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目录序

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前言

第1章概述1

1.1研究背景及意义1

1.2永磁同步电机控制技术概述2

1.3模型预测控制研究现状2

1.4本书主要内容4

参考文献6

第2章三相永磁同步电机数学模型9

2.1三相静止坐标系下的数学模型10

2.2两相静止坐标系下的数学模型11

2.3两相旋转坐标系下的数学模型12

2.4本章小结13

参考文献13

第3章传统模型预测控制14

3.1模型预测控制简述14

3.2模型预测电流控制15

3.2.1基本工作原理16

3.2.2控制延时补偿16

3.2.3仿真结果17

3.3模型预测转矩控制19

3.3.1基本控制原理20

3.3.2最优矢量遴选21

3.3.3仿真结果22

3.3.4实验结果24

3.4本章小结27

参考文献27

第4章鲁棒模型预测控制30

4.1鲁棒模型预测控制策略简述30

4.2模型参数失配对模型预测控制的影响31

4.3基于参数扰动估计的鲁棒模型预测控制34

4.3.1滑模扰动观测器设计34

4.3.2基于滑模观测器的模型预测电流控制系统37

4.3.3仿真和实验结果39

4.4基于增量式模型的鲁棒模型预测控制45

4.4.1增量式预测模型45

4.4.2增量式MPCC的参数敏感性分析47

4.4.3基本控制原理49

4.4.4仿真和实验结果52

4.5基于电流预测误差的鲁棒模型预测控制57

4.5.1电流预测误差与模型参数间的关系57

4.5.2鲁棒双矢量模型预测电流控制方法62

4.5.3实验结果67

4.6本章小结70

参考文献70

第5章模型预测电压控制72

5.1基于电流无差拍的模型预测电压控制与电流控制的关系72

5.2基于转矩磁链无差拍的模型预测电压控制（基于参考电压追踪的单

矢量MPTC）74

5.2.1转矩磁链无差拍的基本原理74

5.2.2基于转矩磁链无差拍的模型预测电压控制76

5.2.3实验结果78

5.3基于转矩磁链无差拍的模型预测电压控制（基于参考电压追踪的双

矢量MPTC）81

5.3.1双矢量MPTC基本原理82

5.3.2基于参考电压追踪误差的双矢量MPTC方法84

5.3.3仿真和实验结果87

5.4本章小结94

参考文献95

第6章直接速度模型预测控制96

6.1常规模型预测直接速度控制96

6.1.1基本原理97

6.1.2实际应用的问题97

6.2基于电压选择的无权重模型预测直接速度控制98

6.2.1基本原理98

6.2.2基于电压限制圆的模型预测直接速度控制电流限制方法106

6.2.3实验结果109

6.3基于全参数及负载观测器的鲁棒模型预测直接速度控制116

6.3.1模型预测直接速度控制的基本原理及参数敏感性分析116

6.3.2全参数及负载转矩观测器120

6.3.3实验结果125

6.4本章小结129

参考文献129

第7章基于死区电压矢量的模型预测控制131

7.1死区的影响131

7.1.1死区对逆变器输出电压的影响131

7.1.2死区电压矢量及其对模型预测控制的影响132

7.2基于死区电压矢量的模型预测电流控制方法136

7.2.1最优电压矢量选择136

7.2.2死区电压矢量判别137

7.2.3死区持续时间的计算138

7.2.4实验结果140

7.3基于死区电压矢量的双矢量模型预测控制142

7.3.1传统双矢量模型预测控制143

7.3.2死区效应分析和死区电压矢量判断143

7.3.3基于死区电压矢量的双矢量模型预测控制148

7.3.4实验结果156

7.4本章小结160

参考文献161

第8章两级和多级串联模型预测控制162

8.1概述162

8.2两级串联模型预测控制163

8.2.1第一级预测和评估163

8.2.2第二级预测和评估164

8.3多级串联模型预测控制167

8.3.1每级候选电压矢量的确定168

8.3.2第m级的预测与评估169

8.4实验结果170

8.5两级串联模型预测转矩控制176

8.5.1数学模型177

8.5.2模型预测双转矩控制177

8.5.3两级串联模型预测转矩控制180

8.5.4实验结果184

8.6本章小结190

参考文献190译者序

原书序言

关于作者

第1章磁路和磁耦合电路1

1.1引言1

1.2相量分析1

1.3磁路7

1.4磁材料的属性12

1.5静态磁耦合电路16

1.6静态磁耦合电路的开路和短路特性23

1.7包含机械运动的磁系统27

1.8小结33

1.9参考文献34

1.10习题34

第2章机电能量转换37

2.1引言37

2.2能量守恒关系37

2.3耦合场中的能量42

2.4能量转换图解48

2.5电磁力与静电力50

2.6基本电磁铁的工作特性55

2.7单相磁阻电机60

2.8相对运动中的绕组65

2.9小结67

2.10习题68

第3章直流电机72

3.1引言72

3.2基本直流电机72

3.3电压和转矩方程80

3.4永磁直流电机82

3.5永磁直流电机的动态特性85

3.6恒转矩和恒功率运行的介绍87

3.7永磁直流电机的时域框图和状态方程94

3.8电压控制简介97

3.9小结104

3.10参考文献104

3.11习题104

第4章绕组和旋转磁动势106

4.1引言106

4.2绕组106

4.3正弦分布绕组的气隙磁动势108

4.4两极电机的旋转气隙磁动势114

4.5P极电机119

4.6几种机电传动装置简介124

4.7小结130

4.8习题131

第5章参考坐标系理论简介134

5.1引言134

5.2背景135

5.3变换方程和变量转换136

5.4静止电路变量到任意速参考坐标系的变换138

5.5平衡组合和稳态平衡运行的变量转换142

5.6几种参考坐标系下的变量观察146

5.7三相系统的变换方程150

5.8小结152

5.9参考文献153

5.10习题153

第6章对称感应电机155

6.1引言155

6.2两相感应电机155

6.3电压方程与绕组电感160

6.4转矩165

6.5任意参考坐标系下的电压方程166

6.6线性磁链方程与等效电路169

6.7任意参考坐标系下的转矩方程171

6.8稳态运行的分析173

6.9电机变量的稳态与暂态特性183

6.10静止、转子与同步旋转参考坐标系下的电机起动192

6.11磁场定向控制技术简介195

6.12三相感应电机201

6.13小结207

6.14参考文献208

6.15习题208

第7章同步电机211

7.1引言211

7.2两相同步电机211

7.3电压方程与绕组电感215

7.4转矩221

7.5转子参考坐标系下的电机方程222

7.6转子功率角228

7.7稳态运行分析228

7.8电机的暂态和稳态响应240

7.9三相同步电机246

7.10小结251

7.11参考文献252

7.12习题252

第8章永磁交流电机254

8.1引言254

8.2两相永磁交流电机255

8.3永磁交流电机中的电压方程和绕组电感258

8.4转矩260

8.5永磁交流电机转子坐标系下电机方程260

8.6两相无刷直流电机262

8.7无刷直流电机动态特性266

8.8永磁交流电机定子电压的相位移动269

8.9恒转矩和恒功率运行概述276

8.10时域框图及状态方程282

8.11直轴和交轴电感286

8.12三相永磁交流电机288

8.13三相无刷直流电机295

8.14小结302

8.15参考文献303

8.16习题303

第9章步进电机305

9.1引言305

9.2多段变磁阻步进电机的基本结构305

9.3多段变磁阻步进电机的方程310

9.4多段变磁阻步进电机的运行特征313

9.5单段变磁阻步进电机317

9.6永磁步进电机的基本结构320

9.7永磁步进电机的方程323

9.8转子参考坐标系下的永磁步进电机方程-忽略磁阻转矩325

9.9小结329

9.10参考文献330

9.11习题330

第10章非平衡运行和单相感应电机331

10.1引言331

10.2对称分量331

10.3非平衡运行模式分析335

10.4单相感应电机342

10.5电容起动感应电机343

10.6电容起动单相感应电机的动态和稳态性能345

10.7分相感应电机347

10.8小结348

10.9参考文献348

10.10习题349

附录350

附录A350

附录B353

附录 C359

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前言/序言

序

模型预测控制理论已经发展了数十载，但是鉴于电气变量的精确控制需要快速的处理速度，因此受限于数据处理器的计算能力和处理速度，模型预测控制在电机控制领域的应用在近十几年才获得长足发展。模型预测控制将驱动电机的变换器当作离散和非线性执行机构，并将变换器与电机视为整体，根据两者的离散模型及电机当前控制变量的状态，对未来时刻的电机控制变量进行预测，借助于能够体现控制目标的代价函数对基本电压矢量进行评估，从而选择最优电压矢量并作用于电机。该控制技术具有概念清晰、控制结构直观、易于操作与实现、具有多变量协同控制能力等诸多优势与特点，在交流电机控制领域受到了普遍关注。

本书内容涵盖了永磁同步电机模型及基础、常规模型预测控制技术，以及多种永磁同步电机模型预测控制方案。本书涉及面广、内容丰富，在大量理论分析基础上配有翔实的实验结果与图表数据，便于读者快速掌握并理解所述内容，对电机控制领域的研究者、工程师、研究生十分有益。

本书作者是电机驱动领域的青年学者，长期从事永磁同步电机高性能控制的研究工作，经过多年积累，这本书即将呈现在读者面前。相信本书能够为读者提供不一样的视角去认知与发掘电机驱动的魅力，同时也希望本书能进一步启发读者开阔思路，为我国电机驱动事业做出贡献。

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