開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)理論與控制技術(shù)

內(nèi)容概要

本書(shū)共分為8章。分別闡述了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其控制系統(tǒng)發(fā)展概況，推導(dǎo)了電機(jī)線性、準(zhǔn)線性和非線性數(shù)學(xué)模型，給出了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)計(jì)算設(shè)計(jì)程序，講述了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)有限元分析方法，研究了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制策略，詳細(xì)介紹了利用軟件建立開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)仿真模型的步驟，并進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)性能仿真和動(dòng)態(tài)性能仿真，最后針對(duì)DSP對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)有位置傳感器和無(wú)位置傳感器調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行理論分析與設(shè)計(jì)。    本書(shū)適用于從事電力電子及電氣傳動(dòng)專業(yè)高等學(xué)院教師和研究生，以及相關(guān)專業(yè)的科研機(jī)構(gòu)的研究人員。

書(shū)籍目錄

前言第1章  緒論  1.1  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的發(fā)展概況  1.2  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)    1.2.1  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)    1.2.2開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的缺點(diǎn)  1.3  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)化方法  1.4  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)技術(shù)    1.4.1  基于抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的傳統(tǒng)控制策略    1.4.2  基于抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的線性化控制    1.4.3  基于抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的變結(jié)構(gòu)控制    1.4.4  基于抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的智能控制理論    1.4.5  基于抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩分配策略    1.4.6  基于抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的迭代學(xué)習(xí)控制    1.4.7  基于抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的微步控制策略    1.4.8  其他方法  1.5  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)未來(lái)研究方向  1.6  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的工業(yè)應(yīng)用第2章  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理及數(shù)學(xué)模型  2.1  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)基本原理  2.2  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的一些基本結(jié)構(gòu)    2.2.1  單相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)    2.2.2  兩相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)    2.2.3  三相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)    2.2.4  四相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)    2.2.5  五相以上開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)  2.3  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)改進(jìn)結(jié)構(gòu)  2.4  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型    2.4.1  電路方程    2.4.2  機(jī)械方程    2.4.3  機(jī)電聯(lián)系方程    2.4.4  線性模型    2.4.5  準(zhǔn)線性模型    2.4.6  非線性模型  2.5  混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型    2.5.1  混合勵(lì)磁電機(jī)磁路特點(diǎn)    2.5.2  混合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程第3章  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)電磁設(shè)計(jì)  3.1  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)計(jì)及優(yōu)化方法    3.1.1  電機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    3.1.2  電機(jī)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)  3.2  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)損耗分析    3.2.1  繞組銅損分析    3.2.2  機(jī)械損耗分析    3.2.3  雜散損耗分析    3.2.4  電機(jī)鐵損分析  3.3  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)參數(shù)計(jì)算    3.3.1  電負(fù)荷與磁負(fù)荷    3.3.2  主要尺寸  3.4  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)本體設(shè)計(jì)示例    3.4.1  相數(shù)、極數(shù)和繞組端電壓    3.4.2  主要尺寸的選擇    3.4.3  其他結(jié)構(gòu)尺寸及繞組匝數(shù)    3.4.4  電流及轉(zhuǎn)矩計(jì)算    3.4.5  繞組設(shè)計(jì)    3.4.6  參數(shù)計(jì)算第4章  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)性能優(yōu)化  4.1  電機(jī)電磁場(chǎng)的理論基礎(chǔ)  4.2  有限元法    4.2.1  有限元法的發(fā)展    4.2.2  Ansoft軟件簡(jiǎn)介    4.2.3 Ansoft有限元法    4.2.4  電磁場(chǎng)有限元方法的特點(diǎn)及一般步驟  4.3  RMxprt軟件設(shè)計(jì)及使用方法    4.3.1  啟動(dòng)軟件    4.3.2  新建SRM模型    4.3.3  建模結(jié)果    4.3.4  仿真計(jì)算    4.3.5  模型導(dǎo)出  4.4  Maxwell 2D軟件設(shè)計(jì)及使用方法    4.4.1  打開(kāi)工程文件    4.4.2  模型設(shè)置    4.4.3  材料設(shè)置    4.4.4  邊界及激勵(lì)源設(shè)置    4.4.5  設(shè)置鐵芯損耗參數(shù)    4.4.6  設(shè)置仿真參數(shù)    4.4.7  運(yùn)動(dòng)部分設(shè)置    4.4.8  仿真運(yùn)算  4.5  有限元分析結(jié)果處理    4.5.1  RMxprt輸出的性能曲線    4.5.2  Maxwell 2D的求解結(jié)果    4.5.3  有限元后處理  4.6  基于轉(zhuǎn)矩波動(dòng)抑制電機(jī)本體優(yōu)化    4.6.1  影響轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的因素    4.6.2  開(kāi)通角、關(guān)斷角對(duì)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的影響    4.6.3  定子磁極結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的影響第5章  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的控制策略  5.1  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制方式    5.1.1  角度位置控制(APC)    5.1.2  電流斬波控制(CCC)    5.1.3  電壓斬波控制(CVC)  5.2  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速特性  5.3  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)能量回饋控制    5.3.1  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)電運(yùn)行機(jī)理    5.3.2  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)電運(yùn)行的勵(lì)磁過(guò)程    5.3.3  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的能量變換理論    5.3.4  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)電狀態(tài)工作特點(diǎn)  5.4  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)PID控制    5.4.1  標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字PID算法    5.4.2  其他PID方法  5.5  迭代學(xué)習(xí)控制    5.5.1  基于模型控制系統(tǒng)和迭代學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)概述    5.5.2  迭代學(xué)習(xí)控制過(guò)程和開(kāi)環(huán)PID迭代學(xué)習(xí)控制  5.6  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩分配控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)    5.6.1  速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)    5.6.2  轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)的設(shè)計(jì)    5.6.3  電流控制器設(shè)計(jì)第6章  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)  6.1  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在電機(jī)控制中的地位    6.1.1  與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的比較    6.1.2  與反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)的比較    6.1.3  與直流電動(dòng)機(jī)的比較    6.1.4  與無(wú)換向器直流電動(dòng)機(jī)的比較    6.1.5  與異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的比較  6.2  功率電子器件    6.2.1  功率MOSFET特點(diǎn)    6.2.2  功率IGBT工作特點(diǎn)  6.3  PWM控制技術(shù)    6.3.1  傳統(tǒng)PWM技術(shù)    6.3.2  優(yōu)化后的PWM技術(shù)    6.3.3  空間電壓矢量PWM控制    6.3.4  跟蹤型PWM控制技術(shù)  6.4  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)    6.4.1  不對(duì)稱半橋主回路    6.4.2  H橋主回路    6.4.3  不對(duì)稱半橋改進(jìn)型    6.4.4  (n+1)型功率變換器    6.4.5  電容裂相型    6.4.6  電容轉(zhuǎn)儲(chǔ)型  6.5  整流及吸收回路設(shè)計(jì)    6.5.1  功率吸收電路設(shè)計(jì)    6.5.2  吸收電路參數(shù)計(jì)算    6.5.3  整流電路設(shè)計(jì)    6.5.4  電流采樣與處理電路    6.5.5  轉(zhuǎn)子位置信號(hào)采集與處理    6.5.6  系統(tǒng)保護(hù)電路設(shè)計(jì)  6.6  功率及驅(qū)動(dòng)電路    6.6.1  SKH124驅(qū)動(dòng)模塊在SRD系統(tǒng)中的應(yīng)用    6.6.2  Si9976DY——橋式驅(qū)動(dòng)器的原理及應(yīng)用    6.6.3  EXB841工作原理    6.6.4  FCAS50SN60開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)功率模塊第7章  基于DSP開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器設(shè)計(jì)  7.1  DSP的特點(diǎn)  7.2  電動(dòng)機(jī)DSP控制系統(tǒng)基礎(chǔ)    7.2.1  DSP電機(jī)控制特點(diǎn)    7.2.2  數(shù)字濾波DSP實(shí)現(xiàn)方法  7.3  有位置傳感器DSP控制    7.3.1  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制機(jī)理    7.3.2  DSP控制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)硬件設(shè)計(jì)    7.3.3  軟件設(shè)計(jì)    7.3.4  電流控制    7.3.5  位置控制    7.3.6  速度控制    7.3.7  換相控制    7.3.8  速度控制器    7.3.9  DSP編程示例  7.4  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)無(wú)傳感器DSP控制    7.4.1  調(diào)速系統(tǒng)硬件描述    7.4.2  無(wú)傳感器開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制軟件    7.4.3  無(wú)傳感器換相和速度更新算法    7.4.4  速度環(huán)    7.4.5  電流控制回路    7.4.6  斜坡控制器    7.4.7  無(wú)傳感器開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的校準(zhǔn)第8章  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真  8.1  引言  8.2  基于MATLAB/Simulink的系統(tǒng)建模與仿真分析    8.2.1  仿真軟件MATLAB/Simulink簡(jiǎn)介    8.2.2  電機(jī)模型的建立  8.3  控制系統(tǒng)PI控制策略建模與仿真    8.3.1  SRM調(diào)速系統(tǒng)的無(wú)PI控制仿真    8.3.2  電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的PI控制仿真分析  8.4  基于模糊控制器的系統(tǒng)仿真分析    8.4.1  模糊控制器的設(shè)計(jì)    8.4.2  SRM調(diào)速系統(tǒng)的模糊控制仿真及結(jié)果分析  8.5  SRM調(diào)速系統(tǒng)模糊PI控制仿真  8.6  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)能量回饋建模與仿真    8.6.1  發(fā)電狀態(tài)的基本電路方程    8.6.2  發(fā)電運(yùn)行的相電流解析  8.7  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)模型分析  8.8  開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)模型的建立    8.8.1  電流滯環(huán)控制模塊    8.8.2  電流計(jì)算模塊    8.8.3  轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　由SRM的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式可以看出，SRM是一種高度非線性的電能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置，其非線性主要表現(xiàn)在磁鏈對(duì)轉(zhuǎn)子角和相電流的非線性關(guān)系上，進(jìn)而由此得到其電磁轉(zhuǎn)矩同樣是角度和電流的非線性函數(shù)的結(jié)論，因而在傳統(tǒng)的控制方式下必然存在著較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)?！　RM轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理如下：SRM每一相的轉(zhuǎn)矩特性可以用轉(zhuǎn)矩-電流-角度曲線描述，對(duì)于相鄰兩相在空間上相差一個(gè)步距角，整個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性依賴于兩相的重疊角、凸極形狀、材料特性、凸極數(shù)目以及電機(jī)相數(shù)。最大的轉(zhuǎn)矩降落可以由重疊相的矩角特性曲線得到，該轉(zhuǎn)矩降落出現(xiàn)在相同電流產(chǎn)生相同轉(zhuǎn)矩的相鄰兩相矩角特性曲線的交點(diǎn)處，是由于在換相時(shí)當(dāng)前相關(guān)斷不再產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而下一個(gè)導(dǎo)通相不能產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)矩造成的，顯然該降落越小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制越容易。在傳統(tǒng)的矩形電流開(kāi)關(guān)控制方式下，SRM存在著顯著的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)將造成轉(zhuǎn)速的上下波動(dòng)，對(duì)于驅(qū)動(dòng)高精度的控制裝置，傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)控制方式難以滿足要求，比如在機(jī)床主軸和伺服軸控制上還沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。　　為了提高電機(jī)的運(yùn)行性能，許多學(xué)者從不同角度提出了各種方案，概括起來(lái)有以下兩種：　　（1）改進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。從以上介紹可以看出，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)主要出現(xiàn)在相鄰相矩角特性曲線重疊的地方，重疊比例越大越有利于減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，而增加轉(zhuǎn)子的凸極數(shù)目有利于提高重疊比例，但這樣會(huì)降低磁場(chǎng)的飽和率，在控制時(shí)需要較大的控制電壓，同時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩也將降低，所以普遍采用的方法是增加定子凸極寬度以及增加每相對(duì)應(yīng)的定子凸極數(shù)目，這樣可以有效地降低SRM的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)?！　。?）采用合適的控制技術(shù)。對(duì)于給定的電機(jī)來(lái)說(shuō)，其結(jié)構(gòu)及磁路參數(shù)都是確定的，只有通過(guò)選擇合適的控制手段來(lái)抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、提高系統(tǒng)性能方面做了大量深入的研究。

編輯推薦

　　《開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)理論與控制技術(shù)》著眼于實(shí)用技術(shù)，并兼顧到發(fā)展趨勢(shì)?？紤]到實(shí)際應(yīng)用的需要，詳細(xì)介紹了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的幾種典型結(jié)構(gòu)形式，并針對(duì)新型開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行論述，總結(jié)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在繞組結(jié)構(gòu)形式上的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，比較并闡述了各種繞組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)基本方程式的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)電機(jī)線性數(shù)學(xué)模型和準(zhǔn)線性數(shù)學(xué)模型，具體分析繞組電流、繞組磁鏈、繞組電感和電磁轉(zhuǎn)矩，給出了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)計(jì)步驟。并且，分析了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生的原因，深入研究了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制策略，并以DSP為控制芯片，給出了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和基本設(shè)計(jì)軟件。　　開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在各種需要調(diào)速和高效率的場(chǎng)合——電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)、通用工業(yè)、家用電器、紡織機(jī)械、電力傳動(dòng)系統(tǒng)等，都有很廣泛的實(shí)際應(yīng)用。因此，相信這本書(shū)會(huì)給從事相關(guān)專業(yè)工作的廣大讀者朋友們一個(gè)很好的啟示與幫助。

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