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| 編輯推薦： |
本专著围绕高精度控制方法，系统地介绍了无刷直流电动机与永磁同步电动机的工作原理和数学模型、工程实现中的电压源脉冲调宽逆变器和测角元件的原理、PID 控制系统的电流环和位置环设计方法及 智能控制方法，包括自调整模糊 PID控制、自适应模糊滑模变结构控制、自适应模糊反步控制，以及自适应 模糊/神经网络动态面控制方法。
本专著适合电动机控制领域的研究生及科研人员用于提高专业知识和扩展知识面。
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| 內容簡介： |
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本专著系统地介绍了无刷直流电机与永磁同步电机的工作原理和数学模型、工程实现中的电压源脉冲调宽逆变器和测角元件的原理、PID控制系统的电流环和位置环设计方法及智能控制方法，包括自调整模糊PID控制、自适应模糊滑模变结构控制、自适应模糊反步控制，以及自适应模糊/神经网络动态面控制方法。全书共8章，前两章介绍无刷直流电机与永磁同步电机工作原理及控制实现中最重要的至动单元——电压源脉冲调宽逆变器；第3、4章介绍了PID控制方法；第5~8章介绍智能控制方法。第一章包括齿槽力矩和纹波力矩、无刷直流电机连续旋转的原理、无刷直流电机的数学模型、永磁同步电机矢量控制系统建模；第二章为电压源脉冲调宽逆变器，包括 SPWM功率放大器与谐波滤波器、三相SVPWM逆变器、三桥臂两相SVPWM逆变器、双H-桥两相SVPWM逆变器、SVPWM波形计算、SVPWM计算机实现、智能功率模块；第三章为电流环设计，包括无刷直流电机电流环硬件配置、无刷直流电机电流环设计、永磁同步电机电流环设计、自适应鲁棒预测电流控制；第四章为位置环PID控制器设计，包括光电轴角编码器系统、角秒级增量式光电编码器电路设计、粗精组合感应同步器测角系统、伺服系统位置环硬件配置、位置环PID控制器设计、积分反缠绕设计；第五章为自调整模糊PID控制；第六章为自适应模糊滑模控制，包括机械接触摩擦非线性模型、机械传动齿隙非线性模型、两种典型的永磁电机伺服系统动力学模型、滑模面与趋近律、模糊基函数与模糊万能逼近定理、自适应模糊滑模控制器设计、Simulink仿真结果；第七章为自适应模糊反步控制，包括预备知识、反步法控制的原理、反步控制设计方法验证、单输入-单输出（SISO）系统自适应反步滑模跟踪控制、含齿隙和摩擦的无刷直流电机伺服系统自适应模糊反步控制、永磁同步电机自适应模糊反步法位置跟踪控制及仿真验证；第八章为自适应模糊/神经网络动态面控制，包括非线性系统动态面（DSM）控制基本原理、含失配函数的严反馈非Lipschitz非线性系统动态面控制、含齿隙滞环的非线性系统自适应模糊动态面控制、永磁同步电机位置跟踪系统自适应神经网络动态面控制、基于预报器的严反馈非线性系统神经网络动态面控制、基于预报器的PMSM伺服系统神经网络动态面控制及仿真验证。本专著适合电机控制领域的研究生及科研人员用于提高专业知识和扩展知识面。
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| 關於作者： |
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高钟毓，清华大学精仪系教授（已退休），惯性导航系统技术专家，清华大学导航技术工程中心第一任主任。长期从事机电控制工程、惯性仪表与系统研究。编著《工程系统中的随机过程----随机系统分析与最优滤波》《机电控制工程》《机电一体化系统设计》《静电陀螺仪技术》及《惯性导航系统技术》。曾获国家发明二等奖1项、省部级科技进步一等奖2项等。
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| 目錄：
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第1章工作原理与数学模型
1.1无刷直流电机与永磁同步电机
1.2齿槽力矩和纹波力矩
1.3无刷直流电机连续旋转的原理
1.4无刷直流电机的数学模型
1.4.1电压方程
1.4.2反电动势表达式
1.4.3转矩方程
1.4.4机械运动方程
1.4.5传递函数模型
1.5永磁同步电机矢量控制系统建模
1.5.1静止坐标系的电压、磁链及电磁转矩方程
1.5.2坐标变换
1.5.3转子坐标系中的数学模型
参考文献
第2章电压源脉冲调宽逆变器
2.1SPWM功率放大器与谐波滤波器
2.2三相SVPWM逆变器
2.3三桥臂两相SVPWM逆变器
2.4双H桥空间矢量调制两相功率放大器
2.5SVPWM波形计算
2.5.1三桥臂三相逆变器
2.5.2三桥臂两相逆变器
2.5.3双H桥两相逆变器
2.6SVPWM的计算机实现
2.7智能功率模块
2.7.1IPM的内部功能机制
2.7.2IPM的外围驱动电路设计
2.7.3IPM的保护电路设计
2.7.4制动用IGBT及续流二极管
参考文献
附录
第3章电流环设计
3.1无刷直流电机电流环硬件配置
3.1.1主控制器模块
3.1.2电机功率驱动模块
3.1.3霍尔位置传感器信号检测电路
3.1.4母线电流检测电路
3.1.5母线电压测量电路
3.2无刷直流电机电流环设计
3.3永磁同步电机电流环设计
3.4自适应鲁棒预测电流控制
3.4.1具有不确定性扰动的表贴式PMSM数学模型
3.4.2预测电流控制
3.4.3预测内模发生器
3.4.4稳定性分析与自适应增益调整
3.4.5Simulink仿真结果
参考文献
附录
第4章位置环PID控制器设计
4.1光电轴角编码器系统
4.1.1绝对式光电编码器
4.1.2增量式光电编码器
4.1.3电机转速测量
4.2角秒级增量式光电编码器电路设计
4.2.1总体原理框图
4.2.2细分与鉴相电路
4.2.3高速同步可逆计数器电路
4.2.4功能仿真结果
4.3粗精组合感应同步器测角系统
4.3.1感应同步器盘片结构与测角原理
4.3.2感应同步器测角电路
4.3.3测角系统误差检测与补偿
4.3.4感应同步器接口电路与数据采集
4.3.5粗精组合感应同步器数据处理
4.4伺服系统位置环硬件配置
4.5位置环PID控制器设计
4.5.1设计技术指标
4.5.2控制器的参数设计
4.5.3系统性能验证
4.6积分反“缠绕”设计
4.6.1附加反馈支路的作用
4.6.2反馈支路时间常数Tt选择
4.6.3控制律的等价离散化
4.6.4执行器饱和反“缠绕”Simulink仿真
参考文献
附录： Quartus Ⅱ 9.0建立工程、编译及仿真过程
第5章自调整模糊PID控制
5.1模糊控制器基本原理
5.2模糊PID控制器设计计算
5.2.1基本论域到模糊论域的转换
5.2.2确立输入/输出的语言变量
5.2.3选择合适的隶属度函数
5.2.4模糊控制规则的制定
5.2.5模糊推理计算
5.2.6解模糊
5.2.7制定参数自调整的模糊控制表
5.3模糊PID控制系统MATLAB/Simulink仿真
参考文献
附录： 设计模糊控制器的操作过程
第6章自适应模糊滑模控制
6.1机械接触摩擦非线性模型
6.2机械传动齿隙非线性模型
6.3两种典型的永磁电机伺服系统动力学模型
6.3.1光电编码器测角反馈的无刷直流电机跟踪系统
6.3.2粗精组合感应同步器反馈的永磁同步力矩电机伺服系统
6.4滑模面与趋近律
6.5模糊基函数与模糊万能逼近定理
6.6自适应模糊滑模控制器设计
6.7Simulink仿真结果
6.7.1无刷直流电机自适应模糊滑模控制跟踪系统
6.7.2永磁同步电机自适应模糊滑模控制双轴伺服跟踪系统
参考文献
第7章自适应模糊反步控制
7.1预备知识
7.1.1范数
7.1.2函数的连续性
7.1.3Young’s不等式
7.1.4稳定性定义与Lyapunov稳定性定理
7.1.5Barbalat引理
7.2反步法控制的原理
7.3反步控制设计方法验证
7.4单输入-单输出系统自适应反步跟踪控制
7.4.1二阶单输入-单输出系统自适应反步滑模跟踪控制
7.4.2n阶含齿隙滞环的单输入-单输出系统自适应反步跟踪控制
7.5含齿隙与摩擦的无刷直流电机伺服系统自适应模糊反步控制
7.5.1动态系统建模
7.5.2自适应模糊反步控制器设计
7.5.3系统稳定性分析
7.5.4Simulink仿真验证
7.6永磁同步电机自适应模糊反步法位置跟踪控制及仿真验证
参考文献
第8章自适应模糊/神经网络动态面控制
8.1非线性系统动态面控制基本原理
8.2含失配函数的严反馈非Lipschitz非线性系统动态面控制
8.3含齿隙滞环的严反馈非线性系统自适应模糊动态面控制
8.4永磁同步电机位置跟踪系统自适应神经网络动态面控制
8.4.1PMSM系统的数学模型
8.4.2径向基函数神经网络
8.4.3自适应神经网络动态面控制器设计
8.4.4系统稳定性分析
8.4.5Simulink仿真验证
8.5基于预报器的严反馈非线性系统神经网络动态面控制
8.5.1问题的提出
8.5.2控制器设计
8.5.3系统稳定性分析
8.6基于预报器的PMSM伺服系统神经网络动态面控制及仿真验证
8.6.1PMSM系统的数学模型
8.6.2控制器设计
8.6.3系统稳定性分析
8.6.4Simulink仿真验证
参考文献
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| 內容試閱：
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机电控制系统已有很长的发展历史。最初，应用最多的是有刷直流电机和两相交流伺服电机，控制精度能做到角分级已经是很好的了。之后，出现了无刷直流电机，电机的控制性能有了进一步提高，控制精度可达10″级。再之后，出现了永磁同步电机，特别是直驱式永磁同步力矩电机，其齿槽转矩有了明显改善。但是，这是一个多变量、强耦合、非线性系统，欲使其控制精度达到1″级，还是存在一定困难的。
多年以前，我曾与王永樑教授合写过一本《机电控制工程》教材(第1版)，主要论述常规的机电数字控制系统。经过几十年的实践，发现存在的主要问题是实际系统中存在未知不确定性因素影响。其中，包括永磁电机具有的强耦合非线性、机械传动装置的摩擦力矩、减速器的传动齿隙、外部不确定性随机干扰，以及电机本身的参数随着温度、环境条件的变化等。
常规的PID控制技术对于确定的线性系统是可以调整到最优的，但是，面对不确定性非线性及未知干扰问题则显得无能为力。因此，近年来，许多学者为解决这类问题进行了大量探索与研究，提出了包括模糊控制与神经网络控制在内的智能控制技术。主要有自调整模糊PID控制、自适应模糊滑模变结构控制、自适应模糊反步控制和自适应模糊/神经网络动态面控制。
本书叙述了这些现代的控制技术，重点做了Simulink仿真研究，证明控制精度可达角秒级，并指出了这些新技术各自的优缺点。
贺晓霞副研究员带领科研小组的师生进行了有关系统的试验研究，证明了理论的正确性，取得了预期的研究成果。
在编写本书的过程中，编者得到了单位领导和同事的支持，尤其王永樑教授给予了许多具体的帮助。在此一并表示衷心感谢。
由于编者水平有限，书中难免存在不少缺点与错误，希望读者批评、指正。
高钟毓 于下花园
2024年5月1日
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