电动机的DSC控制

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出版者:北京航空航天大学
作者:王晓明//刘瑶//周青山//李光旭//董玉林
出品人:
页数:506
译者:
出版时间:2009-4
价格:56.00元
装帧:
isbn号码:9787811245011
丛书系列:
图书标签:
  • 电机控制
  • 电动机
  • DSC控制
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  • 电力电子
  • 控制系统
  • 驱动技术
  • 工业自动化
  • 变频器
  • 伺服系统
  • 控制算法
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具体描述

电动机的数字控制为工业控制中一项最重要的内容。世界上各大处理器制造商都努力打造出具有各自特点的专用处理器,来满足电动机数字控制市场的要求。《电动机的DSC控制:微芯公司dsPIC应用》介绍微芯公司最新推出的专用于电动机控制的dsPIC,注重讲述这种dsPIC对常用的直流电动机、交流异步电动机、交流永磁同步电动机、步进电动机、无刷直流电动机和开关磁阻电动机的控制方法和编程方法。书中给出了大量的编程实例,全部经过调试验证,并给出了非常详细的注释,使读者很容易看懂和掌握。所附光盘包含书中全部汇编程序代码以及微芯公司的dsPIC器件和开发工具手册、电动控制方案资料。

《电动机的DSC控制:微芯公司dsPIC应用》适合于对电动机数字控制感兴趣的初学者使用,可作为从事电动机控制和电气传动研究的工程技术人员、高校教师、研究生和本科生自学用书。

探索电力电子与驱动技术的前沿:现代电机驱动系统的设计与优化 本书聚焦于电力电子技术在电机驱动领域的前沿应用与系统优化,旨在为工程师、研究人员和高级学生提供一个全面、深入且实用的技术参考。我们避开对特定“DSC控制”理论的详细展开,转而将视角投向了更广泛、更具时代意义的现代电机驱动系统所面临的挑战与解决方案。 第一部分:电力电子基础与系统构建 本卷伊始,我们将从现代电力电子器件的选型与特性分析入手,深入探讨构成高效能驱动系统的核心基础。我们详细阐述了IGBT、SiC MOSFET以及GaN HEMT等关键功率半导体的工作原理、损耗模型以及热管理策略。对于驱动电路的设计,本书不仅关注传统的栅极驱动技术,更着重分析了高频开关带来的EMI/EMC问题,并提供了实用的抑制和滤波设计方法。 在拓扑结构方面,我们对常见的交流电机驱动变流器进行了系统性的梳理和比较,包括电压源逆变器(VSI)和电流源逆变器(CSI)。特别地,我们引入了多电平变流器(如T型、飞跨电容型NPC)在高压和高功率应用中的优势与挑战,分析了它们在降低谐波畸变、提高输出电压质量方面的具体表现。同时,针对驱动系统中的直流环节设计,我们深入探讨了储能元件(电容和电感)的选型标准、等效电路模型及其在瞬态响应中的作用。 第二部分:先进的电机建模与精确控制策略 现代电机驱动的性能瓶颈往往在于对电机内部状态的精确感知与模型化。本书提供了包括同步电机(PMSM)、异步感应电机(IM)和特殊结构电机(如开关磁阻电机SRM)在内的多学科建模方法。我们详细讲解了基于$ ext{d-q}$坐标系的旋转参考系模型,并强调了参数辨识技术在保证模型精度中的关键作用,尤其是在电机老化和温度变化的情况下。 控制策略的演进是本书的核心亮点之一。我们系统性地介绍了矢量控制(Field-Oriented Control, FOC)的实现细节,包括磁链观测器(如滑模观测器SMO、卡尔曼滤波器KF)的选择与优化。随后,我们将目光投向更高动态性能的控制技术: 直接转矩控制(DTC): 分析了其在快速动态响应方面的固有优势,并提出了解决其固有转矩脉动问题的改进算法,如基于扇区的灵活电压矢量选择策略。 无传感器控制技术: 针对成本敏感和高可靠性要求的应用场景,本书详细阐述了基于高频注入法的无传感器技术,以及如何利用有限控制集模型预测控制(MPC)的框架来增强低速和零速下的转矩估计精度。 第三部分:面向性能的调制与系统优化 开关频率的选择和脉冲宽度调制(PWM)技术的应用直接决定了驱动系统的效率和电磁兼容性。本书超越了基础的正弦PWM,深入探讨了: 空间矢量调制(SVM): 对其载波比、零矢量分配以及在三电平拓扑中的应用进行了详细的数学推导和仿真验证。 无开关频率限制的控制: 探讨了如何利用更优化的开关序列(如随机PWM)来分散谐波能量,从而减轻电机和滤波器的负担。 在系统效率和可靠性方面,我们探讨了电机驱动系统的热管理优化。这包括了对散热器设计、热流路径分析(使用有限元分析FEA辅助)的指导,以及如何根据实时温度反馈动态调整电流限值和开关频率,以实现驱动器的长期可靠运行。 第四部分:驱动系统的集成、调试与前沿展望 本书的最后一部分关注驱动系统的工程实践。我们详细讨论了数字控制器的选型(如高性能DSP和FPGA),以及如何利用实时操作系统(RTOS)来保证控制算法的确定性执行。在软件实现方面,我们提供了关于快速傅里叶分析(FFT)在谐波分析中的应用,以及如何通过数字滤波器(如陷波滤波器、高通滤波器)来消除电流环中的特定频率干扰。 此外,本书还前瞻性地探讨了面向未来电驱动系统的发展趋势: 1. 电机与驱动器的集成化(System-on-Chip/Module): 探讨了半导体集成技术如何简化系统设计和减小体积。 2. 基于人工智能的参数自适应: 分析了机器学习方法在复杂电机工况下参数在线估计和故障预测中的潜力。 3. 宽禁带器件对超高频驱动的影响: 讨论了SiC和GaN技术如何推动驱动系统向更高功率密度和更高效率的方向发展。 总结而言,本书提供的是一套关于现代高精度、高效率电机驱动系统从底层硬件选型到上层高级控制算法实现的完整工程方法论。它侧重于电力电子、电机学和现代控制理论的交叉融合,为读者构建一个坚实的、面向工业应用和学术前沿的知识体系。

作者简介

王晓明 教授;辽宁省自动化学会嵌入式系统委员会副主任委员;辽宁省第六届优秀科技工作者;辽宁工业大学学科带头人;辽宁省省级精品课《单片机原理及接口技术》课程负责人:德国Clausthal大学能源技术研究所(IEE)访问学者。作者长期从事运动控制、自动化控制的科研和教学工作,共获得省、市级各种奖励四项。

主要著作有“电动机的嵌入式控制丛书”。其中,《电动机的单片机控制》一书获得第六届高校出版社优秀畅销书奖,该书的第2版被评为“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”、“辽宁省普通高等学校精品教材”。

目录信息

第1章 dsPIC30F6010DSC 1.1 dsPIC30F系列DSC概述 1.1.1 dsPIC30F系列DSC的功能 1.1.2 dsPIC30F的产品系列和封装 1.1.3 dsPIC30F系列DSC的开发工具 1.2 dsPIC30F6010DSC的特点及引脚功能 1.2.1 dsPIC30F6010DSC的特点 1.2.2 dsPIC30F6010DSC的引脚功能 1.3 dsPIC30F 6010DSC的组成及结构 1.3.1 总体结构 1.3.2 内核 1.3.3 存储器的结构 1.3.4 I/O口 1.3.5振荡器、复位、看门狗及器件配置 1.4 中断系统 1.4.1 中断源 1.4.2 中断优先级 1.4.3 中断控制及状态寄存器 1.5 定时器 1.5.1 定时器分类 1.5.2 定时器控制寄存器 1.5.3 定时器工作模式 1.5.4 32位定时器 1.6 电动机控制模块 1.6.1 模块结构 1.6.2 模块控制寄存器 1.6.3 PWM时基 1.6.4 PWM与空比比较单元 1.6.5 死区时间控制 1.6.6 PWM输出控制 1.6.7 故障引脚 1.7 增量式编码器接口 1.7.1 编码器接口结构 1.7.2 编码器的控制和状态寄存器 1.7.3 位置计数器寄存器的使用 1.8 A/D转换器 1.8.1 A/D转换器结构 1.8.2 A/D转换器的寄存器 1.8.3 采样与转换 1.8.4 A/D转换结果缓冲器 1.8.5 转换举例 1.9 输出比较模块 1.9.1 比较模块工作原理 1.9.2 寄存器 1.9.3 工作模式第2章 直流电动机的DSC控制 2.1 直流电动机的控制原理 2.2 直流电动机单极性驱动可逆PWM系统 2.3 直流电动机双极性驱动可逆PWM系统 2.4 直流电动机的DSC控制方法及编程例子 2.4.1 数字PI调节器的DSC实现方法 2.4.2 定点DSC的数据Q格式表示方法 2.4.3 单极性可逆PWM系统DSC控制方法及编程例子 2.4.4 双极性可逆PWM系统DSC控制方法及编程例子第3章 交流电动机的SPWM与SVPWM技术以及DSC控制的实现 3.1 交流异步感应电动机变频调速原理 3.1.1 变频调速原理 3.1.2 变频与变压 3.1.3 变频与变压的实现——SPWM调制波 3.2 三相采样型电压SPWM波生成原理与控制算法 3.2.1 自然采样法 3.2.2 对称规则采样法 3.2.3 不对称规则采样法 3.2.4 不对称规则采样法的DSC编程 3.3 电压空间矢量SVPWM技术 3.3.1 电压空间矢量SVPWM技术基本原理 3.3.2 电压空间矢量SVPWM技术的DSC实现方法第4章 交流异步电动机的DSC矢量控制 4.1 交流异步电动机的矢量控制基本原理 4.2 矢量控制的坐标变换 4.2.1 Clarke变换 4.2.2 Park变换 4.3 转子磁链位置的计算 4.4 交流异步电动机的DSC矢量控制 4.4.1 三相异步电动机的DSC控制系统 4.4.2 三相异步电动机的DSC控制编程例子第5章 三相永磁同步伺服电动机的DSC控制 5.1 三相永磁同步伺服电动机的结构和工作原理 5.2 转子磁场定向矢量控制与弱磁控制 5.3 三相永磁同步伺服电动机的DSC控制 5.3.1 三相永磁同步伺服电动机的DSC控制系统 5.3.2 三相永磁同步伺服电动机的DSC控制编程例子第6章 步进电动机的DSC控制 6.1 步进电动机的工作原理 6.1.1 步进电动机的结构 6.1.2 步进电动机的工作方式 6.2 步进电动机的DSC控制方法 6.2.1 步进电动机的脉冲分配 6.2.2 步进电动机的速度控制(双轴联动举例) 6.3 步进电动机的驱动 6.3.1 双电压驱动 6.3.2 高低压驱动 6.3.3 斩波驱动 6.3.4 集成电路驱动 6.4 步进电动机的运行控制 6.4.1 步进电动机的位置控制 6.4.2 步进电动机的加减速控制第7章 无刷直流电动机的DSC控制 7.1 无刷直流电动机的结构和原理 7.1.1 结构 7.1.2 无刷直流电动机的工作原理 7.2 三相无刷直流电动机星形联结全桥驱动原理 7.3 三相无刷直流电动机的DSC控制 7.3.1 三相无刷直流电动机的DSC控制策略 7.3.2 电流的检测和计算 7.3.3 位置检测和速度计算 7.3.4 无刷直流电动机的DSC控制编程例子 7.4 无位置传感器的无刷直流电动机DSC控制 7.4.1 利用感应电动势检测转子位置原理 7.4.2 用DSC实现无位置传感器无刷直流电动机控制的方法 7.4.3 DSC控制编程例子第8章 开关磁阻电动机的DSC控制 8.1 开关磁阻电动机的结构、工作原理和特点 8.2 开关磁阻电动机的功率驱动电路 8.3 开关磁阻电动机的线性模式分析 8.3.1 开关磁阻电动机理想的相电感线性分析 8.3.2 开关磁阻电动机转矩的定性分析 8.4 开关磁阻电动机的控制方法 8.5 开关磁阻电动机的DSC控制及编程例子附录A dsPIC30F系列指令说明及举例附录B 光盘内容说明参考文献
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读后感

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用户评价

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从一位长期关注电机控制领域发展的工程师的角度来看,《电动机的DSC控制》这本书无疑是一部极具价值的著作。作者在书中对数字滑模控制(DSMC)的深入解析,让我对这项技术有了全新的认识。书中对感应电机(IM)的模糊滑模控制(FSMC)应用分析,特别是如何结合模糊逻辑来优化滑模切换律,以减小抖振并提高跟踪精度,让我印象深刻。作者还针对IM的非线性特性,提出了一种基于DSMC的自适应滑模面设计方法,这对于应对电机参数变化和外部扰动具有显著效果。我特别赞赏书中关于如何利用DSMC实现电机的高精度位置控制,并探讨了如何解决伺服系统中的死区和摩擦等非线性问题。书中提供的仿真结果和部分实验验证,也进一步增强了我对这些控制策略有效性的信心。这本书为我提供了解决实际电机控制工程中遇到的诸多挑战的思路和方法。

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翻阅《电动机的DSC控制》这本书,我被作者对数字滑模控制(DSMC)的独到见解所折服。书中对永磁同步电机(PMSM)在DSMC下的矢量控制进行了深入探讨,特别是如何利用DSMC来实现高精度的转矩和速度控制,同时保持良好的动态响应。作者提出的两种新型滑模面函数,一种是指数型滑模面(ETSM),另一种是过补偿滑模面(OCSM),在提高系统收敛速度和减小稳态误差方面表现出色。我特别关注书中关于如何克服DSMC在离散域中可能出现的抖振问题,作者提出的几种有效的抑制方法,如饱和函数法和高阶滑模技术,都极具参考价值。此外,书中还探讨了如何将DSMC与模型预测控制(MPC)相结合,以实现对执行器约束的有效处理。这本书为我提供了理解和应用DSMC在PMSM控制中的系统性指导。

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《电动机的DSC控制》这本书,对我来说,是一次非常有益的学习经历。作者在书中对数字滑模控制(DSMC)的阐述,既严谨又易于理解。我尤其关注书中关于直流无刷电机(BLDC)在DSMC下的精确速度和位置控制。作者提出了一种改进的固定时间滑模控制(FTSMC)策略,能够有效地克服传统滑模控制的抖振问题,并实现快速收敛。书中对BLDC电机相电流的精确测量和控制,以及如何利用DSMC来处理其换相过程中的不连续性,都进行了详细的讲解。我特别欣赏书中关于如何设计一个鲁棒的滑模面,以抵抗外扰和参数不确定性的方法。此外,书中还探讨了如何将DSMC与能量优化控制相结合,以提高电机的运行效率。这本书为我深入理解BLDC电机控制的先进技术提供了宝贵的资料,让我对DSMC在电机驱动领域的应用前景充满期待。

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《电动机的DSC控制》这本书,可以说是为我在研究电动机控制的道路上,点亮了一盏明灯。作者在书中对数字滑模控制(DSMC)的讲解,不仅仅停留在理论层面,更侧重于实际工程应用的可行性。我特别欣赏作者在书中对不同类型电动机(例如,永磁同步电机,感应电机)在DSMC下的建模和分析,这为后续的控制器设计奠定了坚实的基础。书中详细介绍了如何设计和实现用于直流无刷电机(BLDC)的DSMC,包括如何处理其换相过程中的不连续性以及如何优化切换函数以减少抖振。这一点对我而言尤为重要,因为我目前的研究方向就涉及BLDC电机的高性能控制。作者提出的两种新型的数字滑模面函数,一种是指数型滑模面(ETSM),另一种是固定时间滑模面(FTSM),它们在加速系统收敛速度和消除稳态误差方面表现出色,让我耳目一新。此外,书中关于如何将DSMC与模型预测控制(MPC)相结合,以解决执行器约束和预测未来扰动的方法,更是让我看到了未来电机控制发展的新方向。这本书的出版,无疑为电机控制领域的研究人员和工程师提供了宝贵的参考资料。

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这本书《电动机的DSC控制》的质量,超出了我之前的预期。作者在书中对数字滑模控制(DSMC)的讲解,可谓是面面俱到,既有理论深度,又有实际应用指导。我尤其关注书中关于永磁同步电机(PMSM)在DSMC下的弱磁控制策略。作者提出的利用DSMC来精确控制弱磁过程,从而在宽速度范围内实现高效率运行的方法,让我感到非常惊喜。书中对不同类型的滑模控制器,如高阶滑模控制器(HOSMC)和预设时间滑模控制器(PTSMC),在PMSM控制中的应用进行了详尽的比较分析,并给出了具体的实现方案。我特别欣赏书中关于如何设计最优切换函数以抑制抖振的讨论,这对于解决DSMC在实际应用中的关键难题至关重要。此外,书中还探讨了如何将DSMC与状态观测器相结合,以解决实际系统中传感器缺失或噪声大的问题,这对于提升系统的鲁棒性具有重要的意义。这本书的阅读体验非常棒,让我对DSMC控制在电机领域的研究和应用有了更深刻的认识。

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当我真正沉浸在这本《电动机的DSC控制》的海洋中时,我惊讶地发现,作者并没有满足于仅仅阐述DSC的基本原理,而是将其作为基石,进行了极其深入和细致的拓展。书中对DSC控制在不同电动机类型中的具体应用分析,让我大开眼界。例如,在永磁同步电动机的部分,作者详细介绍了如何设计一种针对其非线性特性的滑模面,并在此基础上提出了多种数字滑模控制器。我特别关注了其中关于预测控制和自适应控制与DSC相结合的部分,这似乎能够有效地抑制传统DSC在离散时间下的抖振现象,同时提升系统的响应速度和跟踪精度。书中提供的数学推导过程严谨而清晰,每一步都充满了逻辑的力量,让我能够循序渐进地理解复杂的控制算法。而且,作者还非常贴心地考虑了实际工程中的一些关键因素,比如传感器噪声的影响以及执行器饱和问题。他们提出的滤波器设计和抗饱和策略,对于实际的工程应用具有极高的指导意义。我甚至看到书中提到了如何利用机器学习的方法来优化滑模面的参数和切换律,这是一种非常前沿的思路,将现代AI技术融入传统控制理论,令人振奋。这本书不仅仅是一本技术手册,更像是一次与作者在控制理论领域进行的深度对话,让我受益匪浅,也让我对DSC控制在未来电动机驱动领域的应用前景充满了信心。

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《电动机的DSC控制》这本书,为我打开了电机控制领域的一扇新窗口。作者在书中对数字滑模控制(DSMC)的讲解,条理清晰,深入浅出。我特别留意到书中关于感应电机(IM)在DSMC下的无传感器速度估计和控制。作者提出了一种基于DSMC的状态观测器,能够有效地从电压和电流信号中估计出电机的转速和磁链,这对于实现成本更低的无传感器控制系统至关重要。书中对IM的非线性特性进行了详细的分析,并设计了一种鲁棒的滑模控制器,能够有效地抵御参数变化和外部扰动。我欣赏书中关于如何优化离散化过程,以提高DSMC在数字域的控制性能,以及如何引入预滤波器来进一步降低抖振。这本书为我提供了关于DSMC在感应电机无传感器控制方面的前沿知识和实践经验。

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我一直对电机控制的鲁棒性和精确性有着极高的追求,而《电动机的DSC控制》这本书,恰恰满足了我对这些特性的所有期待。作者在书中对数字滑模控制(DSMC)理论的阐述,非常系统且深入。我尤其喜欢书中关于如何利用DSMC来抵抗电机参数摄动和外部负载变化的部分。他们提出的几种鲁棒的滑模面设计方法,能够有效地保证系统在各种不确定性条件下都能保持良好的性能。书中对感应电机(IM)在DSMC下的矢量控制策略进行了详细的推导和分析,这对于我理解如何在高动态性能下实现感应电机的精确速度和转矩控制,具有重要的指导意义。我还注意到书中讨论了如何通过优化离散化后的系统方程,以及引入零相位误差跟踪(ZPET)技术,来进一步提高DSMC在数字域的控制精度和频率响应。这对于我从事的伺服驱动系统开发工作,提供了非常实用的解决方案。这本书不仅仅是一本技术书籍,更像是一本操作指南,让我能够更清晰地理解DSMC的优势,并将其有效地应用到实际的电机控制系统中。

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初次翻阅《电动机的DSC控制》这本书,我最先被它引人入胜的标题所吸引。作为一名在电力电子领域摸爬滚打多年的工程师,我始终关注着行业前沿的技术动态,而“DSC控制”这个词汇,在我的脑海中激起了阵阵涟漪。数字滑模控制(Digital Sliding Mode Control, DSMC)早已不是什么新鲜事物,它以其优异的鲁棒性和对参数变化、外部扰动的强抵抗能力,在许多控制领域都展现出强大的生命力。然而,将这项技术深度应用于电动机控制,并形成一部系统的著作,这无疑是一个极具挑战性且充满价值的研究方向。我迫不及待地想知道,作者是如何将DSC理论与各种复杂的电动机模型相结合,如何解决实际应用中可能遇到的种种难题,比如滑模切换带来的抖振问题在数字域的优化,以及如何通过精巧的算法设计来实现电动机的高精度、高效率控制。我期待书中能够深入探讨不同类型的电动机,例如永磁同步电动机(PMSM)、感应电动机(IM)乃至直流无刷电动机(BLDC),在DSC控制下的性能表现,并对比分析各自的优劣。此外,对于数字控制器设计的具体实现,如采样时间的选择、量化误差的处理、以及如何与实际的微处理器平台相结合,都将是我重点关注的章节。这本书的出现,或许能为我打开一扇新的大门,让我对现有电动机控制策略有一个更深层次的理解,并激发我对于未来控制方法的研究灵感。

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坦白说,在阅读《电动机的DSC控制》之前,我对于数字滑模控制在电动机系统中的实际应用,总感觉隔着一层迷雾。这本书犹如一把钥匙,为我揭开了这层神秘的面纱。作者在书中对不同电动机模型,如感应电机和永磁同步电机,进行了详尽的分析,并针对它们的特性,设计了多种适用于数字实现的滑模控制策略。我印象最深刻的是书中关于固定时间滑模控制(FTSMC)以及高阶滑模控制(HOSMC)在电机控制中的应用。这些先进的控制技术,能够显著缩短系统达到滑模面的时间和消除稳态误差,这对于需要快速动态响应和高精度定位的电机系统来说,无疑是巨大的进步。书中不仅有理论的推导,还配有大量的仿真结果和部分实验数据,这使得理论与实践得到了完美的结合。我尤其欣赏作者在处理离散化和采样频率对控制性能影响方面的深入探讨。他们提出的几种改进型的数字滑模控制器,通过巧妙的离散化方法和补偿技术,有效地克服了传统数字滑模控制的抖振和精度问题。这本书对于我理解如何在数字域内实现鲁棒且高效的电机控制,提供了系统性的指导和全新的视角。

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