永磁電機高精度控制系統 — 從 PID 控制到智能控制

高鐘毓、賀曉霞

永磁電機高精度控制系統 — 從 PID 控制到智能控制 預覽內頁
  • 出版商: 清華大學
  • 出版日期: 2025-01-01
  • 定價: $528
  • 售價: 8.5 折 $449
  • 語言: 簡體中文
  • ISBN: 730267759X
  • ISBN-13: 9787302677598
  • 相關分類: 控制系統 Control-systems

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商品描述

本專著系統地介紹了無刷直流電機與永磁同步電機的工作原理和數學模型、工程實現中的電壓源脈沖調寬逆變器和測角元件的原理、PID控制系統的電流環和位置環設計方法及智能控制方法，包括自調整模糊PID控制、自適應模糊滑模變結構控制、自適應模糊反步控制，以及自適應模糊/神經網絡動態面控制方法。全書共8章，前兩章介紹無刷直流電機與永磁同步電機工作原理及控制實現中最重要的至動單元——電壓源脈沖調寬逆變器；第3、4章介紹了PID控制方法；第5~8章介紹智能控制方法。第一章包括齒槽力矩和紋波力矩、無刷直流電機連續旋轉的原理、無刷直流電機的數學模型、永磁同步電機矢量控制系統建模；第二章為電壓源脈沖調寬逆變器，包括 SPWM功率放大器與諧波濾波器、三相SVPWM逆變器、三橋臂兩相SVPWM逆變器、雙H-橋兩相SVPWM逆變器、SVPWM波形計算、SVPWM電腦實現、智能功率模塊；第三章為電流環設計，包括無刷直流電機電流環硬件配置、無刷直流電機電流環設計、永磁同步電機電流環設計、自適應魯棒預測電流控制；第四章為位置環PID控制器設計，包括光電軸角編碼器系統、角秒級增量式光電編碼器電路設計、粗精組合感應同步器測角系統、伺服系統位置環硬件配置、位置環PID控制器設計、積分反纏繞設計；第五章為自調整模糊PID控制；第六章為自適應模糊滑模控制，包括機械接觸摩擦非線性模型、機械傳動齒隙非線性模型、兩種典型的永磁電機伺服系統動力學模型、滑模面與趨近律、模糊基函數與模糊萬能逼近定理、自適應模糊滑模控制器設計、Simulink模擬結果；第七章為自適應模糊反步控制，包括預備知識、反步法控制的原理、反步控制設計方法驗證、單輸入-單輸出（SISO）系統自適應反步滑模跟蹤控制、含齒隙和摩擦的無刷直流電機伺服系統自適應模糊反步控制、永磁同步電機自適應模糊反步法位置跟蹤控制及模擬驗證；第八章為自適應模糊/神經網絡動態面控制，包括非線性系統動態面（DSM）控制基本原理、含失配函數的嚴反饋非Lipschitz非線性系統動態面控制、含齒隙滯環的非線性系統自適應模糊動態面控制、永磁同步電機位置跟蹤系統自適應神經網絡動態面控制、基於預報器的嚴反饋非線性系統神經網絡動態面控制、基於預報器的PMSM伺服系統神經網絡動態面控制及模擬驗證。本專著適合電機控制領域的研究生及科研人員用於提高專業知識和擴展知識面。

目錄大綱

目錄

 

第1章工作原理與數學模型

1.1無刷直流電機與永磁同步電機

1.2齒槽力矩和紋波力矩

1.3無刷直流電機連續旋轉的原理

1.4無刷直流電機的數學模型

1.4.1電壓方程

1.4.2反電動勢表達式

1.4.3轉矩方程

1.4.4機械運動方程

1.4.5傳遞函數模型

1.5永磁同步電機矢量控制系統建模

1.5.1靜止坐標系的電壓、磁鏈及電磁轉矩方程

1.5.2坐標變換

1.5.3轉子坐標系中的數學模型

參考文獻

 

第2章電壓源脈沖調寬逆變器

2.1SPWM功率放大器與諧波濾波器

2.2三相SVPWM逆變器

2.3三橋臂兩相SVPWM逆變器

2.4雙H橋空間矢量調制兩相功率放大器

2.5SVPWM波形計算

2.5.1三橋臂三相逆變器

2.5.2三橋臂兩相逆變器

2.5.3雙H橋兩相逆變器

2.6SVPWM的電腦實現

2.7智能功率模塊

2.7.1IPM的內部功能機制

2.7.2IPM的外圍驅動電路設計

2.7.3IPM的保護電路設計

2.7.4制動用IGBT及續流二極管

參考文獻

附錄

 

第3章電流環設計

3.1無刷直流電機電流環硬件配置

3.1.1主控制器模塊

3.1.2電機功率驅動模塊

3.1.3霍爾位置傳感器信號檢測電路

3.1.4母線電流檢測電路

3.1.5母線電壓測量電路

3.2無刷直流電機電流環設計

3.3永磁同步電機電流環設計

3.4自適應魯棒預測電流控制

3.4.1具有不確定性擾動的表貼式PMSM數學模型

3.4.2預測電流控制

3.4.3預測內模發生器

3.4.4穩定性分析與自適應增益調整

3.4.5Simulink模擬結果

參考文獻

附錄

 

第4章位置環PID控制器設計

4.1光電軸角編碼器系統

4.1.1絕對式光電編碼器

4.1.2增量式光電編碼器

4.1.3電機轉速測量

4.2角秒級增量式光電編碼器電路設計

4.2.1總體原理框圖

4.2.2細分與鑒相電路

4.2.3高速同步可逆計數器電路

4.2.4功能模擬結果

4.3粗精組合感應同步器測角系統

4.3.1感應同步器盤片結構與測角原理

4.3.2感應同步器測角電路

4.3.3測角系統誤差檢測與補償

4.3.4感應同步器接口電路與數據採集

4.3.5粗精組合感應同步器數據處理

4.4伺服系統位置環硬件配置

4.5位置環PID控制器設計

4.5.1設計技術指標

4.5.2控制器的參數設計

4.5.3系統性能驗證

4.6積分反“纏繞”設計

4.6.1附加反饋支路的作用

4.6.2反饋支路時間常數Tt選擇

4.6.3控制律的等價離散化

4.6.4執行器飽和反“纏繞”Simulink模擬

參考文獻

附錄： Quartus Ⅱ 9.0建立工程、編譯及模擬過程

 

第5章自調整模糊PID控制

5.1模糊控制器基本原理

5.2模糊PID控制器設計計算

5.2.1基本論域到模糊論域的轉換

5.2.2確立輸入/輸出的語言變量

5.2.3選擇合適的隸屬度函數

5.2.4模糊控制規則的制定

5.2.5模糊推理計算

5.2.6解模糊

5.2.7制定參數自調整的模糊控製表

5.3模糊PID控制系統MATLAB/Simulink模擬

參考文獻

附錄： 設計模糊控制器的操作過程

 

第6章自適應模糊滑模控制

6.1機械接觸摩擦非線性模型

6.2機械傳動齒隙非線性模型

6.3兩種典型的永磁電機伺服系統動力學模型

6.3.1光電編碼器測角反饋的無刷直流電機跟蹤系統

6.3.2粗精組合感應同步器反饋的永磁同步力矩電機伺服系統

6.4滑模面與趨近律

6.5模糊基函數與模糊萬能逼近定理

6.6自適應模糊滑模控制器設計

6.7Simulink模擬結果

6.7.1無刷直流電機自適應模糊滑模控制跟蹤系統

6.7.2永磁同步電機自適應模糊滑模控制雙軸伺服跟蹤系統

參考文獻

 

第7章自適應模糊反步控制

7.1預備知識

7.1.1範數

7.1.2函數的連續性

7.1.3Young’s不等式

7.1.4穩定性定義與Lyapunov穩定性定理

7.1.5Barbalat引理

7.2反步法控制的原理

7.3反步控制設計方法驗證

7.4單輸入-單輸出系統自適應反步跟蹤控制

7.4.1二階單輸入-單輸出系統自適應反步滑模跟蹤控制

7.4.2n階含齒隙滯環的單輸入-單輸出系統自適應反步跟蹤控制

7.5含齒隙與摩擦的無刷直流電機伺服系統自適應模糊反步控制

7.5.1動態系統建模

7.5.2自適應模糊反步控制器設計

7.5.3系統穩定性分析

7.5.4Simulink模擬驗證

7.6永磁同步電機自適應模糊反步法位置跟蹤控制及模擬驗證

參考文獻

 

第8章自適應模糊/神經網絡動態面控制

8.1非線性系統動態面控制基本原理

8.2含失配函數的嚴反饋非Lipschitz非線性系統動態面控制

8.3含齒隙滯環的嚴反饋非線性系統自適應模糊動態面控制

8.4永磁同步電機位置跟蹤系統自適應神經網絡動態面控制

8.4.1PMSM系統的數學模型

8.4.2徑向基函數神經網絡

8.4.3自適應神經網絡動態面控制器設計

8.4.4系統穩定性分析

8.4.5Simulink模擬驗證

8.5基於預報器的嚴反饋非線性系統神經網絡動態面控制

8.5.1問題的提出

8.5.2控制器設計

8.5.3系統穩定性分析

8.6基於預報器的PMSM伺服系統神經網絡動態面控制及模擬驗證

8.6.1PMSM系統的數學模型

8.6.2控制器設計

8.6.3系統穩定性分析

8.6.4Simulink模擬驗證

參考文獻

 

 

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