电机控制
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前言

电机控制技术是实现高性能机电能量转换的核心技术,也是体现先进制造领域的标志性技术之一。如依托现代电机控制技术构成的伺服驱动装置,是数控机床、机器人等高性能机电一体化产品的重要组成部分,也是构成电动汽车的基本单元之一,它们均通过电机控制系统实现调速。电机控制课程是《电机学》《电力电子技术》《控制理论》及《微机原理与应用》等课程的有机结合,主要讨论电力电子技术在电机的能量变换、速度调节、特性控制中,特别是节能降耗、新能源开发中的应用技术,以及电力电子装置非正弦供电对电机的运行性能影响及分析。根据电气工程及其自动化类专业特点和新时期教学改革要求,结合作者多年来在课程教学实践中取得的教学研究成果和积累的教材编写经验,力图使本书能够深入浅出地阐明各类电机工作原理、特性及电机控制的基本理论与方法。此外,在编写过程中融入电力电子、计算机、先进控制技术等当今电机控制领域发展的新趋势,满足拓宽专业视野和综合人才培养的需要。

本书内容共分5章。

第1章为直流电动机的控制,介绍了直流电动机的数学模型和机械特性,分析了直流电动机的晶闸管可控整流调压调速和自关断器件的直流脉宽调压调速,分析了电动机直流调速系统转速控制原理,介绍了双闭环直流调速系统的构成和工作原理,系统讨论了双闭环调速系统参数设计理论以及工程优化设计方法。

第2章为笼型异步电动机的控制,首先系统地介绍了异步电动机各种调速方法的机理和分类,然后基于异步电动机的稳态数学模型详细介绍了交流调压调速的基本原理。变频调速是本章的重点,结合电机原理和电力电子技术,分别从变频调速理论、静止变频器、脉宽调制技术、变频调速系统及高性能的控制策略(矢量变换控制、直接转矩控制)等诸多方面进行了详细讨论。

第3章为绕线转子异步电机的控制,介绍了绕线转子异步电动机变转差调速原理和转子串电阻调速系统,分析了绕线转子异步电动机串级调速系统和双馈调速系统的基本概念和运行特性,介绍了矢量控制在绕线式异步发电机网侧变流器和机侧变流器中的应用技术,对双馈异步风力发电机最大风能追踪控制的实现原理和基本方法也做了讨论。

第4章为同步电动机的控制,介绍了同步电动机的基本特征和调速方式,并且基于电励磁同步电动机的数学模型,分析了同步电动机矢量变换控制的基本概念和电励磁同步电动机矢量变换系统,介绍了永磁同步电动机控制模型,分别为id=0控制、最大转矩/电流比控制和弱磁控制,介绍了无刷直流电动机的原理,并着重分析了无刷直流电动机的组成结构及常用的位置检测装置。

第5章为无位置传感器控制和先进控制技术,分别介绍了基于滑模观测器、模型参考自适应以及扩展卡尔曼滤波的高速域下的无位置传感器控制技术;介绍了基于高频信号注入的低速域无位置传感器控制技术;分别分析了模型预测控制、模糊控制以及神经网络等先进控制技术在电机控制系统中的应用。

本书由浙江大学年珩教授、孙丹教授共同编写,其中绪论、第1章和第3章由年珩编写,第2章、第4章和第5章由孙丹编写。

鉴于编者水平有限,书中难免有不当或错误之处,恳请读者批评指正。

编者

2022年10月于浙江大学