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本書詳述了直流電機(jī)、異步電機(jī)、同步電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真與實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)地講述了各種電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器的工作原理、數(shù)學(xué)模型和仿真模型，介紹了電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真模塊的參數(shù)和功能，分析了電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)各種控制方法及其仿真波形。讀者按照仿真步驟進(jìn)行操作，就能掌握電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的仿真方法和技巧。同時(shí)，本書還介紹了電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，讀者可按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，以便提高電氣工程實(shí)踐能力。
本書可以供從事電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用的科研人員及工程技術(shù)人員參考，也可供高等學(xué)校電氣工程專業(yè)選作教學(xué)用書。

前言
本書是一本實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的教材，它綜合了電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ)、自動(dòng)控制理論、DSP 原理與應(yīng)用等多學(xué)科的知識(shí)�，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析提供了嶄新的方法，可以使電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得更加容易和有效，也是學(xué)習(xí)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要手段。
仿真不受硬件設(shè)備條件的限制，當(dāng)讀者掌握了仿真的方法，在電機(jī)拖動(dòng)方面有一些想法和靈感時(shí)，馬上可以通過(guò)仿真來(lái)驗(yàn)證。仿真適合于原理性驗(yàn)證，比較快速。當(dāng)仿真通過(guò)以后，可以進(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn)。仿真與硬件實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，加深讀者對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的理解，激發(fā)讀者對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的興趣，提高讀者的創(chuàng)新能力，提高電氣工程產(chǎn)品研發(fā)的效率。
本書系統(tǒng)地講述了電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的仿真和實(shí)驗(yàn)，是電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要補(bǔ)充，可作為電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)課程的配套教材，也可以作為電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)和電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的參考書。讀者通過(guò)對(duì)仿真與實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，提高電氣工程應(yīng)用能力，以滿足企業(yè)對(duì)高層次應(yīng)用型人才的需要。
本書在應(yīng)用型本科的建設(shè)方面將起到積極的推動(dòng)作用。
全書共分6 章，詳細(xì)講述了直流電機(jī)、異步電機(jī)、同步電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真與實(shí)驗(yàn)，并對(duì)仿真和實(shí)驗(yàn)案例進(jìn)行了詳細(xì)分析，以饗讀者。由于仿真軟件為MATLAB 軟件中文版，其中文版沒有完全漢化，DSP 開發(fā)軟件為英文版，因此書中采用了部分英文圖，并對(duì)英文圖進(jìn)行了解釋。為方便讀者閱讀和理解，書中部分框圖譯成了中文形式。
上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院電氣工程系李正博士撰寫了第1～4 章，馬立新教授撰寫了第5、6 章。
由于作者水平所限，書中難免還有不當(dāng)之處，歡迎廣大讀者批評(píng)指正。
作者
2021 年10 月

目錄
前言
第1 章直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真與實(shí)驗(yàn) 1
1.1 直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 1
1.1.1 直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 1
1.1.2 直流電機(jī)電樞回路串電阻三級(jí)起動(dòng)的仿真 8
1.1.3 兩象限單相晶閘管整流器直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 16
1.1.4 帶剎車制動(dòng)再生單元的單相整流器直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 31
1.1.5 四象限單相整流器直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 41
1.1.6 兩象限三相整流器直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 53
1.1.7 四象限三相整流器直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 57
1.1.8 無(wú)環(huán)流四象限三相整流器直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 61
1.1.9 單象限buck 變換器直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 66
1.1.10 兩象限電流可逆變換器直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 71
1.1.11 四象限H 橋直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 76
1.1.12 直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算 81
1.2 直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn) 85
1.2.1 有刷直流電機(jī)雙閉環(huán)PWM 控制系統(tǒng)的DSP 編程實(shí)驗(yàn) 85
1.2.2 雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn) 90
1.2.3 邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn) 94
1.2.4 雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn) 98
第2 章異步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真與實(shí)驗(yàn) 104
2.1 變壓變頻異步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 104
2.1.1 變壓變頻的原理 104
2.1.2 變壓變頻異步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真分析 110
2.2 空間矢量脈寬調(diào)制異步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 112
2.2.1 空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）的原理 112
2.2.2 空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）異步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真分析 118
2.3 磁鏈定向控制（FOC）的異步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 124
2.3.1 磁鏈定向控制（FOC）的原理 124
2.3.2 磁鏈定向控制（FOC）異步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真分析 129
2.4 直接轉(zhuǎn)矩控制的異步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 134
2.4.1 直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）的原理 134
2.4.2 直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）的異步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真分析 140
2.5 單相異步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 144
2.5.1 單相異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 144
2.5.2 單相異步電機(jī)二次繞組電壓控制系統(tǒng)的仿真分析 147
2.5.3 磁鏈定向控制（FOC）的單相異步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真分析 149
2.6 異步電機(jī)的參數(shù)計(jì)算 152
2.7 異步電機(jī)自動(dòng)拖動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn) 157
2.7.1 雙閉環(huán)三相異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 157
2.7.2 磁鏈定向控制（FOC）的異步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的DSP 編程實(shí)驗(yàn) 161
第3 章無(wú)刷直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真與實(shí)驗(yàn) 173
3.1 無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與數(shù)學(xué)模型 173
3.1.1 無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 173
3.1.2 無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 179
3.2 無(wú)刷直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 180
3.2.1 無(wú)刷直流電機(jī)變直流母線電壓的六步法仿真分析 180
3.2.2 無(wú)刷直流電機(jī)速度閉環(huán)控制的仿真分析 184
3.3 無(wú)刷直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn) 190
第4 章同步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真與實(shí)驗(yàn) 195
4.1 同步電機(jī)及其拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 195
4.1.1 同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 195
4.1.2 同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 196
4.1.3 同步發(fā)電機(jī)的仿真分析 200
4.1.4 同步發(fā)電機(jī)的短路故障仿真分析 203
4.1.5 同步電機(jī)的雙PWM 定子磁場(chǎng)定向的矢量控制仿真分析 205
4.2 永磁同步電機(jī)及其拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 209
4.2.1 三相永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 209
4.2.2 五相永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 211
4.2.3 三相永磁同步電機(jī)的速度閉環(huán)控制的仿真分析 212
4.2.4 三相永磁同步電機(jī)的磁場(chǎng)定向矢量控制仿真分析 214
4.2.5 三相與五相永磁同步電機(jī)的斷相仿真分析 217
4.3 永磁同步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn) 221
第5 章步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真與實(shí)驗(yàn) 230
5.1 步進(jìn)電機(jī)的分類與工作原理 230
5.1.1 步進(jìn)電機(jī)的分類 230
5.1.2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 231
5.1.3 永磁式步進(jìn)電機(jī) 233
5.1.4 混合式步進(jìn)電機(jī) 234
5.2 步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 236
5.2.1 步進(jìn)電機(jī)的仿真模型 236
5.2.2 混合式步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真分析 238
5.3 步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn) 242
第6 章開關(guān)磁阻電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真與實(shí)驗(yàn) 245
6.1 開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 245
6.1.1 開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu) 245
6.1.2 開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理 246
6.1.3 開關(guān)磁阻電機(jī)的基本方程 247
6.2 開關(guān)磁阻電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的基本控制方式 248
6.2.1 角度控制方式 249
6.2.2 電流斬波方式 250
6.2.3 電壓斬波PWM 控制方式 251
6.2.4 組合控制方式 252
6.2.5 系統(tǒng)控制方式及控制策略的確定 253
6.3 開關(guān)磁阻電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真 254
6.3.1 開關(guān)磁阻電機(jī)的仿真模型 254
6.3.2 開關(guān)磁阻電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的仿真分析 255
6.4 開關(guān)磁阻電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn) 261
參考文獻(xiàn) 263

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