異步電機數字控制系統(tǒng)建模與實現

前言
第1章 典型控制環(huán)節(jié)的數字標幺化1
1.1 標幺化一般概念1
1.1.1 物理量基準值1
1.1.2 數字量基準值1
1.2 典型環(huán)節(jié)數字標幺化2
1.2.1 一階濾波器2
1.2.2 不限幅積分器4
1.2.3 限幅積分器5
1.2.4 開環(huán)限幅PI調節(jié)器6
1.2.5 閉環(huán)限幅PI調節(jié)器8
第2章 數字PWM逆變系統(tǒng)的一般概念11
2.1 主電路拓撲11
2.1.1 開關管半橋模塊11
2.1.2 半橋控制邏輯與互鎖11
2.1.3 半橋逆導二極管的作用12
2.1.4 半橋控制的理論模型12
2.1.5 半橋的控制與隔離13
2.1.6 三相逆變器主電路13
2.1.7 小結14
2.2 數字PWM14
2.3 正弦PWM的角度計算16
2.4 限幅給定積分器17
2.5 S形弧線加減速功能的實現19
2.5.1 平方反饋法19
2.5.2 線性反饋法22
2.5.3 輸出強迫保持24
2.6 V-f曲線24
2.7 典型變頻器控制系統(tǒng)框圖24
第3章 兩電平空間矢量PWM方法26
3.1 概述26
3.2 逆變器電壓矢量及特征26
3.2.1 直流母線電壓與網側電壓關系26
3.2.2 逆變器電壓矢量27
3.2.3 相鄰電壓矢量28
3.3 SVPWM的基本原則28
3.3.1 平均電壓矢量28
3.3.2 三矢量定理與矢量合成基本方程29
3.3.3 參考矢量扇區(qū)及三矢量組30
3.4 d-q坐標系矢量合成方程及占空比通式30
3.5 極坐標分析31
3.5.1 占空比表達式31
3.5.2 最高線性輸出電壓32
3.5.3 不同PWM方式電壓利用率比較33
3.6 非正交g-h坐標系法34
3.6.1 直角坐標系矢量的g-h變換34
3.6.2 α-β坐標系逆變器矢量的g-h坐標34
3.6.3 d-q/g-h坐標系占空比表達式34
3.6.4 g-h坐標系過調制矢量修正34
3.6.5 最小脈沖限制36
3.6.6 SVPWM算法模型小結36
3.7 SVPWM的等效方法37
3.8 SVPWM波形生成38
3.8.1 數字PWM比較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（繼承法）44
3.8.5 小結47
3.9 時間片組合PWM47
3.10 本章數學基礎48
3.10.1 最佳三矢量的數學證明48
3.10.2 正弦脈寬調制法的最高線性基波幅值51
3.10.3 方波輸出基波幅值的推導53
3.10.4 空間矢量法與諧波注入法的等效性證明53
3.10.5 SPWM與SVPWM電壓矢量軌跡比較58
3.10.6 逆變器相電壓矢量與線電壓矢量的關系58
3.10.7 逆變器—星形負載中性點電壓表達式59
3.10.8 五段式無損最小脈沖限制法59
第4章 中性點鉗位三電平空間矢量PWM方法67
4.1 NPC三電平逆變器主電路拓撲、邏輯及空間矢量67
4.2 d-q坐標變換及矢量合成70
4.3 d-q/g-h坐標系矢量合成及占空比初解71
4.4 小區(qū)判別及占空比終解73
4.5 PWM輸出開關邏輯77
4.6 主電路數學模型86
4.7 實驗87
4.8 三電平虛擬矢量PWM方法90
第5章 異步電機模型99
5.1 直流電機與異步電機一體化99
5.1.1 直流電機99
5.1.2 異步電機100
5.2 復數與矢量100
5.3 任意坐標系下的電動機動態(tài)方程103
5.4 電磁轉矩105
5.5 電機模型與仿真105
5.5.1 靜止坐標系電機動態(tài)模型105
5.5.2 定子施加直流電壓的特性109
5.5.3 定子注入直流電流時的特性112
5.5.4 按轉子磁鏈定向注入定子電流115
5.5.5 逆變器封鎖后電機狀態(tài)分析116
5.6 按定子電壓矢量定向的電機模型118
5.7 電機轉差與有功電流的關系120
5.8 電機穩(wěn)態(tài)轉矩特性121
第6章 矢量控制系統(tǒng)設計124
6.1 按轉子磁鏈定向的電機方程124
6.2 轉子磁鏈觀測125
6.2.1 電壓模型125
6.2.2 電動勢模型（閉環(huán)法）126
6.2.3 速度-轉差電流模型126
6.2.4 狀態(tài)方程電流模型法127
6.2.5 電流型矢量閉環(huán)控制系統(tǒng)128
6.2.6 電壓型矢量閉環(huán)控制系統(tǒng)128
6.3 有速度傳感器矢量控制130
6.3.1 速度反饋130
6.3.2 磁鏈觀測器131
6.3.3 有速度傳感器飛車起動132
6.3.4 矢量控制系統(tǒng)仿真133
6.3.5 實驗波形137
6.4 勵磁特性與控制138
6.4.1 靜態(tài)勵磁特性138
6.4.2 最佳磁場控制141
6.4.3 電流軌跡分析145
6.4.4 弱磁區(qū)的動態(tài)磁場飽和146
6.4.5 勵磁特性系統(tǒng)仿真147
6.5 位置控制（懸停）149
6.6 力矩控制149
6.7 無速度傳感器矢量控制（SVC）150
6.7.1 模型參考自適應系統(tǒng)（MRAS）磁鏈觀測器152
6.7.2 觀測器防“陷死”功能158
6.7.3 正反轉切換158
6.7.4 直流母線電壓抑制158
6.7.5 無速度傳感器飛車起動159
6.7.6 電感非線性（磁化曲線）161
6.7.7 SVC系統(tǒng)仿真162
6.8 PWM有源前端及功率因數控制163
6.9 本章數學基礎171
第7章 直接轉矩控制系統(tǒng)設計180
7.1 轉矩、磁鏈比較器181
7.2 最優(yōu)開關邏輯183
7.3 自適應電機模型188
7.4 轉矩生成188
7.5 轉矩表達式189
7.6 磁鏈觀測器189
7.7 DTC特殊功能的實現196
7.7.1 有速度傳感器飛車起動196
7.7.2 無速度傳感器飛車起動196
7.7.3 直流電壓抑制197
7.7.4 閉環(huán)最優(yōu)磁場控制198
7.7.5 轉矩限幅特性200
7.7.6 電感非線性201
7.7.7 DTC標量模式201
7.8 DTC仿真研究201
7.9 DTC的優(yōu)化策略203
7.10 定子電流動態(tài)跟蹤法215
7.11 三電平逆變器DTC221
7.12 PI型直接轉矩控制（PI-DTC）229
第8章 級聯(lián)多電平高壓變頻控制系統(tǒng)設計231
8.1 主電路拓撲231
8.1.1 移相隔離變壓器232
8.1.2 子單元（cell）拓撲232
8.2 子單元PWM驅動與輸出233
8.3 載波移相控制與單元奇偶數235