了得網研究生_電力傳動控制繫統下冊提高篇

內容簡介

提高篇共有7章，重點介紹電力傳動控制繫統的動態建模、繫統辨識與先進的控制方法。第7章介紹了電力傳動繫統的動態模型，從統一電機模型角度重點介紹了交流電機的動態建模方法，通過坐標變換，進行模型簡化和解耦，並介紹了變流器的動態建模原理。第8章介紹了異步電動機的矢量控制和直接轉矩控制方法，包括控制繫統的組成結構及其控制策略。第9章介紹了繞線轉子異步電動機雙饋控制繫統，詳細分析了繫統結構、雙饋控制原理和控制策略。第10章介紹了同步電動機的傳動繫統的控制，主要針對電勵磁與永磁兩種同步電動機，討論了繫統結構、控制方法和運行特性等問題。第11章專門分析和討論了電力傳動繫統的弱磁控制，包括：各種電機的弱磁控制原理、繫統結構和運行特性等問題。第12章介紹了電力傳動控制繫統的參數辨識與估計，包括：基於繫統模型的參數估計方法，基於觀測器和卡拉曼濾波器的參數估計方法，進而介紹了無傳感器電力傳動控制繫統。第13章主要討論了各種先進的控制方法在電力傳動繫統的應用，包括：自適應控制、非線性控制和智能控制等，詳細介紹了繫統結構、控制原理和設計方法等。

前言
常用符號表
主要參數和物理量符號
第7章電力傳動繫統的動態模型1
7.1 統一電機理論1
7.1.1 統一電機理論的基本思路1
7.1.2 種原型電機2
7.1.3 第二種原型電機5
7.2 坐標變換概念與方法6
7.2.1 坐標變換的基本概念7
7.2.2 坐標變換的原則及約束8
7.2.3 坐標變換的一般方法9
7.3 直流電動機的動態模型14
7.4 交流異步電動機的動態模型16前言
常用符號表
主要參數和物理量符號
第7章電力傳動繫統的動態模型1
7.1 統一電機理論1
7.1.1 統一電機理論的基本思路1
7.1.2 種原型電機2
7.1.3 第二種原型電機5
7.2 坐標變換概念與方法6
7.2.1 坐標變換的基本概念7
7.2.2 坐標變換的原則及約束8
7.2.3 坐標變換的一般方法9
7.3 直流電動機的動態模型14
7.4 交流異步電動機的動態模型16
7.4.1 異步電動機的動態建模16
7.4.2 異步電動機的模型變換20
7.5 交流同步電動機的動態模型24
7.5.1 同步電動機的動態建模24
7.5.2 同步電動機的模型變換26
7.6 電力傳動繫統的其他模型28
7.6.1 電力傳動繫統的狀態方程模型29
7.6.2 電力傳動繫統的離散模型30
7.6.3 電力傳動繫統的逆模型33
7.7 多相電動機的建模與坐標變換34
7.7.1 多相電動機的結構34
7.7.2 多相電動機的數學模型35
7.7.3 多相電動機的坐標變換38
7.8 電力電子變流器的動態模型40
7.8.1 變流器的電路平均模型41
7.8.2 三相變流器的開關狀態模型43
7.8.3 調制器與驅動電路的動態模型45
7.9 電力傳動繫統的仿真46
7.9.1 仿真模型與分析方法46
7.9.2 交流電動機的仿真47
7.9.3 電力電子變流器的仿真48
本章小結50
思考題與習題50
參考文獻51
第8章籠型轉子異步電動機高性能控制方法52
8.1 籠型轉子異步電動機的動態等效電路52
8.2 按轉子磁場定向的矢量控制繫統53
8.2.1 矢量控制繫統的解耦模型53
8.2.2 矢量控制繫統的基本思想和解決方案54
8.2.3 直接轉子磁場定向的矢量控制繫統55
8.2.4 間接轉子磁場定向的矢量控制繫統56
8.2.5 矢量控制繫統仿真56
8.3 直接轉矩控制繫統60
8.3.1 直接轉矩控制繫統的基本思想與控制原理60
8.3.2 DTC繫統的組成61
8.3.3 DTC的控制策略62
8.3.4 DTC繫統仿真試驗64
本章小結70
思考題和習題70
參考文獻71
第9章繞線轉子異步電動機雙饋控制繫統72
9.1 雙饋控制的基本原理與運行模式72
9.1.1 繞線轉子異步電動機雙饋控制的基本原理72
9.1.2 繞線轉子異步電動機雙饋控制的基本方法73
9.1.3 繞線轉子異步電動機雙饋運行的功率傳輸73
9.2 繞線轉子異步電動機的次同步速調速——串級調速繫統74
9.2.1 串級調速繫統的組成74
9.2.2 串級調速繫統的數學模型75
9.2.3 串級調速繫統的閉環控制動態結構圖76
9.3 繞線轉子異步電動機的超同步速調速——雙饋調速繫統77
9.3.1 采用交-交變頻器的雙饋調速繫統的組成及控制策略77
9.3.2 雙饋調速繫統的矢量控制78
9.3.3 雙饋調速繫統的應用舉例79
本章小結88
思考題與習題88
參考文獻88
第10章交流同步電動機控制繫統89
10.1 同步電動機的主要類型與調速方法89
10.1.1 電勵磁同步電動機89
10.1.2 永磁同步電動機89
10.1.3 同步電動機調速方法93
10.1.4 同步電動機在旋轉坐標繫的動態等效電路及方程94
10.2 同步電動機按定子磁鏈定向的矢量控制繫統95
10.2.1 控制繫統的組成與控制原理95
10.2.2 MATLAB/Simulink仿真96
10.3 永磁同步電動機按轉子磁鏈定向的矢量控制繫統98
10.3.1 控制繫統的組成98
10.3.2 MATLAB/Simulink仿真98
10.4 直流無刷同步電動機調速繫統100
10.4.1 控制繫統的組成102
10.4.2 MATLAB/Simulink仿真102
10.5 同步電動機的DTC繫統104
10.5.1 基於DTC的同步電動機調速繫統組成104
10.5.2 繫統仿真與試驗105
本章小結107
思考題與習題108
參考文獻108
第11章電力傳動繫統的弱磁控制109
11.1 電動機弱磁控制的基本概念109
11.2 直流電動機的弱磁控制109
11.2.1 他勵直流電動機弱磁調速109
11.2.2 串勵直流電動機弱磁調速繫統113
11.3 交流異步電動機的弱磁控制116
11.3.1 異步電動機的弱磁調速基本原理117
11.3.2 異步電動機弱磁調速的控制方法119
11.3.3 異步電動機的弱磁控制應用實例122
11.4 同步電動機的弱磁控制123
11.4.1 電勵磁同步電動機的弱磁控制123
11.4.2 永磁同步電動機的弱磁控制123
11.4.3 永磁電動機弱磁調速應用實例136
本章小結137
參考文獻138
第12章電力傳動繫統的參數辨識與狀態估計139
12.1 問題的提出139
12.2 參數辨識與狀態估計的基本原理與方法140
12.2.1 繫統辨識的基本結構和一般描述140
12.2.2 小二乘估計方法142
12.3 繫統狀態估計的理論與方法144
12.3.1 龍伯格狀態觀測器144
12.3.2 卡爾曼濾波器145
12.4 電力傳動繫統的參數辨識與狀態估計147
12.4.1 電動機參數的辨識147
12.4.2 電動機磁鏈的估計150
12.4.3 電動機轉速的估計157
12.4.4 電動機轉矩的估計161
12.5 無速度傳感器控制繫統163
12.5.1 基於VC的無速度傳感器控制繫統163
12.5.2 基於DTC的無速度傳感器控制繫統164
12.5.3 無速度傳感器控制繫統的仿真與實驗165
本章小結167
參考文獻167
第13章電力傳動繫統的先進控制方法169
13.1 電力傳動繫統

前言

筆者於2010年編寫的《電力傳動控制繫統》由於體現了以電力傳動繫統的基本規律和共性問題為主線，利用電機原理、控制理論和電力電子技術等理論與工具，深入探討繫統結構、數學模型和控制策略，分析繫統特性，給出繫統設計方法和仿真試驗結果的編寫理念，在一些高校的使用中獲得了一定的好評。
近年來，隨著電力電子與電力傳動技術的飛速發展和廣泛應用，尤其在電氣節能技術、可再生能源與電氣化交通等技術需求下，原有的教材中的一些內容已不能適應時代的要求。為此，需要對《電力傳動控制繫統》這本教材進行修訂，力圖與時俱進，使教學能跟上技術發展的需求。
在修訂過程中，考慮到目前各高校都在精簡課程和學時，而原有的教材內容尚顯繁雜艱深，教學和學習難度較大，因此從選材、內容安排到闡述方法等方面都做了一些新的嘗試。全書分為兩篇，按上、下兩冊出版。上冊為基礎篇，重點講解電力傳動控制繫統的基本結構、基礎知識和控制原理；下冊為提高篇，以統一電機模型為基礎，重點介紹交流傳動繫統的高性能控制方法，除了深入分析矢量控制和直接轉矩控制外，還探討了自適應控制、非線性控制、智能控制以及繫統辨識等在電力傳動繫統的應用。
本書為提高篇，以動態模型為基礎，重點介紹交流傳動繫統的高性能控制方法，從第7章至第14章共8章。筆者於2010年編寫的《電力傳動控制繫統》由於體現了以電力傳動繫統的基本規律和共性問題為主線，利用電機原理、控制理論和電力電子技術等理論與工具，深入探討繫統結構、數學模型和控制策略，分析繫統特性，給出繫統設計方法和仿真試驗結果的編寫理念，在一些高校的使用中獲得了一定的好評。
近年來，隨著電力電子與電力傳動技術的飛速發展和廣泛應用，尤其在電氣節能技術、可再生能源與電氣化交通等技術需求下，原有的教材中的一些內容已不能適應時代的要求。為此，需要對《電力傳動控制繫統》這本教材進行修訂，力圖與時俱進，使教學能跟上技術發展的需求。
在修訂過程中，考慮到目前各高校都在精簡課程和學時，而原有的教材內容尚顯繁雜艱深，教學和學習難度較大，因此從選材、內容安排到闡述方法等方面都做了一些新的嘗試。全書分為兩篇，按上、下兩冊出版。上冊為基礎篇，重點講解電力傳動控制繫統的基本結構、基礎知識和控制原理；下冊為提高篇，以統一電機模型為基礎，重點介紹交流傳動繫統的高性能控制方法，除了深入分析矢量控制和直接轉矩控制外，還探討了自適應控制、非線性控制、智能控制以及繫統辨識等在電力傳動繫統的應用。
本書為提高篇，以動態模型為基礎，重點介紹交流傳動繫統的高性能控制方法，從第7章至第14章共8章。
第7章介紹了電力傳動繫統的動態模型，從統一電機模型出發，重點討論交流電動機的動態建模方法、坐標變換和模型簡化，還包括狀態方程模型、差分方程模型以及各種模型之間的轉換方法，作為全書的基礎和引導。
第8～10章主要介紹了基於動態模型的交流電力傳動控制繫統，重點分析了矢量控制與直接轉矩方法，包括各種繫統組成結構和控制策略，使讀者能學習和掌握現代電力傳動繫統的主要控制理念和經典方法。
第11章集中探討了交、直流電動機的弱磁控制問題，主要針對恆功率負載的特點，深入分析了電力傳動繫統的弱磁分區、協調控制策略和繫統性能。
第12章專門分析和討論了電力傳動繫統的參數辨識和估計問題，包括繫統辨識原理、各種參數估計方法原理與繫統結構等，為前面章節的各種控制繫統的參數估計提供多種解決方案，進而介紹了無傳感器控制的電力傳動繫統的原理和方法。
第13章針對交流傳動繫統的非線性本質和PI控制難以應對參數變化等問題，探討了一些先進的控制思想和方法及其在電力傳動繫統的應用，包括自適應控制、非線性控制和智能控制等，以擴展讀者的研究思路和視野。
第14章介紹了電力傳動繫統的應用，考慮到交通電氣化發展的新趨勢成為高性能電力傳動新的應用領域，該章重點聚焦高速動車、城市軌道交通、電動汽車和船舶電力推進繫統的運動控制問題，采用高性能電力傳動取代傳統動力裝置，具有典型性和新穎性，也為進一步發展智能運動和機器人等智能化繫統提供了知識基礎。
提高篇的知識面廣、內容深入，應用了現代控制理論的主要方法，包括狀態方程、繫統辨識和各種先進的控制方法，需要讀者具備較為堅實的基礎理論，可供碩士研究生和高年級本科生學習。主要內容的教學時數為36～54學時，各學校可根據各自教學大綱的需要選擇內容和安排教學。由於與傳統教材有較大差異，建議任課教師根據教學要求、課程時數和學生程度有所選擇。比如，對於本科生高年級課程，可以選擇第7~10章的主要內容組織教學和學習，其他章節可安排選修課。
本書由上海海事大學湯天浩教授主編，參加編寫的有上海海事大學謝衛教授、韓金剛副教授和陳昊講師，並特邀同濟大學康勁松教授加盟。謝衛教授以他在電機理論方面的深厚造詣，編寫了第7章中的電動機動態建模，並負責電子課件的編撰、制作。康勁松教授長期從事電動汽車和軌道交通的研究，編寫了第11章和第14章。韓金剛副教授在電力電子變流技術方面頗有研究成果，編寫了第7章變流器建模部分和第13章的預測控制部分。陳昊講師在法國獲得博士學位，編寫了第13章的內模控制部分，並提供了大部分的繫統仿真內容。筆者主要編寫了第12章和第13章，並負責全書的統稿。本書第8～10章的內容在2013年出版的《電力傳動控制繫統》第4章的基礎上進行了修改和擴充，在此感謝原書作者之一陸海慧博士的歷史貢獻。
本書的編寫還得到上海海事大學的大力支持，許多研究生參與了在MATLAB的Simulink仿真平臺上設計和建立各種繫統的仿真模型並進行了仿真試驗，在此謹向他們的辛勤工作表示感謝。
由於編者水平有限，本書還會存在許多缺點和不足，懇請廣大讀者批評指正。

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