永磁同步电动机直接转矩控制系统

前言

绪言

第1章 永磁同步电动机数学模型

1.1 永磁同步电动机介绍

1.2 正弦波永磁同步电动机数学模型

1.2.1 常用坐标系和坐标变换

1.2.2 不同坐标系下的正弦波永磁同步电动机模型

1.3 无刷直流电动机数学模型

第2章 正弦波永磁同步电动机DTC理论初探和对其的质疑

2.1 异步电动机DTC系统关键思想的归纳

2.2 正弦波永磁同步电动机DTC系统初探

2.2.1 定义"负载角"，以代替异步电动机中的"转差"物理量

2.2.2 正弦波永磁同步电动机电磁转矩Te的微分表达式

2.2.3 1996年提出的正弦波永磁同步电动机直接转矩控制系统

2.3 对1996年正弦波永磁同步电动机DTC方案的质疑

2.4 本章小结

第3章 零矢量在正弦波永磁同步电动机DTC系统中所起的作用

3.1 空间电压矢量us作用后电磁转矩变化的分析

3.1.1 正弦波永磁同步电动机数学模型

3.1.2 空间电压矢量us作用后转矩变化的规律及其分类

3.2 两种DTC系统中转矩变化规律的比较

3.2.1 异步电动机DTC系统中转矩的变化

3.2.2 零矢量在两类电动机中作用的异同

3.3 正弦波永磁同步电动机DTC系统中应用零矢量的方案

3.3.1 探讨1996年方案中使用零矢量遭失败的原因

3.3.2 应用零矢量的新方案

3.4 零矢量改善系统转矩脉动的仿真和实验验证

3.4.1 仿真分析

3.4.2 实验验证

3.5 本章小结

第4章 正弦波永磁同步电动机直接转矩控制理论的建立

4.1 正弦波永磁同步电动机DTC系统的理论构架

4.1.1 正弦波永磁同步电动机矢量控制理论的构架

4.1.2 正弦波永磁同步电动机DTC系统的"基本原型机"和其理论构架

4.2 正弦波永磁同步电动机DTC系统第一层构架理论的建立

4.2.1 理论基础

4.2.2 定子磁链幅值的限制

4.3 正弦波永磁同步电动机第一层构架理论的实现

4.4 仿真分析

4.4.1 不同负载转矩下磁链轨迹仿真

4.4.2 不同转速下的仿真

4.4.3 动态性能仿真

4.5 实验研究

4.5.1 不同负载转矩下磁链轨迹的实验

4.5.2 不同转速下转矩脉动的实验

4.5.3 动态性能实验

4.6 本章小结

第5章 正弦波永磁同步电动机DTC的isd=0控制方案

5.1 隐极式永磁同步电动机DTC系统isd=0控制方式的理论

5.1.1 隐极式永磁同步电动机DTC系统isd=0控制理论的建立

5.1.2 isd=0控制方式和1996年控制方案在控制特点方面的比较

5.2 隐极式正弦波永磁同步电动机DTC系统的准isd=0控制方式

5.3 准isd=0直接转矩控制方案的稳态特性仿真

5.4 准isd=0直接转矩控制方案的动态特性仿真

5.5 实验验证

5.6 凸极式永磁同步电动机的isd=0控制方式

5.7 本章小结

第6章 正弦波永磁同步电动机DTC的最大转矩电流比控制

6.1 隐极式永磁同步电动机DTC系统的最大转矩电流比控制

6.1.1 最大转矩电流比控制的理论基础

6.1.2 最大转矩电流比控制系统的电动机功率因数分析

6.1.3 仿真分析

6.1.4 实验研究

6.2 凸极式永磁同步电动机DTC系统的最大转矩电流比控制

6.3 本章小结

第7章 正弦波永磁同步电动机DTC的定子磁链幅值恒值控制策略

7.1 实际系统的实际运行条件和研究方法

7.1.1 实际系统的实际运行条件

7.1.2 本章对实际系统的研究方法

7.2 "预测控制系统"的仿真研究

7.2.1 "预测控制系统"仿真模型的建立

7.2.2 稳态运行时电磁转矩给定 波形的形状

7.2.3 零矢量作用范围2?Te的设置对减小电磁转矩脉动的效果

7.2.4 零矢量作用范围2?Te大小对电磁转矩脉动影响的规律

7.2.5 零矢量作用范围2?Te大小对电动机起动时间影响的规律

7.3 实验验证

7.3.1 零矢量作用范围2?Te的大小对转矩脉动影响规律的实验验证

7.3.2 零矢量作用范围对电机起动时间影响规律的实验验证

7.4 预测控制系统中电动机电磁转矩脉动的原因及其对策

7.4.1 "断续脉动式的空间电压矢量"是电动机转矩脉动的主要原因

7.4.2 "预测控制系统"带来的脉动也很可观

7.4.3 "电磁转矩给定 的波动"加剧了电动机的转矩脉动

7.4.4 减少正弦波永磁同步电动机DTC预测控制系统电磁转矩脉动的对策

7.5 定量设计转矩调节器的理论基础

7.5.1 实验样机运行规律的启示

7.5.2 "断续脉动式的空间电压矢量"对转矩脉动的影响规律

7.5.3 "电磁转矩给定 的波动"对最优2?Te宽度的影响

7.5.4 零矢量作用范围2?Te最优取值的实验验证

7.5.5 定量设计转矩调节器基本理论的总结

7.6 转矩调节器的定量设计

7.6.1 实际工程中最佳零矢量作用范围2?Te的实时确定方法

7.6.2 一种简易的零矢量作用范围2?Te确定方法

7.6.3 零矢量作用范围2?Te的现场实验确定法

7.7 本章小结

第8章 两相导通方式无刷直流电动机的DTC双环控制系统

8.1 无刷直流电动机传统的基本控制方法

8.2 忽略换相续流时间

8.3 无刷直流电动机两相导通方式的数学模型

8.3.1 无刷直流电动机的电压方程式

8.3.2 无刷直流电动机的转矩方程式

8.4 无刷直流电动机DTC的理论基础

8.4.1 无刷直流电动机DTC技术的特殊性

8.4.2 两相导通无刷直流电动机中电压矢量的特点

8.4.3 定子磁链给定幅值 的确定和定子磁链实时观察

8.4.4 电磁转矩给定 和电磁转矩Te实时观察

8.5 基于反电动势形状函数法的无刷直流电动机DTC系统构成

8.6 仿真及实验结果

8.6.1 仿真模型建立及仿真结果

8.6.2 实验结果及其分析

8.7 本章小结

第9章 三相导通无刷直流电动机的直接转矩控制

9.1 三相导通无刷直流电动机DTC的理论基础

9.1.1 三相导通控制方式下的空间电压矢量us

9.1.2 三相导通无刷直流电动机DTC方案中的定子磁链形状

9.1.3 给定定子磁链幅值 的确定

9.1.4 定子磁链观测和与磁链给定值 的比较

9.1.5 电磁转矩给定 和电磁转矩Te观测

9.2 对第一条技术路线的评价

9.3 无约束的三相导通无刷直流电动机DTC系统的构成

9.3.1 无约束的三相导通无刷直流电动机DTC方式中的换相触发信号

9.3.2 无约束的三相导通无刷直流电动机DTC系统的构成

9.4 仿真和实验

9.4.1 仿真波形

9.4.2 实验波形及分析

9.5 低速性能改进

9.5.1 六边形轨迹畸变现象

9.5.2 磁链补偿方案的基本思想

9.5.3 磁链补偿方案的实现

9.5.4 实验结果

9.6 本章小结

第10章 基于动态三维坐标系的无刷直流电动机DTC系统

10.1 新的思路

10.2 三维动态空间正交坐标系

10.2.1 三维动态空间正交坐标系中的空间电压矢量us

10.2.2 三维动态空间正交坐标系中的定子磁链空间矢量

10.3 三维动态空间正交坐标系中的直接转矩控制

10.3.1 xy平面中的控制技术路线

10.3.2 xy平面中的磁链观测与转矩观测

10.3.3 基于动态三维坐标系的无刷直流电动机DTC系统开关表的建立

10.3.4 系统构成

10.4 仿真与实验

10.5 本章小结

第11章 单环无刷直流电动机直接转矩控制系统

11.1 无刷直流电动机DTC系统不必控制定子磁链幅值的估计

11.2 两相导通无刷直流电动机DTC系统理论的进一步研究

11.2.1 电磁转矩快速响应的条件

11.2.2 最优空间电压矢量的选择

11.2.3 电动机转矩给定 和实时转矩观察Te

11.2.4 无磁链观测条件下电流的限制

11.3 无磁链观测DTC的实现

11.4 仿真模型的建立及其仿真结果分析

11.4.1 仿真模型的建立

11.4.2 仿真结果及其分析

11.5 实验研究

11.6 对无刷直流电动机DTC系统初步研究的归纳和评价

第12章 永磁容错电动机特点及空间电压矢量

12.1 电动机容错技术简介

12.2 永磁同步电动机的容错系统

12.2.1 六相永磁容错电动机的结构及其特点

12.2.2 H桥式逆变器组成的驱动器

12.2.3 永磁容错电动机的控制方法

12.3 六相永磁容错电动机系统的数学模型

12.3.1 六相永磁容错电动机中的一些新概念

12.3.2 六相永磁容错电动机的常用坐标系和6/2坐标变换

12.3.3 六相永磁容错电动机数学模型的建立

12.4 六相永磁容错电动机系统的空间电压矢量

12.4.1 相空间电压矢量Vj组合中的抵消现象

12.4.2 总空间电压矢量un的异构性现象

12.4.3 六相永磁容错电动机中总空间电压矢量数据的归纳

12.5 本章小结

第13章 永磁容错电动机直接转矩控制的初步研究

13.1 六相永磁容错电动机直接转矩控制系统的构建

13.1.1 六相永磁容错电动机DTC系统总定子磁链?s的计算

13.1.2 关于总空间电压矢量的选择

13.1.3 永磁容错电动机的直接转矩控制框图

13.2 永磁容错电动机DTC系统正常态仿真研究

13.2.1 仿真模型的搭建

13.2.2 仿真结果

13.2.3 仿真总结和分析

13.3 永磁容错电动机直接转矩控制故障态仿真研究

13.4 永磁容错电动机系统实验验证

13.4.1 实验条件

13.4.2 一相（d相）绕组断路故障的实验验证

13.4.3 一相（d相）绕组短路故障的实验验证

13.5 本章小结

第14章 永磁容错电动机的相空间电压矢量调制技术

14.1 三相永磁同步电动机DTC系统的SVPWM控制策略简介

14.1.1 正弦波三相永磁同步电动机DTC方案的两条技术路线

14.1.2 正弦波三相永磁同步电动机DTC系统乓乓控制策略的控制要点

14.1.3 正弦波三相永磁同步电动机DTC系统SVPWM控制策略的控制要点

14.2 永磁容错电动机DTC系统相空间电压矢量控制策略理论基础

14.2.1 六相永磁容错电动机DTC系统相定子磁链变化量??sj的计算

14.2.2 正常情况下相定子磁链变化量??sj的实现

14.2.3 六相永磁容错电动机DTC系统控制策略的控制要点

14.2.4 永磁同步电动机DTC系统三种控制策略的比较

14.3 六相永磁容错电动机P-SVPWM-DTC系统的正常态运行

14.3.1 六相永磁容错电动机DTC系统P-SVPWM控制策略的控制结构框图

14.3.2 六相永磁容错电动机DTC系统P-SVPWM控制策略的实验验证

14.4 六相永磁容错电动机P-SVPWM-DTC系统的故障态运行

14.4.1 永磁容错电动机P-SVPWM系统的容错算法

14.4.2 永磁容错电动机P-SVPWM系统的仿真研究

14.4.3 永磁容错电动机P-SVPWM系统的实验验证

14.5 本章小结

第15章 从辩证法来看直接转矩控制技术的发展

15.1 电机控制的主要矛盾是对电磁转矩的控制

15.2 从矛盾的特殊性看各类电机电磁转矩的差异

15.2.1 异步电机电磁转矩的特点

15.2.2 正弦波永磁同步电动机电磁转矩的特点

15.2.3 无刷直流电动机电磁转矩的特点

15.2.4 多相永磁容错电动机电磁转矩的特点

15.3 从控制转矩方案的多样性来认识DTC技术的多姿多彩的面貌

15.3.1 "具体问题具体分析"是辩证法的活的灵魂

15.3.2 阶段性地再认识DTC技术

15.4 矢量控制和直接转矩控制的关系

15.4.1 直接转矩控制技术不是矢量控制技术

15.4.2 矢量控制实际上是转矩控制的一个分支

15.4.3 矢量控制和直接转矩控制关系的一个小结

15.5 电机控制技术发展的前景

15.5.1 直接转矩控制技术发展的前景

15.5.2 让我们迎接新的电机控制技术的诞生

15.5.3 新技术都应该在实践中经风雨见世面才能得到发展

附录

参考文献

永磁同步电动机直接转矩控制（DTC）技术是20世纪90年代发展起来的一项重要电机调速技术，本书详细介绍了作者在三类永磁同步电动机（正弦波永磁同步电动机、无刷直流电动机、永磁容错电动机）直接转矩控制技术方面所作的研究成果。本书建立了正弦波永磁同步电动机DTC系统的理论构架；澄清了无刷直流电动机、永磁容错电动机DTC系统中的一些模糊概念，初步理顺了它们的DTC技术研究思路，为建立它们的DTC理论构架打下了可靠的基础。永磁同步电动机DTC技术可广泛应用于永磁同步电动机的调速系统和新能源技术中，如电动汽车、电气列车、城市轨道交通列车（地铁、轻轨）等的驱动系统和工业伺服系统、各类调速系统、风力发电系统等重要产品中。该书中有作者从大量仿真和实验中获得的数据和波形，可供有关研究人员参考。
　　《永磁同步电动机直接转矩控制》可供电机调速、伺服系统、电动汽车、归到交通和风力发电等领域的研究所、企业、高等院校的研究开发人员阅读，也可供高等院校电机控制、电力电子与电力传动及其相关专业的师生阅读。