前言
交流電機(jī)從19世紀(jì)誕生到今天，被大量地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、航空、航天、國(guó)防等領(lǐng)域，是電能與機(jī)械能變換的重要載體。雖然，交流電機(jī)早在19世紀(jì)上半葉就被發(fā)明出來，但電機(jī)設(shè)計(jì)及分析方法的改進(jìn)、特性優(yōu)良的新材料研制、電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展、電力電子類和控制類學(xué)科的發(fā)展等綜合因數(shù)有力推動(dòng)了交流電機(jī)控制原理及控制系統(tǒng)的發(fā)展。
實(shí)際使用的交流電機(jī)種類較多，可以從不同角度進(jìn)行分類：從轉(zhuǎn)子與同步磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速差分為異步電機(jī)、同步電機(jī)；從勵(lì)磁角度分為永磁電機(jī)、電勵(lì)磁電機(jī)，例如電勵(lì)磁同步電機(jī)、永磁同步電機(jī)等；從氣隙磁場(chǎng)波形角度分為正弦波電機(jī)和非正弦波形電機(jī)，例如異步電機(jī)、電勵(lì)磁同步電機(jī)、永磁同步電機(jī)氣隙磁場(chǎng)為正弦波，開關(guān)磁阻電機(jī)、無刷直流電機(jī)氣隙磁場(chǎng)為非正弦波；從激磁方向角度分為徑向磁場(chǎng)電機(jī)和軸向磁場(chǎng)電機(jī)；從激磁源所處位置角度分為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁型電機(jī)和定子勵(lì)磁型電機(jī)，例如轉(zhuǎn)子永磁型同步電機(jī)、定子永磁型磁通切換電機(jī)。以后還會(huì)涌現(xiàn)出更多的新穎結(jié)構(gòu)交流電機(jī)，如何統(tǒng)一這些交流電機(jī)控制是實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)向廣度、深度不斷拓展應(yīng)用的重要問題。
雖然高性能的交流電機(jī)控制于20世紀(jì)70年代初期就產(chǎn)生了，但新工科建設(shè)目標(biāo)、國(guó)際通用工程專業(yè)認(rèn)證以學(xué)生畢業(yè)數(shù)年后能力獲得為產(chǎn)出導(dǎo)向、行業(yè)對(duì)畢業(yè)生高實(shí)戰(zhàn)能力的期望等綜合因數(shù)對(duì)《交流電機(jī)控制原理及控制系統(tǒng)》教材內(nèi)容提出了新的要求，教材不僅要闡述清楚交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩、磁場(chǎng)控制原理及控制模型，同時(shí)還要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)分析交流電機(jī)控制系統(tǒng)性能、設(shè)計(jì)交流電機(jī)控制系統(tǒng)硬件及算法軟件的能力；而且要把傳統(tǒng)交流電機(jī)控制與潛在的新型交流電機(jī)控制相結(jié)合，以滿足學(xué)生畢業(yè)數(shù)年后新型交流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求。
為此，本書圍繞交流電機(jī)及其控制之間的聯(lián)系，選擇異步電機(jī)、轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)、無刷直流電機(jī)、多相永磁同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、電勵(lì)磁同步電機(jī)為重點(diǎn)講解對(duì)象，分析研究基于穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和瞬態(tài)數(shù)學(xué)模型的交流電機(jī)控制原理及控制系統(tǒng)，包括開環(huán)及閉環(huán)控制策略構(gòu)建、控制系統(tǒng)仿真建模、參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)性能影響分析、控制系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計(jì)等，以滿足電機(jī)控制、自動(dòng)化等行業(yè)對(duì)新時(shí)代電機(jī)控制人才厚實(shí)的基礎(chǔ)理論和強(qiáng)的解決工程實(shí)際問題能力的要求。
本書的章節(jié)內(nèi)容組織具體安排如下：
章 概述了推動(dòng)交流電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展因素、交流電機(jī)基于穩(wěn)態(tài)模型和基于瞬態(tài)模型控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、交流電機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢(shì)。
第二章 重點(diǎn)介紹了應(yīng)用于交流電機(jī)控制系統(tǒng)中典型功率電子變換電路拓?fù)浼捌浜诵牡目刂撇呗�，主要包括交�?交流調(diào)壓器、基于全控型器件的變壓變頻器，并對(duì)常用的逆變器調(diào)制策略建模仿真研究。
第三章—第六章 重點(diǎn)講解異步電機(jī)控制原理及控制系統(tǒng)，遵循從基于穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型控制到基于瞬態(tài)數(shù)學(xué)模型控制，從控制原理、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、到控制系統(tǒng)案例分析等順序展開。具體涉及調(diào)壓調(diào)速控制、變壓變頻調(diào)速控制、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等策略，給出了典型調(diào)速控制系統(tǒng)仿真建模分析、DSP編程實(shí)現(xiàn)，從仿真及案例實(shí)際結(jié)果深化讀者對(duì)異步電機(jī)控制理論知識(shí)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理解。
第七章—第八章 從氣隙磁場(chǎng)波形差異角度研究?jī)深愑来烹姍C(jī)控制原理及控制系統(tǒng)，遵循從正弦波氣隙磁場(chǎng)到方波氣隙磁場(chǎng)順序，先后講解永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制、無刷直流電機(jī)兩相導(dǎo)通方波電流控制，給出了兩種電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真建模分析、DSP編程實(shí)現(xiàn)，從仿真及案例實(shí)際結(jié)果深化讀者對(duì)兩種電機(jī)控制理論知識(shí)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理解。
第九章 以六相永磁同步電機(jī)為例介紹多相交流電機(jī)控制原理及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，抓住多相電機(jī)多變量、多自由度特點(diǎn)，介紹電機(jī)數(shù)學(xué)模型、逆變器電壓矢量的選擇、直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并基于數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)要介紹電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制。給出了電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真建模分析、DSP編程實(shí)現(xiàn)，從原理講解到仿真及案例實(shí)際結(jié)果引導(dǎo)讀者熟悉多相交流電機(jī)數(shù)學(xué)模型建立、控制系統(tǒng)構(gòu)建等環(huán)節(jié)。
第十章 為了拓展讀者對(duì)基于開關(guān)控制的交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，本章以開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制為例，介紹開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、調(diào)速控制系統(tǒng)，使讀者認(rèn)識(shí)到功率電子變換器與電機(jī)控制的一體化趨勢(shì)，并熟悉這類型電機(jī)控制系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。
第十一章 為了進(jìn)一步滿足讀者在行業(yè)中可能遇到的大容量同步電機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)建或分析建模需要，本章介紹電勵(lì)磁同步電機(jī)矢量控制原理及控制系統(tǒng)，遵循轉(zhuǎn)子無阻尼繞組到有阻尼繞組順序，介紹了電勵(lì)磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型、氣隙磁場(chǎng)定向矢量控制原理及數(shù)學(xué)模型、功率因數(shù)及轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流控制模型、氣隙磁場(chǎng)定向矢量控制系統(tǒng)構(gòu)成，給出了電機(jī)典型閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真建模分析，從仿真結(jié)果深化讀者對(duì)氣隙磁場(chǎng)定向矢量控制理論知識(shí)的理解。
第十二章 集中介紹本書所采用的全數(shù)字交流電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，包括總體結(jié)構(gòu)、部分電路設(shè)計(jì)分析等。
全書共計(jì)十二章，由三位老師共同撰寫而成。其中章、第七章、第八章內(nèi)容由楊公德老師編寫，第二章內(nèi)容及第十二章部分內(nèi)容由屈艾文老師編寫，其余章節(jié)內(nèi)容由周揚(yáng)忠老師編寫。全書交流調(diào)速控制系統(tǒng)仿真建模、案例硬件設(shè)計(jì)及DSP軟件編寫、實(shí)驗(yàn)等部分內(nèi)容由多位研究生共同參與完成，在此對(duì)這些研究生的貢獻(xiàn)表示衷心的感謝！為了全書內(nèi)容的完整性，部分內(nèi)容引用了一些專家學(xué)者研究成果，對(duì)他們的研究成果對(duì)本書的貢獻(xiàn)表示衷心的感謝！
由于作者們認(rèn)識(shí)水平、研究能力有限，書中難免會(huì)出現(xiàn)問題解決不全面、錯(cuò)誤等，希望讀者及時(shí)批評(píng)指正。
編者