永磁同步电机控制系统PDF版电子书免费下载

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上传日期: 2019-03-21

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资料介绍

  本书以永磁同步电机为对象,以永磁同步电机控制系统的构成、原理、控制方法、系统响应性能为主线,借助经典控制理论和现代控制理论的结合,对永磁同步电机控制系统进行了比较全面的理论分析与性能研究。主要内容包括:介绍电机矢量控制和直接转矩控制两种控制策略,探讨永磁同步电机控制系统的控制策略选择:确定永磁同步电机控制系统的电流控制方案;研究永磁同步电机控制系统结构与数学模型,实现控制系统的设计,并进行仿真;通过实验和仿真研究控制系统电流环、速度环、位置环响应及提高其响应性能的措施,探讨负载扰动、负载转动惯量对系统响应的影响及其抑制方法;详细分析永磁同步电机控制系统的启制动过程;实施控制系统对象电机的初始定位;采用现代控制理论实施控制系统调节器的设计、借助于负载观测提高控制系统响应性能;研究基于矢量控制实验平台实现永磁同步电机的参数检测等。

  本书适合电气工程专业、自动化专业及相关专业的教学与科研人员、电气工程及其相近专业研究生、从事电气传动设计与运行的科技人员使用。

  交流电机控制系统具有如下特点:电机的制造成本低、结构简单、维护成本低、可以实现高压大功率及高速驱动、适宜于恶劣的工作环境、系统成本随着技术的发展而逐步下降、能获得和直流电机控制系统相媲美的控制性能。正因为如此,在电力传动领域,交流电机控制系统受到了行业内的普遍重视,已经形成研究开发、推广应用交流电机控制系统的热潮。

  交流永磁同步电机是一种新型的交流电机,因为稀土永磁材料的出现、价格的下降,永磁同步电机逐步走进人们的视线。随着电力电子技术、微型计算机技术、稀土永磁材料和控制理论的飞速发展,永磁同步电机在中低容量的运动控制系统中得到了广泛的应用,尤其是在伺服传动领域,永磁同步电机正在逐步取代直流电机、步进电机而成为伺服驱动的发展方向。然而,由于永磁同步电机控制系统受电机参数变化、外部负载扰动等因素的影响,要获得高性能、宽调速范围的永磁同步电机控制系统,必须采取先进的控制策略与控制手段,使系统具有较强的适应性和较强的抗干扰能力。本书的主要工作就是围绕高性能、宽调速范围永磁同步电机控制系统的研究而展开,主要内容如下:

  对永磁同步电机的矢量控制技术和直接转矩控制技术进行系统的分析,通过对两种控制策略的原理及其使用时的控制性能进行比较可以发现,矢量控制技术可以实现电机交直轴之间的解耦,具有转矩控制的线性特性,能够获得比较平稳的输出转矩,达到比较宽的调速范围。

  电机的转矩控制最终归结为交直轴电流的控制,本书详细讨论永磁同步电机矢量控制的四种电流控制方法,对这四种电流控制方法的转矩控制特性、转矩输出能力、功率因数特性、电流控制特性等进行分析。

  根据自动控制理论,借助于永磁同步电机控制系统的构成与数学模型,按照自动控制系统调节器的工程设计方法,阐述系统三个环节的设计,并对系统进行仿真,分析系统的稳定性;分析系统动态性能和系统调节器参数之间的关系,以及负载变动、对象参数变动对系统各环节的影响及系统控制的应对措施;实现矢量控制时永磁同步电机的初始定位,以保证电机控制系统矢量控制的实现。

  详细分析永磁同步电机控制系统电流环的影响因素,及其获得高性能电流响应控制的措施。为抑制因为使用PI调节器所出现的速度响应超调,探讨使用二次型指标最优(LQSF)实现永磁同步电机控制系统速度调节器的设计,针对实际速度阶跃过程中调节器的饱和,采用Bang-Bang控制实现速度调节器饱和期间的速度控制。为简化调节器的设计,使用比例积分调节和速度微分负反馈实现速度环的全状态反馈控制,详细分析速度微分负反馈抑制速度超调的机理。

  在负载突变过程中,永磁同步电机控制系统不可避免地出现动态速降(升)和速度静差,为提高速度环的响应性能,提高速度环的特性硬度,探讨使用负载观测器的控制思想,将负载观测器的输出信号引入到电流环输入端,以补偿负载扰动对速度环的影响,从而提高控制系统对负载扰动的鲁棒性。

  分析电机控制系统位置环的影响因素,其中负载转动惯量是影响电机控制系统位置跟踪响应速度及产生位置响应超调的主要因素,通过在线检测电机轴联转动惯量借以进行自动修改

  调节器参数,可以保证电机控制系统良好的位置跟踪响应。

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