩）分析瞭派剋坐標變換下使控製律更為有效的幾何解決方案的可能性。 　　電機控製具有幾種不同的範疇：這裏僅僅考慮到當中的一種，即逆變器控製。電機的其他控製類彆包括“位置角控製”和“驅動控製”。對最後一種控製類彆，由Jean-Paul Louis、Damien Flieller、Ngac Ky Nguyen和Guy Sturtzer共同撰寫的第4章列舉瞭同步電機“電子轉速調節器”的若乾實例。“轉速調節器”是工業領域一個十分常見的控製單元。這一控製單元對用戶來說通常必須是“透明”的。該前置控製單元根據上一級控製輸齣給齣參考轉速。此時，電機必須要以特彆快的動態模型實現轉速響應。解決轉矩控製問題是第一步，第2章和第3章對此加以討論並通過若乾解決實例進行說明。轉速控製是第二步，轉速控製主要根據機械負載進行。 　　機械負載的形式比較簡單，例如具有恒定負載轉矩的單一的慣性負載。這種類型的機械負載是多數研究中通常予以考慮的負載類型。但必須引起讀者注意的是，實際當中經常會遇到更為復雜的機械負載。這裏舉兩個有代錶性的例子：一是轉動慣量可變的機械負載（例如，機械臂或摺捲機-復捲機）；二是具有彈性連接結構以及乾摩擦和黏滯摩擦的機械負載，這類負載存在的問題是辨識起來比較睏難，或者工作在振蕩狀態（例如軋機組）。因此，必須以脫離電力電子專傢看待具體電機控製的視角來研究機械負載問題，因為電力電子領域的專業人士在設計實現優異的轉矩控製時，通常對機械負載的類型和特性不甚瞭解。復雜情形下的“驅動控製”涉及應用於復雜機械係統的通用自動裝置。參考文獻［HUS 09］研究並解決瞭這些問題。 　　然而，一些驅動控製問題與電機的特性緊密聯係在一起。第4章對此問題展開論述，由Jean-Paul Louis、Damien Flieller、Ngac Ky Nguyen和Guy Sturtzer共同撰寫。作者在本章討論瞭用於最常見的機械係統的轉軸控製實例，其原因是這種類型的應用被視為機械負載的通用典範：轉動慣量恒定、具有黏滯摩擦特性且負載轉矩階梯變化恒定。結果錶明，諸如第2章和第3章給齣的轉矩控製策略對轉速控製性能帶來一定影響，並且隨之齣現的問題是，相同的控製律根據轉矩控製選擇參考坐標係的不同（a-b-c參考坐標係或d-q參考坐標係）而無法達到同樣的控製性能。 　　同時也可以看齣，將同步電機的一般控製方法應用到上述典型控製對象具有很明顯的優勢。事實上，通過采用傳統的機械式傳感器，所有的狀態變量都是可測量得到的，由此可實現轉速和位置角的高效控製。據此，本書將驗證幾種調節策略和反饋控製方法（P控製器、IP控製器以及負載觀測器），這裏假設通過采用前麵提到的方法可以獲得優異的轉矩控製效果。本章也對有關魯棒性的一些問題進行瞭驗證。 　　　　第2章與第3章給齣的轉矩控製（電流控製）用常規的連續方程進行建模，包括代數方程、微分方程以及傳遞函數等。當使用相近的元件時，由這些模型描述的控製律可立即實現置換。但長久以來，控製律的實現一直采用數字化技術，包括微處理器、專業的數字信號處理器以及FPGA芯片等。參考文獻［LOR 03］對此進行瞭專門闡述。數字技術的使用同時也帶來瞭一些新的問題。本書第5章討論瞭同步電機電流控製和轉速控製的數字化和實現問題，第5章由Flavia Khatounian和Eric Monmasson撰寫。本章探討的內容是前麵的章節並未提及的一些問題：電流和PI類型的數字調節器、電流環的快速采樣頻率、轉速和位置調節環的較慢采樣速率以及由技術實現帶來的對各種限製條件的界定。 　　　　事實上，針對控製律的具體實現需要開展特定方麵的研究工作。必須對接口電路和傳感器進行建模，尤其是位置角編碼器。然後，必須逐一研究數字化實現框架下需要考慮到的各種物理現象，包括采樣頻率的選擇、由各種數字計算和PWM調製導緻的時間延遲、信息測量的量化效應、增量式位置角編碼器帶來的分辨率問題、由位置角的數值微分計算轉速的問題、控製律的離散化、PWM的過調製問題以及d軸、q軸參考電壓的逆變換實現問題（對d軸、q軸參考電壓進行逆變換時，派剋變換角與實際值存在差異）。本章對這些問題進行瞭係統的歸納總結，而其他專業書籍和學術論文很少對此予以全麵分析。尤為重要的是，本章給齣瞭一個十分完整而具體的“時間框圖”，並且精確地列齣瞭各種需要驗證的“關鍵周期”。 　　轉矩控製（第2章、第3章、第5章）和轉速控製（第4章）由於“矢量控製”的實際應用問題而受到一定限製，這與矢量控製由脈衝寬度調製策略對逆變器進行調製有關。基於脈寬調製逆變器的矢量控製技術已經成為當今最常見的控製方法，並在工業領域獲得瞭廣泛應用。矢量控製的優勢所在是可以將靜止變換器（逆變器）的控製與電機的控製進行解耦。這種解耦形式上比較簡單，在工業領域的應用價值非常顯著。當然，據此無法保證係統的整體輸齣能達到最優化。需要指齣的是，最近幾年以來，又齣現瞭幾種不同的控製策略，例如“預測控製”和“直接轉矩控製”（DTC）。這些“智能化”的控製策略尋求電機-逆變器聯閤層麵上的最優化，以獲得新的控製特性。 　　第6章由Jean-Marie Rétif撰寫，首先給齣瞭轉矩的“直接控製”方法。轉矩直接控製法是特彆針對異步電機發展起來的一種控製方法。對低頻大功率逆變器供電的電機而言，這種控製方法是非常有效的。本章將這種控製方法用於同步電機的控製。從工作原理上來看，DTC是一種基於磁通和電磁轉矩變化趨勢已知的試探性方法。這種試探性方法決定瞭逆變器的硬件拓撲結構，使供電電壓的波動達到最理想狀態，由此，設計控製器時能將逆變器建模和電機建模緊密結閤到一起。控製器本身由滯環控製算法實現，因此控製效果快速高效。綜上分析，采用直接控製法極有可能獲得最快的轉矩響應時間。該方法在使用時的限製條件之一是，當控製目標值穿越閾值時，計算單元（通常是微處理器）持續不斷地進行運算以達到切換控製的效果，這使其在應用處理器時受到很大的限製。此外，這種控製方法會使切換頻率發生變化，這在某些應用場閤是無法接受的。 　　為瞭剋服上述缺點，引入瞭其他的控製方法，例如固定頻率DTC。基於解析數學模型設計控製算法通常要比基於狀態變化趨勢的試探性控製算法要好。此外，將現代控製理論應用到電機控製領域的發展趨勢是使用“混閤方法”，因此，控製器的輸齣不再是所期望的電壓值，而是逆變器的拓撲結構（對應不同的電壓矢量）。由此演變齣現階段快速發展的一個控製門類——“預測控製”。第6章給齣瞭“直接預測控製”方法在同步電機的應用。普通的二電平逆變器僅有8個不同的電壓矢量，並且很容易計算齣來，通過模型的綫性化，可以得到給定時刻的最優控製電壓矢量。本章作者舉例給齣瞭行之有效的控製策略。 　　由上述預測控製算法並不能得到一個單一而完整的控製理論，但是卻導緻瞭一個控製門類的誕生，這個控製門類擁有大量的不同控製算法和應用領域。由於預測控製發展前景非常廣闊，第7章隨後給齣瞭該控製方法另外一種具體應用。第7章舉例說明瞭預測控製算法在逆變器容錯方麵的應用，由Caroline Doc、Vincent Lanfranch和Nicolas Patin共同撰寫。該實例錶明現代控製理論的發展為一些棘手問題（故障條件下的控製）帶來瞭解決方案，這是普通控製方法難以有效解決的，例如對普通的d-q參考坐標係內的矢量控製策略，通常要事先假設電機和變換器的工作正常。因此，新的控製策略為解決現實問題帶來瞭希望。 　　這也是本書最後兩章的目的。普通的同步電機控製需要位置角傳感器來實現自同步控製，即使是轉矩控製和轉速控製也同樣需要位置角傳感器。然而，在某些情況下希望實現“無傳感器”控製，例如無機械位置角傳感器控製。之所以采用無傳感器控製，是因為這種控製方法能使控製係統的成本降低、體積減小、可靠性提高，或者是當傳感器信號消失時（發生故障或意外情況）仍然能保持“降級運行”。這些問題長久以來一直被廣為關注且直到目前仍是重要的研究方嚮。針對上述問題提齣瞭許多解決方案，這也是本書用兩章對這個極為重要的問題進行探討的原因。 　　Maurice Fadel在第8章研究瞭同步電機無機械傳感器控製的基本特性。事實上，對無傳感器控製而言，位置角不再是一個通過測量得到的狀態變量，而是通過實時計算由狀態重構算法得到的，狀態重構采用的算法主要是基於模型參考控製的擴展卡爾曼濾波器。因此，這個由計算得到的變量具有動態變化特性，這就對電機的各個控製環節産生一定的影響，同時也對狀態觀測帶來影響，特彆是負載轉矩觀測，因為負載轉矩通常是在控製當中通過數值積分計算得到的。本書第4章對這一問題進行瞭歸納總結，參考文獻［FOR 10］則在第7章（由Maurice Fadel和Bernard de Fornel撰寫）和第8章（由Stéphane Caux和Maurice Fadel撰寫）對該問題進行瞭詳細的研究和討論。 　　第8章對不同的動態方程進行瞭驗證，這些動態方程包括位置角狀態觀測器、負載轉矩觀測器、轉速控製器等，並通過設置逆變器不同的解耦頻率進行瞭對比分析。研究問題的思路采用非綫性方法，所關注的重點是觀測器—控製器集閤的全局穩定性，這些控製器和觀測器構成瞭電子化的轉速和位置角調節器。 　　第9章由Farid Meibody-Tabar和Babak Nahid-Mobarakeh撰寫，對同步電機確定性位置角狀態觀測器進行瞭更為深入細緻的研究。這些方法一般采用反電動勢（EMF）的估計值，因為對反電動勢進行估計具有突齣的優點（僅僅需要獲取數量極少的電氣變量）。反電動勢法的缺點是收斂域範圍有限，由此會帶來重要的穩定性問題。這就是本章采用基本的非綫性方法研究問題的原因所在，其目的是保證用估計位置角進行控製時能夠實現全局穩定。主要方法由Matsui提齣。該方法非常有趣，但存在的問題是收斂域比較小。但是，本章的研究錶明，可以對控製器的收斂域進行擴展。據此，本章作者研究瞭對位置角和轉速進行無機械傳感器控製和觀測的一類方法，同時也對基於狀態觀測器的控製器特性進行瞭驗證，包括穩定性問題和參數變化帶來的動態特性和魯棒性問題。 　　綜上所述，本書針對常規類型的同步電機控製方法給齣瞭係統全麵的闡述，這些方法涵蓋傳統的方法（基於PWM調製逆變器的調節）和極具發展前景的更為先進的方法，例如直接轉矩控製法和預測控製法。本書通過強調無機械傳感器控製這一極為重要的問題，對模型建立和控製方法進行瞭擴展。 　　其他一些問題與同步電機基於PWM調製電壓源型逆變器供電轉矩控製、轉速控製或位置角控製並無直接關聯。但這些問題與供電模態或其他非常規類型電機有關，也就是“特殊類型的電機”，通常指的是同步電機。因此從邏輯上來看，討論完常規同步電機的控製問題之後勢必會考慮到特種同步電機。特種同步電機控製是即將齣版的另外一部專著所重點關注的問題。 　　通過本書的齣版對René Husson (Nancy)和Manual da Silva Garrido (Lisbon)緻以深切的懷念，他們對EGEM係列圖書的發展做齣瞭重要貢獻（見第1章參考文獻［HUS 09］和［LOU 04a］）。 　　參考文獻 　　由ISTE-Wiley和Hermes-Lavoisier齣版的有關電機控製的係列專著。

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塑料包裝完好，內容還沒開始學習。

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定價很高，不過打摺就便宜瞭不少

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很好的圖書，老外寫的通俗易懂