永磁同步電機的建模與控制 Control of Permanent Magnet Synchronous Motors

隨著越來越多的研究人員和工程師涉足這一領域，對永磁同步電機整體控制的處理需求日益增長。
《永磁同步電機的建模與控制》是作者過去25年學習、研究和教學的結晶，
通過廣泛、詳細和深刻的方式介紹了永磁同步電機控制技術，從而滿足了上述需求。
作者嘗試對永磁同步電機進行統一的建模，用於所有主要參考坐標系的控制應用，同時，考慮銅損和鐵損、磁飽和、退磁等。
然後，根據主要控制方法對永磁同步電機控制系統進行了系統分析和設計，
包括矢量控制、直接轉矩控制、預測控制、無差拍控制和組合控制等。
在考慮電機和逆變器約束的各種參考坐標系的主要控制方法下，通過補充控製手段實現電機的各種運行模式，
包括MTPA、MTPV、單位功率因數和zui小損耗。
此外，還研究了各種位置和速度估計方案及無傳感器控制系統，強調其特點和局限性。
末尾，提出了幾種離線和在線方案對電機主要參數進行辨識和估計，並將其整合到電機控制系統中。
章末習題的設計旨在作為一個補充資源，用於理解所介紹材料的各個方面，
使《永磁同步電機的建模與控制》更適合成為大學生使用的教材。
重要的經典著作，以及永磁同步電機控制的重大發展，
還在章節末尾以參考文獻的形式列出，以服務於該領域的研究人員。
《永磁同步電機的建模與控制》連貫地研究了大約70個控制和估計系統，從而相當全面地描述了永磁同步電機控制技術。
《永磁同步電機的建模與控制》適合具有電機、電力電子和控制基礎背景的研究生、學者和工程師閱讀。

Sadegh Vaez-Zadeh
在加拿大金斯頓的女王大學獲得碩士和博士學位。
他是德黑蘭大學電子與計算機工程學院先進運動系統研究實驗室的教授和主任。
在過去的20年裡，他感興趣的研究領域是電機控制。
Vaez-Zadeh是多個期刊的編輯，包括IEEE能源轉換彙刊。
他因在電機控制領域的貢獻而獲得了多項國內和國際獎項。

序
前言
致謝
符號表
第1章 緒論1
1.1電機控制系統概述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特徵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結構16
1.4.2運行原理及特徵20
1.4.3相似的電機22
1.5控制系統 22
1.5.1矢量控制23
1.5.2直接轉矩控制23
1.5.3預測控制24
1.5.4無差拍控制24
1.5.5組合控制25
1.5.6轉子位置與速度估計25
1.5.7電機參數估計26
1.6小結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33
2.3相變量模型34
2.3.1相變量參考坐標系35
2.3.2相變量參考坐標系下的電機方程35
2.4兩相靜止軸系模型 38
2.4.1兩相靜止參考坐標系38
2.4.2向兩相靜止參考坐標系的模型變換39
2.5轉子參考坐標系模型42
2.5.1向轉子參考坐標系變換42
2.5.2轉子參考坐標系下的電機方程44
2.6定子磁鏈參考坐標系模型49
2.6.1向定子磁鏈參考坐標系變換49
2.6.2定子磁鏈參考坐標系下的電機方程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方程62
2.12小結63
習題 63
參考文獻65
第3章 矢量控制69
3.1永磁同步電機的標量控制69
3.2矢量控制的基礎原理72
3.2.1直流電機控制的特徵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子參考坐標系中的矢量控制76
3.4帶有d-q電流控制器的轉子參考坐標系中的矢量控制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大轉矩電流比控制85
3.6.2大轉矩電壓比控制89
3.6.3單位功率因數控制90
3.6.4磁通控制模式之間的轉換91
3.6.5電流控制器的飽和93
3.7定子磁通參考坐標系中的矢量控制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系中的矢量控制96
3.7.3 x-y參考坐標系中的大轉矩電流比控制98
3.7.4 x-y參考坐標系中的大轉矩電壓比控制98
3.7.5 x-y參考坐標系中的單位功率因數控制99
3.8極坐標中的矢量控制99
3.8.1極坐標系中的基本控制系統100
3.8.2極坐標系中的大轉矩電流比控制100
3.8.3極坐標系中的單位功率因數控制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連續在線損耗小化控制113
3.10小結117
習題 117
參考文獻118
第4章 直接轉矩控制125
4.1直接轉矩控制的原理125
4.1.1轉矩偏差與轉矩角偏差125
4.1.2磁鏈偏差與電壓空間矢量的對應127
4.1.3逆變器電壓空間矢量128
4.1.4直接轉矩控制的黃金法則129
4.1.5磁鏈幅值變化的限制131
4.2 基本直接轉矩控制系統132
4.2.1滯環控制器132
4.2.2開關表134
4.2.3磁鍊和轉矩估計134
4.3直接轉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直接轉矩控制中的磁通控制138
4.4.1大轉矩電流比控制138
4.4.2高速弱磁139
4.4.3單位功率因數控制140
4.5替代磁通控制的直接轉矩控制141
4.5.1帶有id控制的直接轉矩控制141
4.5.2帶有無功轉矩控制的直接轉矩控制142
4.6空間矢量調製直接轉矩控制143
4.6.1靜止參考坐標系中帶有閉環轉矩控制的SVM-DTC 144
4.6.2定子磁通參考坐標系中帶有閉環轉矩和磁通控制的SVM-DTC 145
4.6.3佳SVM-DTC 146
4.7損耗小化直接轉矩控制152
4.7.1離線損耗小化直接轉矩控制152
4.7.2直接轉矩控制下模型搜索損耗小化控制157
4.8直接轉矩控制和矢量控制的比較166
4.9小結168
習題168
參考文獻169
第5章 預測、無差拍和組合控制174
5.1預測控制174
5.1.1基於模型的預測控制原理175
5.1.2永磁同步電機的預測電流控制177
5.1.3永磁同步電機的預測磁通和轉矩控制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186
5.3.2永磁同步電機的組合控制189
5.4小結191
習題 192
參考文獻192
第6章 轉子位置和速度估計199
6.1轉子位置估計方法199
6.2基於反電動勢的方法202
6.2.1兩相靜止參考坐標系方案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轉矩角估計方案206
6.4假設參考坐標系方法206
6.4.1基於電壓的方案206
6.4.2反電動勢方案208
6.4.3前饋電壓方案209
6.5基於凸極性的方法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基於閉環觀測器的方法221
6.6.1狀態