內容簡介
《無刷直流電機控制系統》內容主要涵蓋無刷直流電機原理分析及其控制系統的設計與套用，並對無刷直流電機速度控制、轉矩波動抑制和無位置感測器控制等關鍵技術問題進行了詳細論述。全書力求貫徹理論與實際相結合的原則，既闡明無刷直流電機控制系統的基本概念和基本原理，又給出其設計與分析的具體過程，並反映其新技術、新成就和實際套用動態。作者簡介
夏長亮，1968年4月出生，天津大學教授、搏士生導師，1995年於浙江大學獲博士學位。中國青年科技獎、國家傑出青年科學基金獲得者。獲教育部新世紀優秀人才、霍英東高校教師獎、天津市傑出青年、天津青年科技獎、天津市五一勞動獎章、天津青年五四獎章等榮譽。
擔任中國電工技術學會理事、中國電工技術學會電控系統與裝置專委會副主任委員、中國自動化學會電氣自動化專委會副主任委員、天津市電機工程學會副理事長、 《電工技術學報》和《電工電能新技術》編委。
作為項目負責人承擔科研項目30餘項，其中國家傑出青年科學基金1項、國家科技支撐計畫1項、國家自然科學基金3項、天津市重大及重點項目4項等。作為第一完成人獲省部級一等獎2項、二等獎3項，天津市產學研突出貢獻獎1項。作為第一發明人申請國家發明專利15項，發表SC1／E1收錄論文110餘篇。
目錄
前言第一章緒論
1.1無刷直流電機發展歷程
1.2無刷直流電機套用場合
1.3無刷直流電機研究現狀
1.3.1無位置感測器控制技術
1.3.2轉矩波動抑制研究
1.3.3無刷直流電機控制器研究
1.4無刷直流電機發展趨勢
參考文獻
第二章無刷直流電機數學模型及特性分析
2.1無刷直流電機結構類型及驅動方式
2.1.1無刷直流電機本體結構
2.1.2功率驅動方式
2.2無刷直流電機數學模型
2.2.1微分方程模型
2.2.2傳遞函式模型
2.2.3狀態空間模型
2.3無刷直流電機特性分析
2.3.1無刷直流電機啟動特性
2.3.2無刷直流電機穩態運行特性
2.3.3無刷直流電機動態性能分析
2.3.4無刷直流電機換相暫態分析
參考文獻
第三章無刷直流電機速度控制系統
3.1無刷直流電機雙閉環調速
3.1.1P1D調速原理
3.1.2控制器設計
3.2無刷直流電機速度智慧型控制技術
3.2.1模糊控制
3.2.2神經網路控制
3.2.3遺傳算法最佳化控制
3.2.4滑模變結構控制
3.2.5灰色控制
3.2.6其他智慧型調速方法
3.3電機參數對動態回響和調速範圍的影響
3.3.1電阻參數
3.3.2電感參數
3.3.3轉動慣量參數
參考文獻
第四章無刷直流電機換相轉矩波動分析與抑制
4.1分時換相策略抑制轉矩波動
4.1.1換相轉矩波動分析
4.1.2分時換相策略分析
4.1.3最佳分時換相策略的研究
4.2基於自抗擾技術的換相轉矩波動抑制
4.2.1抑制轉矩波動的自抗擾策略
4.2.2實驗結果
4.3基於BP神經網路的換相轉矩波動抑制
4.3.1BP神經網路
4.3.2自校正調節器
4.3.3實驗結果
4.4基於模糊小生境遺傳算法的電機最佳化設計與轉矩波動抑制
4.4.1反電勢波形平頂寬度的計算
4.4.2模糊小生境遺傳算法
4.4.3無刷直流電機最佳化設計
參考文獻
第五章無刷直流電機的無位置感測器控制
5.1轉子位置間接檢測法
5.1.1反電勢法
5.1.2磁鏈法
5.1.3電感法
5.1.4人工智慧法
5.2無位置感測器控制
5.2.1基於擾動觀測器的無位置感測器控制
5.2.2基於Kalman濾波的無位置感測器控制
5.2.3基於滑模觀測器的無位置感測器控制
5.2.4基於小波網路的無位置感測器控制
5.3無位置感測器控制下的啟動
5.3.1靜止狀態下轉子初始位置的確定
5.3.2無位置感測器下的啟動方法
參考文獻
第六章無刷直流電機控制系統仿真
6.1無刷直流電機S函式仿真
6.2無刷直流電機圖形化仿真
6.2.1無刷直流電機雙閉環調速系統仿真
6.2.2無刷直流電機相電流超前導通運行仿真
參考文獻
第七章無刷直流電機控制系統實現
7.1系統主電路
7.2驅動電路
7.2.1MOSFET驅動電路
7.2.2IGBT驅動電路
7.2.3智慧型功率模組
7.3轉子位置信號檢測電路
7.4微處理器控制電路
7.4.1微處理器選型
7.4.2單片機控制電路
7.4.3DSP控制電路
7.5保護電路
7.5.1過壓保護電路
7.5.2過流保護電路
7.5.3邏輯保護電路
7.5.4其他保護電路
7.6無位置感測器控制電路
7.6.1電壓檢測電路
7.6.2濾波移相電路
7.6.3電流檢測電路
7.7無刷直流電機控制專用積體電路
7.7.1MC33033積體電路的套用
7.7.2TB6537P積體電路的套用
7.8系統軟體設計
7.8.1帶位置感測器無刷直流電機軟體設計
7.8.2無位置感測器無刷直流電機軟體設計
7.8.3軟體可靠性設計
7.9硬體系統電磁兼容性設計
7.9.1強電部分電磁兼容性設計
7.9.2弱電部分電磁兼容性設計
參考文獻
第八章無刷直流電機控制系統套用實例
8.1電梯門機系統
8.1.1電梯門機系統介紹
8.1.2電梯門機系統技術要求
8.1.3電梯門機控制系統硬體設計
8.1.4電梯門機控制系統軟體設計
8.2電梯曳引機系統
8.2.1電梯曳引機系統介紹
8.2.2無刷直流電機無齒輪電梯曳引機的特點
8.2.3電梯曳引機的技術要求
8.2.4電梯曳引機控制系統硬體設計
8.2.5電梯曳引機控制系統軟體設計
8.3無刷直流電機在變頻空調中的套用
8.4無刷直流電機在電動汽車中的套用
8.5無刷直流電機在電動腳踏車中的套用
8.6無刷直流電機在其他領域的套用
8.6.1在風機、水泵上的套用
8.6.2在洗衣機上的套用
8.6.3在醫療器械上的套用
參考文獻
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前言
無刷直流電機控制系統是集電機技術、電力電子技術、控制理論和計算機技術等現代科學技術於一身的機電一體化系統。無刷直流電機在保持傳統直流電機優越的調速性能基礎上，克服了原來機械換向和電刷引起的一系列問題，在現代社會的各個領域均有較好的套用。新型稀土永磁材料的開發和利用，將會使無刷直流電機具有更加廣闊的套用前景。全書共分八章。第一章介紹了無刷直流電機的發展歷史、研究現狀及其發展前景；第二章闡述了無刷直流電機的基本原理，並對無刷直流電機的數學模型、機械特性、調節特性和換相暫態過程進行了系統的分析和研究；第三章重點分析了無刷直流電機速度控制系統的相關問題，包括經典的雙閉環調速系統和各種基於智慧型算法的調速控制以及電機內部參數對調速性能的影響等；第四章介紹了無刷直流電機控制系統中的一個重要研究方向——轉矩波動分析與抑制，分析了產生轉矩波動的原因和類型，主要研究了基於自抗擾、BP神經網路和模糊小生境遺傳算法的轉矩波動抑制問題；第五章研究了當前無刷直流電機控制系統的另一個熱點——無位置感測器控制，分析了各類無刷直流電機位置檢測方法和多種基於現代控制理論與智慧型算法的無位置感測器控制方法；第六章介紹了基於MATLAB的無刷直流電機仿真控制系統設計方法，並給出了典型實例及其分析過程；第七章論述了基於單片機和DSP的無刷直流電機控制系統的軟硬體設計方法及其關鍵技術；第八章介紹了無刷直流電機在電梯門機、電梯曳引機、變頻空調、電動汽車和電動腳踏車等場合中的套用。
本書是作者在無刷直流電機控制領域十多年研究工作的基礎上完成的一部學術著作，是作者主持的多個國家級和省部級基金項目的成果匯總，其中包括作者所指導的多名博士研究生和碩士研究生的研究工作，尤其是方紅偉博士、陳煒博士，以及宋鵬、李志強、王迎發、耿強等博士研究生參與了本書部分章節的編寫工作。
瀋陽工業大學的王鳳翔教授對本書提出了很多寶貴意見，值此新書出版之際，向他表示衷心的感謝。
精彩書摘
第一章 緒論目前，國內外對無刷直流電機（brushlessDCmotor，BLDCM）的定義一般有兩種：一種定義認為只有梯形波／方波無刷直流電機才可以被稱為無刷直流電機，而正弦波無刷電機則被稱為永磁同步電機（permanentmagnetsynchronousmotor，PMSM）；另一種定義認為梯形波／方波無刷電機和正弦波無刷電機都是無刷直流電機。ANSl／IEEE國際標準100—1984隻定義了“brushlessrotarymachinery”，NEMA標準MG7—1987則將無刷直流電機定義為“一種轉子為永磁體，帶轉子位置信號，通過電子換相控制的自同步旋轉電機”，其換相電路可以是獨立的也可以是集成於電機本體上的。但迄今為止，還沒有一個公認的統一標準對無刷直流電機進行準確的分類或者定義。本書將採用第一種定義，把具有串勵直流電機啟動特性和並勵直流電機調速特性的梯形波／方波無刷直流電機稱為無刷直流電機。無刷直流電機由於其具有結構簡單、出力大和效率高等特點，已在國防、航空航天、機器人、工業過程控制、精密工具機、汽車電子、家用電器和辦公自動化等領域中得到了較好的套用。本章將分別敘述無刷直流電機的發展歷史、套用場合、研究現狀及其相關技術的發展趨勢。
