异步电机数字控制系统建模与实现

前言
第1章 典型控制环节的数字标幺化1
1.1 标幺化一般概念1
1.1.1 物理量基准值1
1.1.2 数字量基准值1
1.2 典型环节数字标幺化2
1.2.1 一阶滤波器2
1.2.2 不限幅积分器4
1.2.3 限幅积分器5
1.2.4 开环限幅PI调节器6
1.2.5 闭环限幅PI调节器8
第2章 数字PWM逆变系统的一般概念11
2.1 主电路拓扑11
2.1.1 开关管半桥模块11
2.1.2 半桥控制逻辑与互锁11
2.1.3 半桥逆导二极管的作用12
2.1.4 半桥控制的理论模型12
2.1.5 半桥的控制与隔离13
2.1.6 三相逆变器主电路13
2.1.7 小结14
2.2 数字PWM14
2.3 正弦PWM的角度计算16
2.4 限幅给定积分器17
2.5 S形弧线加减速功能的实现19
2.5.1 平方反馈法19
2.5.2 线性反馈法22
2.5.3 输出强迫保持24
2.6 V-f曲线24
2.7 典型变频器控制系统框图24
第3章 两电平空间矢量PWM方法26
3.1 概述26
3.2 逆变器电压矢量及特征26
3.2.1 直流母线电压与网侧电压关系26
3.2.2 逆变器电压矢量27
3.2.3 相邻电压矢量28
3.3 SVPWM的基本原则28
3.3.1 平均电压矢量28
3.3.2 三矢量定理与矢量合成基本方程29
3.3.3 参考矢量扇区及三矢量组30
3.4 d-q坐标系矢量合成方程及占空比通式30
3.5 极坐标分析31
3.5.1 占空比表达式31
3.5.2 最高线性输出电压32
3.5.3 不同PWM方式电压利用率比较33
3.6 非正交g-h坐标系法34
3.6.1 直角坐标系矢量的g-h变换34
3.6.2 α-β坐标系逆变器矢量的g-h坐标34
3.6.3 d-q/g-h坐标系占空比表达式34
3.6.4 g-h坐标系过调制矢量修正34
3.6.5 最小脉冲限制36
3.6.6 SVPWM算法模型小结36
3.7 SVPWM的等效方法37
3.8 SVPWM波形生成38
3.8.1 数字PWM比较38
3.8.2 定制七段式SVPWM38
3.8.3 定制五段式SVPWM40
3.8.4 不定制矢量排序（继承法）44
3.8.5 小结47
3.9 时间片组合PWM47
3.10 本章数学基础48
3.10.1 最佳三矢量的数学证明48
3.10.2 正弦脉宽调制法的最高线性基波幅值51
3.10.3 方波输出基波幅值的推导53
3.10.4 空间矢量法与谐波注入法的等效性证明53
3.10.5 SPWM与SVPWM电压矢量轨迹比较58
3.10.6 逆变器相电压矢量与线电压矢量的关系58
3.10.7 逆变器—星形负载中性点电压表达式59
3.10.8 五段式无损最小脉冲限制法59
第4章 中性点钳位三电平空间矢量PWM方法67
4.1 NPC三电平逆变器主电路拓扑、逻辑及空间矢量67
4.2 d-q坐标变换及矢量合成70
4.3 d-q/g-h坐标系矢量合成及占空比初解71
4.4 小区判别及占空比终解73
4.5 PWM输出开关逻辑77
4.6 主电路数学模型86
4.7 实验87
4.8 三电平虚拟矢量PWM方法90
第5章 异步电机模型99
5.1 直流电机与异步电机一体化99
5.1.1 直流电机99
5.1.2 异步电机100
5.2 复数与矢量100
5.3 任意坐标系下的电动机动态方程103
5.4 电磁转矩105
5.5 电机模型与仿真105
5.5.1 静止坐标系电机动态模型105
5.5.2 定子施加直流电压的特性109
5.5.3 定子注入直流电流时的特性112
5.5.4 按转子磁链定向注入定子电流115
5.5.5 逆变器封锁后电机状态分析116
5.6 按定子电压矢量定向的电机模型118
5.7 电机转差与有功电流的关系120
5.8 电机稳态转矩特性121
第6章 矢量控制系统设计124
6.1 按转子磁链定向的电机方程124
6.2 转子磁链观测125
6.2.1 电压模型125
6.2.2 电动势模型（闭环法）126
6.2.3 速度-转差电流模型126
6.2.4 状态方程电流模型法127
6.2.5 电流型矢量闭环控制系统128
6.2.6 电压型矢量闭环控制系统128
6.3 有速度传感器矢量控制130
6.3.1 速度反馈130
6.3.2 磁链观测器131
6.3.3 有速度传感器飞车起动132
6.3.4 矢量控制系统仿真133
6.3.5 实验波形137
6.4 励磁特性与控制138
6.4.1 静态励磁特性138
6.4.2 最佳磁场控制141
6.4.3 电流轨迹分析145
6.4.4 弱磁区的动态磁场饱和146
6.4.5 励磁特性系统仿真147
6.5 位置控制（悬停）149
6.6 力矩控制149
6.7 无速度传感器矢量控制（SVC）150
6.7.1 模型参考自适应系统（MRAS）磁链观测器152
6.7.2 观测器防“陷死”功能158
6.7.3 正反转切换158
6.7.4 直流母线电压抑制158
6.7.5 无速度传感器飞车起动159
6.7.6 电感非线性（磁化曲线）161
6.7.7 SVC系统仿真162
6.8 PWM有源前端及功率因数控制163
6.9 本章数学基础171
第7章 直接转矩控制系统设计180
7.1 转矩、磁链比较器181
7.2 最优开关逻辑183
7.3 自适应电机模型188
7.4 转矩生成188
7.5 转矩表达式189
7.6 磁链观测器189
7.7 DTC特殊功能的实现196
7.7.1 有速度传感器飞车起动196
7.7.2 无速度传感器飞车起动196
7.7.3 直流电压抑制197
7.7.4 闭环最优磁场控制198
7.7.5 转矩限幅特性200
7.7.6 电感非线性201
7.7.7 DTC标量模式201
7.8 DTC仿真研究201
7.9 DTC的优化策略203
7.10 定子电流动态跟踪法215
7.11 三电平逆变器DTC221
7.12 PI型直接转矩控制（PI-DTC）229
第8章 级联多电平高压变频控制系统设计231
8.1 主电路拓扑231
8.1.1 移相隔离变压器232
8.1.2 子单元（cell）拓扑232
8.2 子单元PWM驱动与输出233
8.3 载波移相控制与单元奇偶数235