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永磁同步电机因其节能能力和性能潜力而处于电机发展的前沿。一方面，不断扩大的环境危机和不断上涨的电价，另一方面，新兴的电机驱动应用，如电动和混合动力汽车，自动飞行和无人机，使得永磁同步电机对我们许多新颖的技术需求至关重要。《永磁同步电机的建模与控制》作为首本内容全面、结构完整且技术新颖的图书，专门介绍永磁同步电机的建模与控制技术，是非常及时的。它以系统和连贯的方式对主要电机控制方法（包括矢量、直接转矩、预测、无差拍和组合控制）进行深入和扩展的分析、设计、实施和性能评估。它还介绍了所有主要的无传感器控制和参数估计方法。 《永磁同步电机的建模与控制》特别强调节能控制方案。它是一本教科书，前四章适合初级研究生课程，后面三章适合高级课程。它也是研究人员、设计工程师和该领域其他专家的重要读物。? 1）描述了超过70种控制和估计方案，具有详细的分析和实施细节；? 2）介绍了10多个电机控制必不可少的电机模型；? 3）包含150多幅原图，便于深入理解复杂的概念、公式和系统实现；? 4）为性能评估提供广泛的模拟和实验结果；? 5）阐明永磁同步电机市场的过去、现在和未来；? 6）包括章节末尾习题以及用于教
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| 內容簡介： |
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随着越来越多的研究人员和工程师涉足这一领域，对永磁同步电机整体控制的处理需求日益增长。《永磁同步电机的建模与控制》是作者过去25年学习、研究和教学的结晶，通过广泛、详细和深刻的方式介绍了永磁同步电机控制技术，从而满足了上述需求。 作者尝试对永磁同步电机进行统一的建模，用于所有主要参考坐标系的控制应用，同时，考虑铜损和铁损、磁饱和、退磁等。然后，根据主要控制方法对永磁同步电机控制系统进行了系统分析和设计，包括矢量控制、直接转矩控制、预测控制、无差拍控制和组合控制等。在考虑电机和逆变器约束的各种参考坐标系的主要控制方法下，通过补充控制手段实现电机的各种运行模式，包括MTPA、MTPV、单位功率因数和最小损耗。此外，还研究了各种位置和速度估计方案及无传感器控制系统，强调其特点和局限性。末尾，提出了几种离线和在线方案对电机主要参数进行辨识和估计，并将其整合到电机控制系统中。 章末习题的设计旨在作为一个补充资源，用于理解所介绍材料的各个方面，使《永磁同步电机的建模与控制》更适合成为大学生使用的教材。重要的经典著作，以及永磁同步电机控制的重大发展，还在章节末尾以参考文献的形式列出，以服务于该领域的研究人员。《永磁同步电机的建模与控制》连贯地研究了大约70个控制和估计系统，从而相当全面地描述了永磁同步电机控制技术。 《永磁同步电机的建模与控制》适合具有电机、电力电子和控制基础背景的研究生、学者和工程师阅读。
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| 關於作者： |
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Sadegh Vaez-Zadeh在加拿大金斯顿的女王大学获得硕士和博士学位。他是德黑兰大学电子与计算机工程学院先进运动系统研究实验室的教授和主任。在过去的20年里，他感兴趣的研究领域是电机控制。Vaez-Zadeh是多个期刊的编辑，包括IEEE能源转换汇刊。他因在电机控制领域的贡献而获得了多项国内和国际奖项。
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| 目錄：
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序前言致谢符号表第1章 绪论11.1电机控制系统概述11.2电力电子变换器21.2.1电压源逆变器31.2.2正弦PWM 41.2.3空间矢量PWM51.3永磁材料61.3.1特征61.3.2永磁材料的特性91.3.3永磁市场111.4永磁同步电机141.4.1结构161.4.2运行原理及特征201.4.3相似的电机221.5控制系统 221.5.1矢量控制231.5.2直接转矩控制231.5.3预测控制241.5.4无差拍控制241.5.5组合控制251.5.6转子位置与速度估计251.5.7电机参数估计261.6小结26参考文献27第2章 电机建模312.1建模312.2永磁同步电机的物理模型322.2.1电机示意图322.2.2建模假设332.3相变量模型342.3.1相变量参考坐标系352.3.2相变量参考坐标系下的电机方程352.4两相静止轴系模型 382.4.1两相静止参考坐标系382.4.2向两相静止参考坐标系的模型变换392.5转子参考坐标系模型422.5.1向转子参考坐标系变换422.5.2转子参考坐标系下的电机方程442.6定子磁链参考坐标系模型492.6.1向定子磁链参考坐标系变换492.6.2定子磁链参考坐标系下的电机方程502.7空间矢量模型522.7.1空间矢量522.7.2空间矢量下的电机方程532.8考虑铁损的电机模型582.9铁心磁饱和602.10表贴式永磁同步电机建模612.11永磁同步电机的动态方程622.12小结63习题 63参考文献65第3章 矢量控制693.1永磁同步电机的标量控制693.2矢量控制的基础原理723.2.1直流电机控制的特征733.2.2矢量控制的基本原理733.2.3矢量控制下的电机模型753.3带有相电流控制器的转子参考坐标系中的矢量控制763.4带有d-q电流控制器的转子参考坐标系中的矢量控制783.4.1 d-q电流控制下的基本矢量控制方案783.4.2解耦电流控制器793.5操作极限和限制方法813.5.1电流极限813.5.2电压极限833.6磁通控制843.6.1大转矩电流比控制853.6.2大转矩电压比控制893.6.3单位功率因数控制903.6.4磁通控制模式之间的转换913.6.5电流控制器的饱和933.7定子磁通参考坐标系中的矢量控制953.7.1带有相电流控制器的定子磁通参考坐标系中的矢量控制953.7.2带有x-y电流控制器的定子磁通参考坐标系中的矢量控制963.7.3 x-y参考坐标系中的大转矩电流比控制983.7.4 x-y参考坐标系中的大转矩电压比控制983.7.5 x-y参考坐标系中的单位功率因数控制993.8极坐标中的矢量控制993.8.1极坐标系中的基本控制系统1003.8.2极坐标系中的大转矩电流比控制1003.8.3极坐标系中的单位功率因数控制1013.9损耗小化控制1033.9.1损耗减少的方法1033.9.2电气损耗的建模1043.9.3离线损耗小化控制1063.9.4损耗小化控制和大转矩电流比的混合控制1073.9.5在线损耗小化控制1083.9.6连续在线损耗小化控制1133.10小结117习题 117参考文献118第4章 直接转矩控制1254.1直接转矩控制的原理1254.1.1转矩偏差与转矩角偏差1254.1.2磁链偏差与电压空间矢量的对应1274.1.3逆变器电压空间矢量1284.1.4直接转矩控制的黄金法则1294.1.5磁链幅值变化的限制1314.2 基本直接转矩控制系统1324.2.1滞环控制器1324.2.2开关表1344.2.3磁链和转矩估计1344.3直接转矩控制中的操作极限和限制方法1354.3.1电流极限1354.3.2电压极限1364.3.3磁链极限1364.4直接转矩控制中的磁通控制1384.4.1大转矩电流比控制1384.4.2高速弱磁1394.4.3单位功率因数控制1404.5替代磁通控制的直接转矩控制1414.5.1带有id控制的直接转矩控制1414.5.2带有无功转矩控制的直接转矩控制1424.6空间矢量调制直接转矩控制1434.6.1静止参考坐标系中带有闭环转矩控制的SVM-DTC 1444.6.2定子磁通参考坐标系中带有闭环转矩和磁通控制的SVM-DTC 1454.6.3佳SVM-DTC 1464.7损耗小化直接转矩控制1524.7.1离线损耗小化直接转矩控制1524.7.2直接转矩控制下模型搜索损耗小化控制1574.8直接转矩控制和矢量控制的比较1664.9小结168习题168参考文献169第5章 预测、无差拍和组合控制1745.1预测控制1745.1.1基于模型的预测控制原理1755.1.2永磁同步电机的预测电流控制1775.1.3永磁同步电机的预测磁通和转矩控制1795.2无差拍控制1805.2.1无差拍控制的基本原理1815.2.2转矩和磁链的无差拍控制1825.3组合控制1855.3.1组合控制的共同基础1865.3.2永磁同步电机的组合控制1895.4小结191习题 192参考文献192第6章 转子位置和速度估计1996.1转子位置估计方法1996.2基于反电动势的方法2026.2.1两相静止参考坐标系方案2026.2.2电机变量方案2036.3磁链方法2036.3.1集成方案2036.3.2低通滤波器方案2046.3.3磁链速度估计方案2056.3.4转矩角估计方案2066.4假设参考坐标系方法2066.4.1基于电压的方案2066.4.2反电动势方案2086.4.3前馈电压方案2096.5基于凸极性的方法2116.5.1离线方案2116.5.2凸极电机的高频信号注入方案2136.5.3凸极电机的逆变器开关谐波方案2146.5.4隐极电机的高频信号注入方案2176.6基于闭环观测器的方法2216.6.1状态
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《永磁同步电机的建模与控制》的编写是对可控永磁同步电机成为学术领域和市场中增长极快的电力驱动系统的及时响应。尽管永磁材料价格不断波动，我们仍然需要为这一即将到来的主流驱动做好准备。 交流变频器作为广泛的多维系统，已成为当今工业、交通运输、家用电器、办公设备、航空航天等领域中必不可少的一部分。电机作为驱动系统的大脑，管理着系统的所有部分，以满足驱动器应用程序的需求。因此，电机控制已经发展成为一个涉及多学科的领域，包括电机、电力电子、微电子学、控制理论、软件工程、新材料等。通过空前的研究和开发，以上学科的进步很大程度上推动了高性能交流电机控制系统的设计。由于开关切换状态是电机控制系统的重要部分，对电机控制系统的发展产生了影响。电力电子技术的发展，主要是生产高频、高功率和低损耗的设备，并将它们集成到紧凑型和智能功率模块中。该领域还受到先进的微电子技术的显著影响。专用快速、自给自足的数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA），是目前主要的先进处理芯片，已经实现了电机控制系统的制造和研究。控制理论和技术的应用，包括对电机的变量和参数估计方案，提高了被控电机的性能，降低了总成本。软件工程在开发电机控制程序和算法，以及仿真程序和软件包方面发挥着一定的作用。 通过将高能稀土永磁材料与创新电机拓扑相结合，拓宽了构建电机类型的机会，可容纳更广泛的性能特性。永磁同步（PMS）电机，特别是其不可或缺的控制系统，由于其固有的高效率、紧凑和控制耐久性，已经成为研究和制造中增长极快的电机。这一增长发生在环境危机和高能源价格并存的时代，这一时代催生了节约能源与材料的严厉措施，而永磁同步电机可以轻易地满足这些要求。传统的永磁同步电机多应用在低功率等级下，现在越来越多地被使用在中等功率等级，有人甚至预测它们未来将取代感应电机成为工业领域的主力。除了前面提到的应用，永磁同步电机在无人驾驶飞机系统、自动电动汽车、智能建筑与非接触电力传输和互联网等新兴领域，正在开启一个不可估量的时代。由于当前和新兴的应用，永磁同步电机控制已经成为越来越多研究的重点，如饱和、损耗和谐波的建模，优化设计，为了实现理想的性能、特定的操作模式和控制性能增强的参数选择，参数和位置估计，无传感器控制方案等。反过来，这些要求更可靠、更深入和更新颖的信息来源，专门用于学术和工业用途的受控永磁同步电机。 在过去的10年里，陆续出版了许多关于电机控制的优秀书籍，每一本都涵盖了不同的交流电机的控制。然而，这些书都不只是关注永磁同步电机。虽然通常有些书专门针对无刷电机，包括无刷直流（BLDC）、同步磁阻和永磁同步电机，而且这些书涵盖了大量关于电机设计方面的实用主题，但没有为永磁同步电机的控制方面提供足够的篇幅。因此，永磁同步电机控制系统的许多特点，包括新近的重大进展，没有得到充分的阐述。然而，随着越来越多的研究人员和工程师参与到这一领域，对永磁同步电机控制的研究需求越来越大。《永磁同步电机的建模与控制》试图通过更广泛、更详细、更深入地研究永磁同步电机控制来填补这一需求空白。《永磁同步电机的建模与控制》的主要特点如下: 1）一个在所有主要参考框架中的、控制应用详尽而统一的永磁同步电机建模，它考虑到了铁损和磁饱和，并为所有其他章节提供了坚实的基础； 2）系统介绍和分析了永磁同步电机的主要控制方法，包括矢量控制、直接转矩控制、预测控制、无差拍控制和各种适当参考坐标系下的组合控制； 3）分析和设计了一种控制系统，它能在电机运行过程中实现不同的操作模式，包括MTPA、MTPV、单位功率因数、最小损耗，该操作在主要控制方法下可以考虑到不同参考坐标系下的电机和逆变器约束； 4）讨论了各种位置和速度估计方案及无传感器控制系统，强调了它们的特点和局限性； 5）通过几种离线和在线方案识别和估计主电机参数，并确定将其纳入电机控制系统的方法； 6）大约200幅插图，每一幅都有完整的文字描述； 7）除第1章以外的每一章的章后都有课后习题作为补充，以理解所述内容的各个方面，并便于将本书作为教材使用； 8）除了永磁同步电机控制主要的发展，本书还以参考文献的形式列出了一些该领域的重要著作。 《永磁同步电机的建模与控制》研究了约70个控制和估计系统，从而提供了永磁同步电机控制的一个相当全面的统计。尽管如此，为了避免本书成为一本手册类型的出版物，作者故意忽略了很多有用但与主题无关的信息，以防止本书失去重点。 在电机、电力电子和控制方面有基本背景的研究生、学者和工程师可以使用《永磁同步电机的建模与控制》。根据作者的经验，首先可以通过永磁同步电机控制的学习来引入交流电机控制。这样，对感应电机和其他类型的交流电机控制的学习可以更加轻松和高效。通过这种方法，《永磁同步电机的建模与控制》可以作为一个针对研究生的交流电机控制课程主要部分的教材。或者，它可以用于一个完全致力于永磁同步电机控制的课程。对于刚刚从事该领域的研究人
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