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| 編輯推薦： |
这本专著是华科刘自程教授自清华到华科一直深耕的一个重要领域，也是刘教授硕果累累一个方向。
丛书围绕强化国家战略科技力量、加快实现高水平科技自立自强的核心目标，我国正驱动高端装备制造及新型工业体系升级迈向更高水平。作为能量转换与精密驱动的核心载体及关键技术支撑，电机系统堪称现代工业、交通、能源、国防等战略性领域发展的“动力心脏”，更是高端装备制造业实现自主可控的重要基石。
“先进电机系统及控制关键技术·自主创新丛书”系统总结了我国在先进电机系统及控制领域的新理论、新技术、新实践等自主创新成果，体现我国科学家和企业在该领域取得的理论突破和创造性工程成果，以推动科技创新与产业升级深度融合。
丛书所涵盖的关键前沿技术已广泛渗透至高端芯片制造、高档数控机床、风力发电、航空推进、工业机器人、电动汽车、船舶动力、高铁牵引、石油天然气等领域，这些领域不仅是国民经济的基础性产业，更是保障国家工业体系完整、夯实产业安全根基的战略性关键领域。
丛书是在电机系统与控制领域国际著名专家诸自强院士、国内领军人物华中科技大学曲荣海教授等带领下，紧跟我国科技发展战略，联合机械工业出版社，组织来自清华大学、华
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| 內容簡介： |
本书作者在多项高水平研究项目的资助下，从“建模-控制-调制”三个维度，对多相电机开展了全面深入的研究，成功构建了一套基于广义对称分量理论的多相电机驱动控制理论和技术体系。
本书内容围绕多相电机的时空解耦建模、多维协同矢量控制、共模抑制PWM、在线优化容错控制等系列原创性成果进行了详细的讲解。书中的相关研究成果已在舰船电力推进、多电飞机作动器、水下装备等场合获得应用，相关工作具有十分重要的理论与工程实践意义。
本书可供高等院校电机、电气传动、电力电子等专业的教师和学生，以及电气工程、控制工程、机械工程等相关行业科研技术人员参考。
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| 關於作者： |
刘自程，华中科技大学教授、博士生导师。2016年毕业于清华大学电机工程与应用电子技术系，师从李永东教授，获得工学博士学位；2014年10月至2015年3月，赴美国普渡大学电气与计算机工程学院，进行联合培养；2018年加入华中科技大学电气学院。
主要科研方向包括：电机及其系统，电气化交通先进电驱系统、高可靠性低振动噪声电力传动与电机系统等。
发表SCI论文50余篇，包含ESI高被引论文3篇、ESI热点论文1篇；获得TPEL（电力电子行业顶刊）年度最佳letter论文、JESTPE（JCR1区期刊）年度最佳论文奖，多次获得ECCE等国际会议最佳论文奖，获得2024电源学会科技进步二等奖、2024电气人工智能最佳科技创新成果奖、2023造船学会科技进步二等奖等奖励。
授权国家发明专利20余项，其中3项专利实现落地应用和产业转化。
主持173项目课题、国家重点研发计划课题、国家工业和信息化部“产业基础再造和制造业高质量发展专项”子课题、国家自然科学基金面上项目和青年项目等多项国家级研究课题，也主持了多项来自国家重点研究所和知名企业的横向课题。主要合作单位包括：中船重工、中航工业、国家电网、上海联影医疗、中车集团、广州金升阳科技等。
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| 目錄：
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丛书序
前言
第1章绪论
1.1电机的相数
1.2多相电机的驱动控制
1.2.1多相电机的矢量控制
1.2.2多相电机的直接转矩控制
1.2.3多相电机的模型预测控制
1.3多相电机的容错运行
1.3.1基于转矩脉动最小的容错控制策略
1.3.2基于磁动势不变的容错控制策略
1.4多相电机驱动系统的故障诊断
1.4.1基于模型的故障诊断方法
1.4.2基于知识的故障诊断方法
1.4.3基于信号的故障诊断方法
1.5多相逆变PWM
1.5.1空间矢量PWM
1.5.2载波比较PWM
1.6多相变频器的电路拓扑
1.6.1不同电能转换形式的电路拓扑
1.6.2不同绕组端口形式的电路拓扑
1.6.3串联绕组形式的电路拓扑
1.7多相电机系统的应用
1.7.1舰船推进
1.7.2电动汽车
1.7.3多电飞机
1.7.4超高速电梯
1.7.5风力发电
1.8本章小结
参考文献
第2章多相电机数学模型
2.1多相电机的基本类型
2.2多相绕组的合成磁动势分析
2.2.1多相绕组的绕组函数
2.2.2多相绕组定子侧合成磁动势分析
2.3多相系统的广义对称分量分析
2.3.1对称型多相系统
2.3.2半对称型多相系统
2.3.3广义Clarke变换
2.4多相感应电机的数学模型
2.4.1自然坐标系下的数学模型
2.4.2解耦坐标系下的数学模型
2.4.3五相感应电机的数学模型
2.5多相永磁电机的数学模型
2.5.1自然坐标系下的数学模型
2.5.2解耦坐标系下的数学模型
2.5.3双移30°永磁电机的数学模型
2.6本章小结
参考文献
第3章多相感应电机矢量控制
3.1转子磁场定向矢量控制
3.1.1广义Park变换
3.1.2多相电机在旋转坐标系下的数学模型
3.1.3多相电机转子磁链定向矢量控制原理
3.2电流谐波抑制矢量控制
3.2.1电流时间谐波的解耦
3.2.2多相感应电机在谐波旋转坐标系下的数学模型
3.2.3电流谐波抑制矢量控制算法设计
3.3各相电流均衡矢量控制
3.3.1基波电流的均衡度分析
3.3.2电流均衡矢量控制的算法设计
3.4本章小结
参考文献
第4章多相电机容错控制
4.1多相电机容错控制的基本原理
4.1.1容错运行的磁动势分析
4.1.2容错运行的控制需求
4.1.3基于广义对称分量的容错电流控制
4.2多相电机断相容错控制
4.2.1断相故障容错控制概述
4.2.2针对零电流约束的断相故障容错控制方法
4.3多相电机降额容错控制
4.3.1降额故障容错控制概述
4.3.2针对电流限幅的降额故障容错控制方法
4.4基于直流注入的开关管开路故障容错控制研究
4.4.1针对开关管开路故障的容错控制方法概述
4.4.2基于直流注入的开关管开路故障下容错控制方法
4.5在线优化的多相电机容错控制
4.5.1在线优化的多相电机容错控制概述
4.5.2在线优化的多相电机断相容错控制方法
4.6本章小结
参考文献
第5章多相电机系统的故障诊断
5.1基于零序电流约束的对称型多相电机开路故障诊断方法
5.1.1基本原理
5.1.2算法设计
5.1.3实验验证
5.2基于深度稀疏滤波网络的智能化多相电机开路故障诊断方法
5.2.1基本原理
5.2.2算法设计
5.2.3实验验证
5.3基于各相定子电阻监测的多相电机故障预警方法
5.3.1基本原理
5.3.2算法设计
5.3.3实验验证
5.4本章小结
参考文献
第6章多相变频器的共模电压抑制PWM
6.1多相变频器PWM的共模电压问题
6.1.1变频驱动系统的共模回路
6.1.2多相两电平逆变器的共模电压
6.2对称偶数相变频器三角载波移相PWM
6.2.1三角载波移相实现方法
6.2.2三角载波移相共模抑制原理
6.2.3调制策略性能讨论
6.3对称奇数相变频器锯齿载波交替PWM
6.3.1锯齿载波交替实现方法
6.3.2锯齿载波交替实现共模抑制的原理
6.3.3锯齿载波交替方式优化
6.3.4调制策略性能讨论
6.4非对称六相变频器锯齿载波反相PWM
6.4.1锯齿载波反相实现方法
6.4.2锯齿载波反相共模抑制原理
6.4.3调制策略性能讨论
6.5本章小结
参考文献
第7章多相变频器的新型拓扑及其控制
7.1容错重构型开绕组逆变器拓扑
7.1.1重构型开绕组拓扑的推导
7.1.2重构型开绕组拓扑的适用故障工况
7.1.3重构型开绕组拓扑容错驱动控制方案
7.1.4重构型开绕组拓扑的容错实验验证
7.1.5重构型开绕组拓扑的特点
7.2六相四桥臂逆变器拓扑
7.2.1六相四桥臂逆变器拓扑的推导
7.2.2六相四桥臂逆变器拓扑的调制
7.2.3六相四桥臂拓扑的特点
7.3本章小结
参考文献
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| 內容試閱：
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前言
电机系统是工业生产制造、交通运输、新能源发电、国防军工等领域的核心装备。由于成熟的三相制电力传输、经典的电机学三相绕组理论、标准化的三相电机产生制造规模效应等因素影响，三相电机一直以来都是交流电机最主要的类型。1959年，D.C.White教授首次提出了多相电机的概念，具有相数冗余的优势，但受限于当时的技术条件，并未得到推广应用。20世纪90年代以来，受益于电力电子技术的快速发展和微控制器运算性能的不断提升，变频调速技术使得电机驱动突破了三相供电制的约束；同时，船舶推进、轧钢装备、风力发电、多电飞机等应用场合对低压大功率、高转矩品质、强容错能力电机系统的需求变得越发迫切。这些因素大大促进了多相电机及其驱动控制系统的迅速发展和推广应用。然而，与三相电机相比，多相冗余自由度既是多相电机的优势所在，也为多相电机驱动控制带来了更多的难题和挑战。
针对多相电机驱动控制这一热点问题，国内外都在持续研究攻关，取得了一批有价值的研究成果。本研究团队在国家自然科学基金重点项目（大容量高性能多相永磁直驱电力推进系统关键科学问题研究，U2106217）、面上项目（多三相电机驱动控制中的振动与电磁噪声抑制研究，52077088）、青年项目（面向容错与减振的多相感应电机时空双尺度协同驱动控制研究，51707007）以及博士后创新人才支持计划（2017M620601）等项目的资助下，在多相电机驱动控制自由度的数学描述及挖掘利用方面取得了一定的进展，建立了多相系统相间关系的准确数学描述，实现了多相电机驱动控制设计方法的系统性论述，并总结编写了本书，希望有机会与同行们分享、交流、探讨多相电机驱动控制的特殊问题与先进方法。
本书共分为7章。第1章为绪论，回顾了多相电机的结构特点与运行优势，并对其驱动控制方法、容错运行策略、故障诊断方法、PWM策略、变频器电路拓扑、典型工程应用等方面的发展历史和研究现状进行了概述。第2章聚焦于多相电机数学模型，进行了多相绕组的合成磁动势分析，提出了多相电机系统的广义对称分量分析理论，统一了对称型和半对称型多相电机在解耦坐标系下的数学建模方法。第3章探讨了多相感应电机的矢量控制方法，以转子磁场定向矢量控制为例，介绍了如何利用广义对称分量理论，从时间与空间的双维度对多相电机进行定子绕组电流的时间谐波成分与相间电流均衡度的精确控制，以提升多相电机的传动效率和品质。第4章针对多相电机容错控制，在广义对称分量分析视角下，推导了多相电机容错运行对各相电流的控制需求，提出了基于序平面解耦的双向旋转协同控制架构，实现了对各相电流非对称特定组合关系的有效控制，适用于断路、降额等多种典型故障工况的容错运行。第5章针对多相电机系统的故障诊断，分别介绍了基于零序电流信号和深度稀疏滤波网络的开路故障诊断方法，并介绍了基于分时复用直流信号注入的定子电阻故障预警方法。第6章针对变频器脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）中的共模电压问题，论述了如何发挥多相系统的冗余调制自由度，通过优化多相PWM的载波相位、载波波形，实现偶数相和奇数相变频器PWM共模电压的主动抑制。第7章以容错重构型开绕组拓扑、六相四桥臂拓扑为例，介绍了如何发挥多相冗余自由度优势，根据具体应用场景需求发明创造更多新型的多相变频器拓扑结构。
在著作编写过程中，王光宇、徐浩翔、孙翔文、王鹏业、孙嘉伟、倪树森、刘铠源、朱荣培、方兰岚、成晓宇、杜宇韬、石松、游俊南、许兆昀等参与了部分章节的整理工作，在此对他们表示衷心感谢。
机械工业出版社为本书的出版给予了大力支持，责任编辑李小平女士做了大量的工作，特此致谢。
由于作者水平有限，且多相电机驱动控制的研究工作仍处于快速更新和发展中，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正。
刘自程
2025年于华中科技大学
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