《無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)》內(nèi)容主要涵蓋無刷直流電機(jī)原理分析及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用,并對無刷直流電機(jī)速度控制、轉(zhuǎn)矩波動抑制和無位置傳感器控制等關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了詳細(xì)論述。全書力求貫徹理論與實(shí)際相結(jié)合的原則,既闡明無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念和基本原理,又給出其設(shè)計(jì)與分析的具體過程,并反映其新技術(shù)、新成就和實(shí)際應(yīng)用動態(tài)。
《無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)》可供從事無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)的相關(guān)人員參考,既適合作為具有電機(jī)學(xué)、自動控制、電機(jī)控制、單片機(jī)、DSP等基礎(chǔ)知識的高等學(xué)校本科生、研究生的參考教材,也可以作為相關(guān)工程技術(shù)人員的參考書。
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本書內(nèi)容主要涵蓋無刷直流電機(jī)原理分析及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用,并對無刷直流電機(jī)速度控制、轉(zhuǎn)矩波動抑制和無位置傳感器控制等關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了詳細(xì)論述。
夏長亮,1968年4月出生,天津大學(xué)教授、搏士生導(dǎo)師,1995年于浙江大學(xué)獲博士學(xué)位。
中國青年科技獎、國家杰出青年科學(xué)基金獲得者。獲教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才、霍英東高校教師獎、天津市杰出青年、天津青年科技獎、天津市五一勞動獎?wù)、天津青年五四獎(wù)碌葮s譽(yù)。
擔(dān)任中國電工技術(shù)學(xué)會理事、中國電工技術(shù)學(xué)會電控系統(tǒng)與裝置專委會副主任委員、中國自動化學(xué)會電氣自動化專委會副主任委員、天津市電機(jī)工程學(xué)會副理事長、 《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》和《電工電能新技術(shù)》編委。
作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人承擔(dān)科研項(xiàng)目30余項(xiàng),其中國家杰出青年科學(xué)基金1項(xiàng)、國家科技支撐計(jì)劃1項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金3項(xiàng)、天津市重大及重點(diǎn)項(xiàng)目4項(xiàng)等。作為第一完成人獲省部級一等獎2項(xiàng)、二等獎3項(xiàng),天津市產(chǎn)學(xué)研突出貢獻(xiàn)獎1項(xiàng)。作為第一發(fā)明人申請國家發(fā)明專利15項(xiàng),發(fā)表SC1/E1收錄論文110余篇。
目錄
前言
第一章 緒論 1
1.1 無刷直流電機(jī)發(fā)展歷程 1
1.2 無刷直流電機(jī)應(yīng)用場合 4
1.3 無刷直流電機(jī)研究現(xiàn)狀 8
1.3.1 無位置傳感器控制技術(shù) 9
1.3.2 轉(zhuǎn)矩波動抑制研究 10
1.3.3 無刷直流電機(jī)控制器研究 12
1.4 無刷直流電機(jī)發(fā)展趨勢 15
參考文獻(xiàn) 20
第二章 無刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型及特性分析 25
2.1 無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)類型及驅(qū)動方式 25
2.1.1 無刷直流電機(jī)本體結(jié)構(gòu) 25
2.1.2 功率驅(qū)動方式 28
2.2 無刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型 31
2.2.1 微分方程模型 31
2.2.2 傳遞函數(shù)模型 37
2.2.3 狀態(tài)空間模型 42
2.3 無刷直流電機(jī)特性分析 44
2.3.1 無刷直流電機(jī)啟動特性 44
2.3.2 無刷直流電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性 45
2.3.3 無刷直流電機(jī)動態(tài)性能分析 48
2.3.4 無刷直流電機(jī)換相暫態(tài)分析 53
參考文獻(xiàn) 56
第三章 無刷直流電機(jī)速度控制系統(tǒng) 57
3.1 無刷直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速 57
3.1.1 PID調(diào)速原理 57
3.1.2 控制器設(shè)計(jì) 59
3.2 無刷直流電機(jī)速度智能控制技術(shù) 62
3.2.1 模糊控制 62
3.2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 67
3.2.3 遺傳算法優(yōu)化控制 73
3.2.4 滑模變結(jié)構(gòu)控制 79
3.2.5 灰色控制 84
3.2.6 其他智能調(diào)速方法 88
3.3 電機(jī)參數(shù)對動態(tài)響應(yīng)和調(diào)速范圍的影響 89
3.3.1 電阻參數(shù) 90
3.3.2 電感參數(shù) 90
3.3.3 轉(zhuǎn)動慣量參數(shù) 92
參考文獻(xiàn) 92
第四章 無刷直流電機(jī)換相轉(zhuǎn)矩波動分析與抑制 95
4.1 分時(shí)換相策略抑制轉(zhuǎn)矩波動 95
4.1.1 換相轉(zhuǎn)矩波動分析 95
4.1.2 分時(shí)換相策略分析 102
4.1.3 最佳分時(shí)換相策略的研究 106
4.2 基于自抗擾技術(shù)的換相轉(zhuǎn)矩波動抑制 108
4.2.1 抑制轉(zhuǎn)矩波動的自抗擾策略 108
4.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 111
4.3 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的換相轉(zhuǎn)矩波動抑制 113
4.3.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 113
4.3.2 自校正調(diào)節(jié)器 115
4.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 116
4.4 基于模糊小生境遺傳算法的電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)與轉(zhuǎn)矩波動抑制 118
4.4.1 反電勢波形平頂寬度的計(jì)算 118
4.4.2 模糊小生境遺傳算法 121
4.4.3 無刷直流電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì) 123
參考文獻(xiàn) 126
第五章 無刷直流電機(jī)的無位置傳感器控制 127
5.1 轉(zhuǎn)子位置間接檢測法 127
5.1.1 反電勢法 127
5.1.2 磁鏈法 136
5.1.3 電感法 136
5.1.4 人工智能法 138
5.2 無位置傳感器控制 138
5.2.1 基于擾動觀測器的無位置傳感器控制 138
5.2.2 基于Kalman濾波的無位置傳感器控制 144
5.2.3 基于滑模觀測器的無位置傳感器控制 148
5.2.4 基于小波網(wǎng)絡(luò)的無位置傳感器控制 151
5.3 無位置傳感器控制下的啟動 156
5.3.1 靜止?fàn)顟B(tài)下轉(zhuǎn)子初始位置的確定 156
5.3.2 無位置傳感器下的啟動方法 157
參考文獻(xiàn) 161
第六章 無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)仿真 163
6.1 無刷直流電機(jī)S函數(shù)仿真 163
6.2 無刷直流電機(jī)圖形化仿真 170
6.2.1 無刷直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真 171
6.2.2 無刷直流電機(jī)相電流超前導(dǎo)通運(yùn)行仿真 177
參考文獻(xiàn) 180
第七章 無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 182
7.1 系統(tǒng)主電路 182
7.2 驅(qū)動電路 185
7.2.1 MOSFET驅(qū)動電路 185
7.2.2 IGBT驅(qū)動電路 187
7.2.3 智能功率模塊 188
7.3 轉(zhuǎn)子位置信號檢測電路 190
7.4 微處理器控制電路 191
7.4.1 微處理器選型 191
7.4.2 單片機(jī)控制電路 192
7.4.3 DSP控制電路 196
7.5 保護(hù)電路 199
7.5.1 過壓保護(hù)電路 199
7.5.2 過流保護(hù)電路 200
7.5.3 邏輯保護(hù)電路 201
7.5.4 其他保護(hù)電路 202
7.6 無位置傳感器控制電路 204
7.6.1 電壓檢測電路 204
7.6.2 濾波移相電路 206
7.6.3 電流檢測電路 207
7.7 無刷直流電機(jī)控制專用集成電路 209
7.7.1 MC33033集成電路的應(yīng)用 209
7.7.2 TB6537P集成電路的應(yīng)用 212
7.8 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 215
7.8.1 帶位置傳感器無刷直流電機(jī)軟件設(shè)計(jì) 215
7.8.2 無位置傳感器無刷直流電機(jī)軟件設(shè)計(jì) 217
7.8.3 軟件可靠性設(shè)計(jì) 218
7.9 硬件系統(tǒng)電磁兼容性設(shè)計(jì) 219
7.9.1 強(qiáng)電部分電磁兼容性設(shè)計(jì) 220
7.9.2 弱電部分電磁兼容性設(shè)計(jì) 220
參考文獻(xiàn) 222
第八章 無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例 223
8.1 電梯門機(jī)系統(tǒng) 223
8.1.1 電梯門機(jī)系統(tǒng)介紹 223
8.1.2 電梯門機(jī)系統(tǒng)技術(shù)要求 225
8.1.3 電梯門機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 227
8.1.4 電梯門機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 229
8.2 電梯曳引機(jī)系統(tǒng) 231
8.2.1 電梯曳引機(jī)系統(tǒng)介紹 231
8.2.2 無刷直流電機(jī)無齒輪電梯曳引機(jī)的特點(diǎn) 233
8.2.3 電梯曳引機(jī)的技術(shù)要求 233
8.2.4 電梯曳引機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 234
8.2.5 電梯曳引機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 235
8.3 無刷直流電機(jī)在變頻空調(diào)中的應(yīng)用 236
8.4 無刷直流電機(jī)在電動汽車中的應(yīng)用 238
8.5 無刷直流電機(jī)在電動自行車中的應(yīng)用 239
8.6 無刷直流電機(jī)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用 240
8.6.1 在風(fēng)機(jī)、水泵上的應(yīng)用 240
8.6.2 在洗衣機(jī)上的應(yīng)用 240
8.6.3 在醫(yī)療器械上的應(yīng)用 241
參考文獻(xiàn) 241
第一章 緒論
目前,國內(nèi)外對無刷直流電機(jī)(brushless DC motor,BLDCM)的定義一般有兩種:一種定義認(rèn)為只有梯形波/方波無刷直流電機(jī)才可以被稱為無刷直流電機(jī),而正弦波無刷電機(jī)則被稱為永磁同步電機(jī)(permanent magnet synchronousmotor,PMSM);另一種定義認(rèn)為梯形波/方波無刷電機(jī)和正弦波無刷電機(jī)都是無刷直流電機(jī)。ANSl/IEEE國際標(biāo)準(zhǔn)100—1984只定義了“brushless rotarymachinery”,NEMA標(biāo)準(zhǔn)MG7—1987則將無刷直流電機(jī)定義為“一種轉(zhuǎn)子為永磁體,帶轉(zhuǎn)子位置信號,通過電子換相控制的自同步旋轉(zhuǎn)電機(jī)”,其換相電路可以是獨(dú)立的也可以是集成于電機(jī)本體上的。但迄今為止,還沒有一個(gè)公認(rèn)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對無刷直流電機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確的分類或者定義。本書將采用第一種定義,把具有串勵直流電機(jī)啟動特性和并勵直流電機(jī)調(diào)速特性的梯形波/方波無刷直流電機(jī)稱為無刷直流電機(jī)。無刷直流電機(jī)由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、出力大和效率高等特點(diǎn),已在國防、航空航天、機(jī)器人、工業(yè)過程控制、精密機(jī)床、汽車電子、家用電器和辦公自動化等領(lǐng)域中得到了較好的應(yīng)用。本章將分別敘述無刷直流電機(jī)的發(fā)展歷史、應(yīng)用場合、研究現(xiàn)狀及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢。