永磁同步電機的建模與控制

序
前言
致謝
符號表
第1章 緒論1
1.1電機控制系統(tǒng)概述1
1.2電力電子變換器2
1.2.1電壓源逆變器3
1.2.2正弦PWM 4
1.2.3空間矢量PWM5
1.3永磁材料6
1.3.1特征6
1.3.2永磁材料的特性9
1.3.3永磁市場11
1.4永磁同步電機14
1.4.1結(jié)構(gòu)16
1.4.2運行原理及特征20
1.4.3相似的電機22
1.5控制系統(tǒng) 22
1.5.1矢量控制23
1.5.2直接轉(zhuǎn)矩控制23
1.5.3預(yù)測控制24
1.5.4無差拍控制24
1.5.5組合控制25
1.5.6轉(zhuǎn)子位置與速度估計25
1.5.7電機參數(shù)估計26
1.6小結(jié)26
參考文獻27
第2章 電機建模31
2.1建模31
2.2永磁同步電機的物理模型32
2.2.1電機示意圖32
2.2.2建模假設(shè)33
2.3相變量模型34
2.3.1相變量參考坐標(biāo)系35
2.3.2相變量參考坐標(biāo)系下的電機方程35
2.4兩相靜止軸系模型 38
2.4.1兩相靜止參考坐標(biāo)系38
2.4.2向兩相靜止參考坐標(biāo)系的模型變換39
2.5轉(zhuǎn)子參考坐標(biāo)系模型42
2.5.1向轉(zhuǎn)子參考坐標(biāo)系變換42
2.5.2轉(zhuǎn)子參考坐標(biāo)系下的電機方程44
2.6定子磁鏈參考坐標(biāo)系模型49
2.6.1向定子磁鏈參考坐標(biāo)系變換49
2.6.2定子磁鏈參考坐標(biāo)系下的電機方程50
2.7空間矢量模型52
2.7.1空間矢量52
2.7.2空間矢量下的電機方程53
2.8考慮鐵損的電機模型58
2.9鐵心磁飽和60
2.10表貼式永磁同步電機建模61
2.11永磁同步電機的動態(tài)方程62
2.12小結(jié)63
習(xí)題 63
參考文獻65
第3章 矢量控制69
3.1永磁同步電機的標(biāo)量控制69
3.2矢量控制的基礎(chǔ)原理72
3.2.1直流電機控制的特征73
3.2.2矢量控制的基本原理73
3.2.3矢量控制下的電機模型75
3.3帶有相電流控制器的轉(zhuǎn)子參考坐標(biāo)系中的矢量控制76
3.4帶有d-q電流控制器的轉(zhuǎn)子參考坐標(biāo)系中的矢量控制78
3.4.1 d-q電流控制下的基本矢量控制方案78
3.4.2解耦電流控制器79
3.5操作極限和限制方法81
3.5.1電流極限81
3.5.2電壓極限83
3.6磁通控制84
3.6.1大轉(zhuǎn)矩電流比控制85
3.6.2大轉(zhuǎn)矩電壓比控制89
3.6.3單位功率因數(shù)控制90
3.6.4磁通控制模式之間的轉(zhuǎn)換91
3.6.5電流控制器的飽和93
3.7定子磁通參考坐標(biāo)系中的矢量控制95
3.7.1帶有相電流控制器的定子磁通參考坐標(biāo)系中的矢量控制95
3.7.2帶有x-y電流控制器的定子磁通參考坐標(biāo)系中的矢量控制96
3.7.3 x-y參考坐標(biāo)系中的大轉(zhuǎn)矩電流比控制98
3.7.4 x-y參考坐標(biāo)系中的大轉(zhuǎn)矩電壓比控制98
3.7.5 x-y參考坐標(biāo)系中的單位功率因數(shù)控制99
3.8極坐標(biāo)中的矢量控制99
3.8.1極坐標(biāo)系中的基本控制系統(tǒng)100
3.8.2極坐標(biāo)系中的大轉(zhuǎn)矩電流比控制100
3.8.3極坐標(biāo)系中的單位功率因數(shù)控制101
3.9損耗小化控制103
3.9.1損耗減少的方法103
3.9.2電氣損耗的建模104
3.9.3離線損耗小化控制106
3.9.4損耗小化控制和大轉(zhuǎn)矩電流比的混合控制107
3.9.5在線損耗小化控制108
3.9.6連續(xù)在線損耗小化控制113
3.10小結(jié)117
習(xí)題 117
參考文獻118
第4章 直接轉(zhuǎn)矩控制125
4.1直接轉(zhuǎn)矩控制的原理125
4.1.1轉(zhuǎn)矩偏差與轉(zhuǎn)矩角偏差125
4.1.2磁鏈偏差與電壓空間矢量的對應(yīng)127
4.1.3逆變器電壓空間矢量128
4.1.4直接轉(zhuǎn)矩控制的黃金法則129
4.1.5磁鏈幅值變化的限制131
4.2 基本直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)132
4.2.1滯環(huán)控制器132
4.2.2開關(guān)表134
4.2.3磁鏈和轉(zhuǎn)矩估計134
4.3直接轉(zhuǎn)矩控制中的操作極限和限制方法135
4.3.1電流極限135
4.3.2電壓極限136
4.3.3磁鏈極限136
4.4直接轉(zhuǎn)矩控制中的磁通控制138
4.4.1大轉(zhuǎn)矩電流比控制138
4.4.2高速弱磁139
4.4.3單位功率因數(shù)控制140
4.5替代磁通控制的直接轉(zhuǎn)矩控制141
4.5.1帶有id控制的直接轉(zhuǎn)矩控制141
4.5.2帶有無功轉(zhuǎn)矩控制的直接轉(zhuǎn)矩控制142
4.6空間矢量調(diào)制直接轉(zhuǎn)矩控制143
4.6.1靜止參考坐標(biāo)系中帶有閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制的SVM-DTC 144
4.6.2定子磁通參考坐標(biāo)系中帶有閉環(huán)轉(zhuǎn)矩和磁通控制的SVM-DTC 145
4.6.3佳SVM-DTC 146
4.7損耗小化直接轉(zhuǎn)矩控制152
4.7.1離線損耗小化直接轉(zhuǎn)矩控制152
4.7.2直接轉(zhuǎn)矩控制下模型搜索損耗小化控制157
4.8直接轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制的比較166
4.9小結(jié)168
習(xí)題168
參考文獻169
第5章 預(yù)測、無差拍和組合控制174
5.1預(yù)測控制174
5.1.1基于模型的預(yù)測控制原理175
5.1.2永磁同步電機的預(yù)測電流控制177
5.1.3永磁同步電機的預(yù)測磁通和轉(zhuǎn)矩控制179
5.2無差拍控制180
5.2.1無差拍控制的基本原理181
5.2.2轉(zhuǎn)矩和磁鏈的無差拍控制182
5.3組合控制185
5.3.1組合控制的共同基礎(chǔ)186
5.3.2永磁同步電機的組合控制189
5.4小結(jié)191
習(xí)題 192
參考文獻192
第6章 轉(zhuǎn)子位置和速度估計199
6.1轉(zhuǎn)子位置估計方法199
6.2基于反電動勢的方法202
6.2.1兩相靜止參考坐標(biāo)系方案202
6.2.2電機變量方案203
6.3磁鏈方法203
6.3.1集成方案203
6.3.2低通濾波器方案204
6.3.3磁鏈速度估計方案205
6.3.4轉(zhuǎn)矩角估計方案206
6.4假設(shè)參考坐標(biāo)系方法206
6.4.1基于電壓的方案206
6.4.2反電動勢方案208
6.4.3前饋電壓方案209
6.5基于凸極性的方法211
6.5.1離線方案211
6.5.2凸極電機的高頻信號注入方案213
6.5.3凸極電機的逆變器開關(guān)諧波方案214
6.5.4隱極電機的高頻信號注入方案217
6.6基于閉環(huán)觀測器的方法221
6.6.1狀態(tài)