现代永磁同步电机控制原理及MATLAB仿真

现代永磁同步电机控制原理及MATLAB仿真
本书着眼于现代永磁同步电机控制原理分析及MATLAB仿真应用,系统地介绍了永磁同步电机控制系统的基本理论、基本方法和应用技术.全书分为３部分共１０章,主要内容包括三相永磁同步电机的数学建模及矢量控制技术、三相电压源逆变器PWM 技术、三相永磁同步电机的直接转矩控制、三相永磁同步电机的无传感器控制技术、六相永磁同步电机的数学建模及矢量控制技术、六相电压源逆变器PWM 技术和五相永磁同步电机的数学建模及矢量控制技术等.每种控制技术都通过了MATLAB仿真建模并进行了仿真分析.本书各部分既有联系又相互独立,读者可根据自己的需要选择学习.
本书可作为从事电气传动自动化、永磁同步电机控制、电力电子技术的工程技术人员的参考书,也可作为大专院校相关专业的教师、研究生和高年级本科生的参考书.

第1部分基础篇
第1章三相永磁同步电机的数学建模……………………………………………… 3
1．1三相PMSM 的基本数学模型………………………………………………… 3
1．2三相PMSM 的坐标变换……………………………………………………… 5
1．2．1Clark变换与仿真建模………………………………………………… 5
1．2．2Park变换与仿真建模…………………………………………………… 7
1．2．3两种常用坐标系之间的关系…………………………………………… 9
1．3同步旋转坐标系下的数学建模……………………………………………… 10
1．3．1数学建模………………………………………………………………… 10
1．3．2仿真建模………………………………………………………………… 12
1．4静止坐标系下的数学建模…………………………………………………… 22
1．4．1数学建模………………………………………………………………… 22
1．4．2仿真建模………………………………………………………………… 24
参考文献…………………………………………………………………………… 25
第2章三相电压源逆变器PWM 技术…………………………………………… 27
2．1三相电量的空间矢量表示…………………………………………………… 27
2．2SVPWM 算法的合成原理………………………………………………… 31
2．2．1基于软件模式的合成…………………………………………………… 33
2．2．2基于硬件模式的合成…………………………………………………… 34
2．3SVPWM 算法的实现……………………………………………………… 36
2．3．1参考电压矢量的扇区判断……………………………………………… 36
2．3．2非零矢量和零矢量作用时间的计算…………………………………… 37
2．3．3扇区矢量切换点的确定………………………………………………… 38
2．4SVPWM 算法的建模与仿真……………………………………………… 39
2．4．1基于Simulink的仿真建模…………………………………………… 39
2．4．2基于s函数的仿真建模………………………………………………… 43
2．4．3基于SVPWM 模块的仿真建模……………………………………… 51
2．5SPWM 算法的实现………………………………………………………… 56
2．5．1常规SPWM 算法的实现……………………………………………… 56
2．5．2基于三次谐波注入的SPWM 算法的实现…………………………… 59
2．5．3基于零序分量注入的SPWM 算法的实现…………………………… 62
参考文献…………………………………………………………………………… 65
第3章三相永磁同步电机的矢量控制…………………………………………… 66
3．1PMSM 的滞环电流控制…………………………………………………… 66
3．1．1滞环电流控制的基本原理……………………………………………… 66
3．1．2仿真建模与结果分析…………………………………………………… 67
3．2PMSM 的PI电流控制……………………………………………………… 70
3．2．1转速环PI调节器的参数整定………………………………………… 70
3．2．2电流环PI调节器的参数整定………………………………………… 72
3．3基于PI调节器的PMSM 矢量控制………………………………………… 75
3．3．1仿真建模………………………………………………………………… 75
3．3．2仿真结果分析…………………………………………………………… 79
3．4基于滑模速度控制器的PMSM 矢量控制………………………………… 80
3．4．1滑模控制的基本原理…………………………………………………… 80
3．4．2滑模速度控制器的设计………………………………………………… 82
3．4．3仿真建模与结果分析…………………………………………………… 83
3．5静止坐标系下的PMSM 矢量控制………………………………………… 86
3．5．1比例谐振控制的基本原理……………………………………………… 86
3．5．2基于比例谐振控制的矢量控制器设计………………………………… 90
3．5．3仿真建模与结果分析…………………………………………………… 91
参考文献…………………………………………………………………………… 94
第4章三相永磁同步电机的直接转矩控制……………………………………… 95
4．1PMSM 直接转矩控制原理………………………………………………… 95
4．1．1三相电压源逆变器的工作原理………………………………………… 97
4．1．2磁链和转矩控制原理…………………………………………………… 98
4．1．3直接转矩控制开关表的选择…………………………………………… 99
4．2传统直接转矩控制MATLAB仿真……………………………………… 100
4．2．1仿真建模……………………………………………………………… 100
4．2．2仿真结果分析………………………………………………………… 105
4．3基于滑模控制的直接转矩控制…………………………………………… 106
4．3．1PMSM 的矢量数学模型……………………………………………… 107
4．3．2基于滑模控制的直接转矩控制器设计……………………………… 107
4．4基于滑模控制的直接转矩控制的MATLAB仿真……………………… 109
4．4．1仿真建模……………………………………………………………… 109
4．4．2仿真结果分析………………………………………………………… 111
参考文献…………………………………………………………………………… 113
第2部分进阶篇
第5章基于基波数学模型的三相永磁同步电机无传感器控制………………… 117
5．1传统滑模观测器算法……………………………………………………… 117
5．1．1传统滑模观测器设计………………………………………………… 117
5．1．2基于反正切函数的转子位置估计…………………………………… 119
5．1．3基于锁相环的转子位置估计………………………………………… 120
5．1．4基于反正切函数的仿真建模与结果分析…………………………… 122
5．1．5基于锁相环的仿真建模与结果分析………………………………… 122
5．2自适应滑模观测器算法…………………………………………………… 132
5．2．1自适应滑模观测器设计……………………………………………… 132
5．2．2仿真建模与结果分析………………………………………………… 134
5．3同步旋转坐标系下滑模观测器算法……………………………………… 138
5．3．1滑模观测器设计……………………………………………………… 138
5．3．2基于锁相环的转子位置估计………………………………………… 140
5．3．3仿真建模与结果分析………………………………………………… 142
5．4模型参考自适应系统……………………………………………………… 147
5．4．1参考模型与可调模型的确定………………………………………… 148
5．4．2参考自适应律的确定………………………………………………… 149
5．4．3仿真建模与结果分析………………………………………………… 151
5．5扩展卡尔曼滤波器算法…………………………………………………… 151
5．5．1PMSM 的数学建模…………………………………………………… 155
5．5．2扩展卡尔曼滤波器的状态估计……………………………………… 157
5．5．3仿真建模与结果分析………………………………………………… 158
参考文献…………………………………………………………………………… 164
第6章基于高频信号注入的三相永磁同步电机无传感器控制………………… 166
6．1高频激励下的三相PMSM 数学模型……………………………………… 166
6．2高频载波信号的选择……………………………………………………… 167
6．3旋转高频电压信号注入法………………………………………………… 168
6．3．1旋转高频电压激励下三相PMSM 的电流响应……………………… 168
6．3．2凸极跟踪转子位置估计方法………………………………………… 169
6．3．3仿真建模与结果分析………………………………………………… 171
6．4脉振高频电压信号注入法………………………………………………… 175
6．4．1脉振高频电压激励下三相PMSM 的电流响应……………………… 175
6．4．2转子位置估计方法…………………………………………………… 177
6．4．3仿真建模与结果分析………………………………………………… 178
参考文献…………………………………………………………………………… 181
第3部分高级篇
第7章六相永磁同步电机的数学建模…………………………………………… 185
7．1多相PMSM 的数学模型…………………………………………………… 185
7．2六相PMSM 的基本数学模型……………………………………………… 187
7．3两种常用坐标变换之间的关系…………………………………………… 190
7．3．1双d q 坐标变换…………………………………………………… 190
7．3．2矢量空间解耦坐标变换……………………………………………… 193
7．3．3两种坐标变换之间的关系…………………………………………… 195
7．4同步旋转坐标系下的数学模型…………………………………………… 197
7．4．1基于双d q 坐标变换的数学模型………………………………… 197
7．4．2基于矢量空间解耦变换的数学模型………………………………… 202
参考文献…………………………………………………………………………… 204
第8章六相电压源逆变器PWM 技术…………………………………………… 206
8．1多相电压源逆变器PWM 算法…………………………………………… 206
8．2传统的两矢量六相SVPWM 算法………………………………………… 207
8．2．1六相电压源逆变器的电压矢量……………………………………… 207
8．2．2传统的两矢量六相SVPWM 算法的实现…………………………… 209
8．3四矢量SVPWM 算法……………………………………………………… 211
8．3．1四矢量SVPWM 算法的实现………………………………………… 211
8．3．2仿真建模……………………………………………………………… 216
8．4三相解耦PWM 算法……………………………………………………… 222
8．4．1三相解耦PWM 算法的实现………………………………………… 222
8．4．2仿真建模……………………………………………………………… 223
8．5基于双零序信号注入的PWM 算法……………………………………… 225
8．5．1基于双零序信号注入的PWM 算法的实现………………………… 225
8．5．2仿真建模……………………………………………………………… 226
参考文献…………………………………………………………………………… 229
第9章六相永磁同步电机的矢量控制…………………………………………… 231
9．1多相电机矢量控制………………………………………………………… 231
9．2六相PMSM 传统矢量控制………………………………………………… 233
9．2．1传统矢量控制原理…………………………………………………… 233
9．2．2仿真建模与结果分析………………………………………………… 234
9．3基于VSD坐标变换的六相PMSM 矢量控制…………………………… 239
9．3．1基于VSD坐标变换的六相PMSM 矢量控制原理………………… 239
9．3．2仿真建模与结果分析………………………………………………… 240
9．4基于双d q 坐标变换的六相PMSM 矢量控制………………………… 240
9．4．1基于双d q 坐标变换的六相PMSM 矢量控制原理……………… 240
9．4．2仿真建模与结果分析………………………………………………… 244
9．5两种矢量控制策略之间的关系…………………………………………… 248
9．6静止坐标系下六相PMSM 矢量控制……………………………………… 249
9．6．1静止坐标系下六相PMSM 矢量控制的基本原理…………………… 249
9．6．2仿真建模与结果分析………………………………………………… 250
参考文献…………………………………………………………………………… 256
第10章五相永磁同步电机的数学建模与矢量控制…………………………… 257
10．1五相PMSM 的基本数学模型…………………………………………… 257
10．2五相PMSM 的坐标变换………………………………………………… 259
10．2．1坐标变换……………………………………………………………… 259
10．2．2仿真建模……………………………………………………………… 260
10．3同步旋转坐标系下的数学模型…………………………………………… 261
10．3．1数学模型……………………………………………………………… 261
10．3．2仿真建模……………………………………………………………… 262
10．4五相PMSM 矢量控制仿真……………………………………………… 265
参考文献…………………………………………………………………………… 268