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图书分类

Book classification
  1. 本书全面、系统地介绍了基于先进智能控制的异步电机控制策略,内容涉及:异步电机在静止和旋转坐标系下的数学模型,异步电机的几种矢量控制原理,直接转矩控制原理及其控制系统,ANN控制技术在异步电机中的应用,基于滑模变结构控制的异步电机矢量控制系统,基于扩展卡尔曼滤波器和基于改进MRAS方法的异步电机无速度传感器控制,以及基于DSP的数字化控制系统。
  2. 前  言
    异步电机变频调速系统由于具有节能、控制性能好、效率高等优点,已广泛应用于各种场合。特别是近十年来,随着电力电子技术、微型计算机技术和控制理论的发展,以矢量控制技术和直接转矩技术为核心的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)变频调速技术,使交流电机在调速范围、调速精度、动态性能等方面发生了实质性的飞跃,形成了先进传动控制技术的发展主流,并且在需要高性能调速的现代高性能数控机床、机器人和电动汽车等各个领域得到了广泛应用。同时,人们对调速系统提出了精度更高和控制性能更好的要求,即要求其具有快速性好、无超调、无静差和抗干扰能力强等优点。然而由于异步电机控制系统本质上是非线性、强耦合和时变系统,当模型不确定性超过传统线性最优鲁棒控制所容许的范围时,控制系统就变得不稳定,因此难以满足现代控制系统要求。
    有许多复杂的系统是无法用传统方法进行描述的,特别是大多数非线性的动态时变系统,还不能建立有效的数学模型。为此,从操作者和专家控制的实践中得到启发,人们提出了人工智能控制技术,包括专家系统、模糊逻辑、人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)和遗传算法(Genetic Algorithm,GA)等。因此,研究基于先进智能控制的异步电机控制策略势在必行。
    本书正是这一背景下的研究成果。全书共分为6章:第1章重点介绍了异步电机在静止和旋转坐标系下的数学模型;第2章重点介绍了转子磁场矢量控制和定子磁场矢量控制技术;第3章介绍了直接转矩控制原理及其控制系统;第4章在阐述异步电机的几种模糊控制技术的基础上,介绍了ANN控制技术在异步电机中的应用,同时阐述了基于滑模变结构控制的异步电机矢量控制系统;第5章首先介绍了基于扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter,EKF)和基于改进模型参考自适应(Model Reference Adaptive System,MRAS)方法的异步电机无速度传感器,接着重点介绍了基于ANN的速度估计和几种电机参数估计方法,同时介绍了几种用于电机参数估计技术的智能优化算法;第6章介绍了基于数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)的数字化控制系统。
    本书由西华大学王军教授和龙驹副教授共同撰写。其中,第2章的2.4节,第3章,第4章,第5章的5.1、5.2、5.3、5.4.1节和第6章由王军教授撰写;第1章,第2章的2.1、2.2、2.3、2.5和2.6节,第5章的5.4.2节由龙驹副教授撰写。全书的统稿工作由王军教授完成。在撰写过程中,孙章老师和李虹、涂敏、陈科、白波、唐静等研究生参与了部分图表的绘制和文字录入工作。
    本书的一部分内容来自我们十多年来在该领域的研究成果,在此感谢曾经在本实验室学习、现已毕业并分布在全国的研究生,他们是:黄艺、郭忠林、武卯泉、丁传东、丁仕光、杨文方、宋志强、李建坤、车畅和王桂娟。同时,本书的出版也得到了相关项目基金的支持,包括四川省教育厅科技创新重大培育项目基金(基金号:12ZZ007)和四川省科技厅支撑计划项目(项目编号:2013GZ0130),在此一并表示感谢。
    由于作者学术水平有限,在电机智能控制系统方法和实验方法方面还有很多没有涉及,同时书中也可能存在不妥的地方,请大家给予批评和指正。


    王 军
    2014年8月于四川成都
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  1. 目   录
    1  三相异步电机数学模型 1
    1.1  三相异步电机的结构与转动原理 1
    1.2  在静止三相坐标系中的动态数学模型 3
    1.3  在两相坐标系中的动态数学模型 10
    参考文献 21
    2  三相异步电机矢量控制的调速系统 22
    2.1  转子磁场定向矢量控制 23
    2.2  磁链观测器和转矩估计 32
    2.3  定子磁场定向矢量控制 42
    2.4  气隙磁场定向控制 46
    2.5  矢量控制系统的仿真 47
    2.6  本章小结 54
    参考文献 55
    3  三相异步电机直接转矩控制 56
    3.1  直接转矩控制原理 56
    3.2  直接转矩控制系统 58
    3.3  直接转矩控制系统的仿真 69
    3.4  改善直接转矩控制性能的措施 76
    3.5  本章小结 88
    参考文献 88
    4  三相异步电机智能控制的调速系统 93
    4.1  异步电机的模糊控制 94
    4.2  异步电机的神经网络控制 118
    4.3  基于滑模变结构技术的矢量控制系统 132
    4.4  本章小结 140
    参考文献 140
    5  三相异步电机无速度传感器控制与智能控制技术 145
    5.1  基于扩展卡尔曼滤波器的速度估计 145
    5.2  基于改进模型参考自适应的速度估计 152
    5.3  神经网络技术在速度和参数辨识中的应用 163
    5.4  遗传算法和粒子群算法在电机参数辨识中的应用 172
    5.5  本章小结 179
    参考文献 179
    6  基于DSP的数字化控制系统 184
    6.1  交流电机控制系统的硬件结构 184
    6.2  控制软件设计 191
    6.3  实验结果 200
    参考文献
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