王成元

1943年生于沈阳，1967 年毕业于哈尔滨工业大学电机专业，现任沈阳工业大学教授，博士生导师，兼任中国电工技术学会理事，永磁电机专业委员会主任委员，中国机械工业教育协会电机与电器分委员会主任委员。自1979年以来，长期从事电力电子-rl电机及控制的研究和开发，先后主持完成有关高精度数控机床伺服驱动电机及其控制等三项国家自然科学基金项目和多项国家、省（部）级科研项目。发表了数十篇学术论文，编著了《异步电动机矢量变换控制原理及应用》。《矢量控制交流伺服驱动电动机》，《交流伺服系统》和《现代电机控制技术》等著作。

夏加宽

1962年生于江苏泰县，工学博士、教授、博士生导师。现任沈阳工业大学电气工程学院自动化系主任，电气传动研究所所长。“辽宁省普通高校优秀青年骨干教师”、“沈阳市优秀教师”荣誉称号。长期从事电机与电器、电力电子与电力动、人工智能与现代运动控制等学科的教学与科研工作。承担并完成国家自然科学基金、国家“863”子课题、辽宁省重大科技攻关项目十余项。获辽宁省科技进步二等奖、机械工业部科技进步二等奖、三等奖；沈阳市科技进步一等奖、二等奖等奖项。出版专著1部，发表论文20余篇，收入EI检索3篇；ISTP检索5篇。申请发明专利3项。实用新型专利5项。

序

第2版前言

第1版前言

第1章电磁转矩与空间矢量1

11电磁转矩1

111磁场与磁能1

112机电能量转换6

113电磁转矩的生成10

114电磁转矩的控制13

12直、交流电机的电磁转矩14

121直流电机的电磁转矩14

122三相同步电机的电磁转矩16

123三相感应电机的电磁转矩18

13空间矢量20

131定、转子的磁动势矢量20

132定、转子的电流矢量25

133定子电压矢量27

134定、转子磁链矢量28

14矢量控制33

141电磁转矩的矢量表达式33

142电磁转矩的矢量控制35

思考题与习题42

第2章三相感应电动机的矢量控制45

21基于转子磁场的转矩控制45

211转矩控制稳态分析45

212转矩控制动态分析49

22空间矢量方程53

221ABC轴系矢量方程54

222坐标变换和矢量变换57

223任意同步旋转MT轴系矢量

方程60

224转子磁场定向MT轴系矢量

方程61

23基于转子磁场定向的矢量控制系统69

231直接磁场定向70

232间接磁场定向72

233由电压源逆变器馈电的控制

系统74

234由电流可控电压源逆变器馈电的

控制系统77

24基于转子磁场的矢量控制中的几个

技术问题85

241电动机参数变化对磁场定向和

系统性能的影响85

242磁路饱和对磁场定向和系统性能

的影响88

25基于转子磁场定向的矢量控制系统

仿真实例89

26基于气隙磁场定向的矢量控制92

261基于气隙磁场的转矩控制92

262矢量控制方程92

263矢量控制系统95

27基于定子磁场定向的矢量控制97

271基于定子磁场的转矩控制97

272矢量控制方程97

273矢量控制系统100

28双馈感应电机的矢量控制102

281基于定子磁场定向的矢量

控制102

282矢量控制下的四种运行状态108

283矢量控制的特点111

284矢量控制系统114

思考题与习题118

第3章三相永磁同步电动机的矢量

控制120

31基于转子磁场定向的矢量方程120

311转子结构及物理模型120

312面装式三相永磁同步电动机的

矢量方程123

313插入式三相永磁同步电动机的

矢量方程126

32基于转子磁场定向的矢量控制及控制

系统131

321面装式三相永磁同步电动机的

矢量控制及控制系统131

322插入式三相永磁同步电动机的

矢量控制及控制系统136

33弱磁控制与定子电流的最优控制138

331弱磁控制138

332定子电流的最优控制141

34基于定子磁场定向的矢量控制143

341矢量控制方程144

342矢量控制系统145

35谐波转矩及转速波动146

351谐波转矩146

352谐波转矩的削弱方法150

36矢量控制系统仿真实例152

思考题与习题154

第4章三相感应电动机的直接转矩

控制156

41控制原理与控制方式156

411基本原理156

412定子电压矢量的作用与定子磁链

轨迹变化158

42控制系统159

421滞环比较控制159

422定子磁链和转矩估计164

43空间矢量调制166

431多位滞环比较控制166

432预期电压控制168

44直接转矩控制与矢量控制的联系和

比较170

441直接转矩控制与转子磁场矢量

控制170

442直接转矩控制与定子磁场矢量

控制171

45直接转矩控制仿真举例174

思考题与习题176

第5章三相永磁同步电动机的直接

转矩控制178

51控制原理与控制方式178

511转矩的生成与控制178

512滞环比较控制与控制系统181

513磁链和转矩估计182

514电动机参数和转速的影响183

515预期电压直接转矩控制184

52最优控制与弱磁控制186

521最大转矩/电流比控制186

522弱磁控制187

53直接转矩控制与矢量控制的联系与

比较188

531直接转矩控制与定子磁场矢量

控制188

532直接转矩控制与转子磁场矢量

控制189

54直接转矩控制仿真举例190

思考题与习题193

第6章无速度传感器控制与智能

控制195

61基于数学模型的开环估计195

611三相感应电动机转速估计195

612三相永磁同步电动机转子位置

估计197

62模型参考自适应系统198

621参考模型和可调模型199

622自适应律200

623转子磁链和转速估计系统202

63自适应观测器203

631状态估计方程204

632状态观测器205

633转速自适应律206

64扩展卡尔曼滤波209

641结构与原理209

642数学模型210

643状态估计213

65智能控制应用举例218

651基于神经网络的模型参考自适应

系统218

652模糊神经网络直接转矩控制222

思考题与习题224

附录225

附录A从电磁场角度分析空间矢量及

转矩生成225

A1磁动势矢量与电流矢量225

A2电机气隙内的磁场231

A3磁链矢量与转矩生成233

A4电流矢量与转矩生成235

A5空间矢量与转矩控制237

附录B坐标变换与矢量变换240

B1三相静止轴系与二相静止轴系

间的变换240

B2二相静止轴系与二相旋转轴系

间的变换242

B3三相静止轴系与二相旋转轴系

间的变换243

B4旋转轴系与旋转轴系间的变换244

B5静止轴系到旋转轴系变换的意义

的应用244

参考文献2492100433B

本书主要内容包括：三相感应电动机和三相永磁同步电动机矢量控制；三相感应电动机和三相永磁同步电动机直接转矩控制；无速度传感器控制与智能控制。全书采用空间矢量理论，在对各种控制技术进行独立分析的同时，利用空间矢量理论统一性特点分析和建立了它们之间的联系，从中阐述了不同控制技术的控制思想、特点及相互关联。本书深入浅出，力求体现内容的系统性、理论性、先进性和实用性。书中还配有仿真实例、思考题和习题等。本书在第1版的基础上增加了双馈感应电机的矢量控制内容，并增加了附录。

第1章绪论

1.1制造业与制造技术

1.1.1制造业是国民经济的重要领域

1.1.2制造及制造技术的概念

1.2制造技术的发展历程

1.2.1传统制造技术的发展历程

1.2.2现代制造技术的发展历程

1.3现代制造技术的主要领域及分类

1.3.1现代制造技术的主要领域

1.3.2现代制造技术的分类

1.4现代制造技术的特点及发展趋势

1.4.1现代制造技术的特点

1.4.2现代制造技术的发展趋势

习题

第2章现代设计技术

2.1概述

2.1.1现代设计技术的概念

2.1.2现代设计技术的发展及其意义

2.1.3现代设计技术的方法

2.2计算机辅助设计

2.2.1概述

2.2.2常规设计中的CAD

2.2.3概念设计CAD

2.2.4几何建模

2.2.5CAD的数据管理

2.2.6CAD技术的发展

2.3计算机辅助工艺规划

2.3.1CAPP的主要功能

2.3.2CAPP系统的类型

2.3.3CAPP系统的应用

2.4面向全生命周期的设计

2.4.1概述

2.4.2并行设计

2.4.3面向应用领域的设计评价技术

2.4.4产品数据交换技术

2.4.5产品数据管理

2.5绿色设计

2.5.1概述

2.5.2绿色设计的主要内容

2.5.3绿色设计的关键技术

2.6反求工程技术

2.6.1概述

2.6.2反求设计的对象类型

2.6.3计算机辅助反求设计

习题

第3章现代加工技术

3.1概述

3.1.1现代加工技术的内涵

3.1.2现代加工技术的特点

3.1.3现代加工技术的发展趋势

3.2超高速加工技术

3.2.1概述

3.2.2超高速加工机理

3.2.3超高速加工单元制造技术

3.2.4超高速加工用刀具与磨具

3.3超精密加工技术

3.3.1概述

3.3.2超精密切削加工

3.3.3超精密磨削和磨料加工

3.3.4超精密特种加工

3.3.5超精密加工技术的发展趋势

3.4现代特种加工技术

3.4.1概述

3.4.2电火花加工技术

3.4.3高能束加工技术

3.4.4超声波加工技术

3.5微型机械加工技术

3.5.1概述

3.5.2微型机械的微细加工工艺

3.5.3微型机械加工技术的相关技术

3.6快速原型制造技术

3.6.1快速原型技术的概念

3.6.2快速原型制造工艺

3.6.3快速原型技术的特点及其应用

习题

第4章制造自动化技术

4.1概述

4.1.1制造自动化的内涵

4.1.2制造自动化技术的发展历程

4.1.3制造自动化技术的发展趋势

4.2数控加工技术

4.2.1数控技术

4.2.2数控机床

4.2.3数控加工编程

4.3工业机器人技术

4.3.1概述

4.3.2工业机器人的结构

4.3.3工业机器人的运动轴系和自由度

4.3.4工业机器人驱动与控制

4.3.5工业机器人的应用

4.4柔性制造技术

4.4.1概述

4.4.2柔性制造系统的组成

4.4.3柔性制造系统的控制

4.4.4柔性制造系统的发展

4.5计算机集成制造技术

4.5.1概述

4.5.2CIMS的发展过程

4.5.3CIMS的系统结构

4.5.4CIMS的特点及发展

4.6CAD/CAM集成技术

4.6.1CAD/CAM系统的组成

4.6.2CAD/CAM系统的集成方式

4.6.3CAD/CAM系统的关键技术

习题

第5章现代制造管理

5.1概述

5.1.1制造管理技术的发展过程

5.1.2现代制造管理技术的基本特点

5.2产品质量管理

5.2.1产品质量与质量管理

5.2.2全面质量管理

5.2.3质量认证体系

5.3成组技术

5.3.1成组技术的概念

5.3.2零件分组方法

5.3.3JLBM1零件分类编码系统

5.3.4成组生产系统管理

5.4即时生产

5.4.1即时生产的概念

5.4.2看板管理

5.4.3JIT的实施

5.5企业资源规划

5.5.1物料需求规划

5.5.2制造资源规划

5.5.3企业资源规划系统

习题

第6章先进制造技术

6.1概述

6.2并行工程

6.2.1概述

6.2.2并行工程的关键技术

6.2.3并行工程集成框架

6.3敏捷制造

6.3.1概述

6.3.2敏捷制造的概念

6.3.3敏捷制造的关键技术

6.4虚拟制造

6.4.1虚拟制造的概念

6.4.2虚拟制造的分类

6.4.3虚拟制造的研究领域

6.4.4虚拟制造与其他技术的关系

6.4.5虚拟制造的技术体系

6.4.6虚拟制造的体系结构

6.5绿色制造

6.5.1概述

6.5.2绿色制造的内涵

6.5.3ISO 14000认证体系

6.5.4绿色制造的发展趋势

6.6智能制造

6.6.1泛在网络

6.6.2泛在信息制造概述

6.6.3泛在信息制造的关键技术

习题

参考文献

第1章绪论

1.1控制电机、特种电机和传统电机的区别

1.2控制电机与特种电机的种类

1.3控制电机与特种电机的应用

1.4控制电机、特种电机与其控制系统的关系

第2章测速发电机

2.1直流测速发电机

2.1.1直流测速发电机的形式

2.1.2直流测速发电机的输出特性

2.1.3直流测速发电机误差原因及分析

2.2交流异步测速发电机

2.2.1交流异步测速发电机的结构与工作原理

2.2.2交流异步测速发电机的输出特性

2.2.3交流异步测速发电机的主要技术指标

2.3测速发电机的应用

2.3.1位置伺服控制系统的速度阻尼及校正

2.3.2转速自动调节系统

2.3.3自动控制系统的解算

本章小结

思考题与习题

第3章自整角机

3.1自整角机的分类和结构

3.1.1自整角机的分类

3.1.2自整角机的结构

3.2控制式自整角机

3.2.1控制式自整角机的工作原理

3.2.2带有差动发送机的控制式自整角机的工作原理

3.3力矩式自整角机

3.3.1力矩式自整角机的工作原理

3.3.2阻尼绕组

3.3.3力矩式自整角机的应用

3.4自整角机的选择与使用

3.4.1自整角机的特点

3.4.2自整机的选用

3.4.3使用注意事项

3.5自整角机测控系统应用举例

3.5.1雷达方位角测量系统组成

3.5.2自整角机的测角与控制

3.5.3轴角/数字转换电路的硬件设计

3.5.4软件设计

本章小结

思考题与习题

第4章旋转变压器

4.1旋转变压器的类型和用途

4.2正余弦旋转变压器

4.2.1正余弦旋转变压器的结构

4.2.2正余弦旋转变压器的工作原理

4.2.3正余弦旋转变压器补偿方法

4.3线性旋转变压器

4.3.1线性旋转变压器的结构

4.3.2线性旋转变压器的工作原理

4.4旋转变压器的使用

4.4.1工作方式

4.4.2旋转变压器的选择和使用

4.4.3旋转变压器的误差

4.5旋转变压器的应用举例

4.5.1旋转变压器在角度测量系统中的应用

4.5.2旋转变压器在解算装置中的应用

本章小结

思考题与习题

第5章伺服电动机及其控制

5.1直流伺服电动机及其控制

5.1.1直流伺服电动机的结构和分类

5.1.2直流伺服电动机的控制方式

5.1.3直流伺服电动机的稳态特性

5.1.4直流伺服控制技术

5.2直流伺服电动机的应用

5.2.1在位置控制系统中的应用

5.2.2在速度控制系统中的应用

5.2.3在张力控制系统中的应用

5.2.4在自动检测装置中的应用

5.2.5基于DSP的直流伺服电动机系统

5.3异步伺服电动机及其控制

5.3.1异步伺服电动机的结构与分类

5.3.2异步伺服电动机的控制

5.3.3异步伺服电动机的静态特性

5.3.4异步伺服电动机和直流伺服电动机的性能比较

5.4异步伺服电动机的应用

5.4.1在位置控制系统中的作用

5.4.2在检测装置中的应用

5.4.3在计算装置中的应用

5.4.4在增量运动的控制系统中的应用

5.5永磁同步伺服电动机及其控制

5.5.1永磁同步伺服电动机的结构与分类

5.5.2永磁同步伺服电动机的工作原理

5.5.3永磁同步伺服电动机的稳态性能

5.5.4永磁同步伺服电动机的数学模型

5.5.5永磁同步伺服电动机的矢量控制策略

5.6永磁同步伺服电动机系统设计

5.6.1永磁同步伺服电动机系统的理论设计

5.6.2永磁同步伺服电动机的DSP控制设计

本章小结

思考题与习题

第6章步进电动机及其驱动

6.1步进电动机的分类及结构

6.1.1步进电动机的分类

6.1.2步进电动机的结构

6.2反应式步进电动机的工作原理

6.2.1通电方式分析

6.2.2小步距角步进电动机

6.2.3步进电动机的基本特点

6.3反应式步进电动机的运行特性

6.3.1静态运行特性

6.3.2动态运行特性

6.3.3主要性能指标

6.4步进电动机的驱动控制

6.4.1驱动控制器

6.4.2功率驱动电路

6.5步进电动机的应用

6.5.1用于电子计算机的外部设备

6.5.2用于数字程序控制系统

6.5.3用于点位控制的闭环控制系统

本章小结

思考题与习题

第7章无刷直流电动机及其控制

7.1无刷直流电动机的基本结构和工作原理

7.1.1无刷直流电动机的基本结构

7.1.2无刷直流电动机的工作原理

7.2无刷直流电动机的运行特性

7.2.1无刷直流电动机的基本方程

7.2.2无刷直流电动机特性分析

7.3无刷直流电动机的控制方法

7.3.1最简控制方式

7.3.2调压控制方式

7.3.3电流滞环PWM控制方式

7.3.4无刷直流电动机的四象限运行控制过程

7.4无刷直流电动机的无位置传感器控制

7.4.1基于反电动势过零点的转子位置检测

7.4.2续流二极管法

7.4.3基于反电动势积分的转子位置检测

7.4.4基于反电动势三次谐波的转子位置检测

7.4.5状态观测器法

7.4.6基于磁链函数的转子位置检测方法

7.5无刷直流电动机专用驱动控制集成电路

7.5.1MC33035

7.5.2EC302

7.6基于TMS320F2812 DSP的无刷直流电动机控制系统

7.6.1控制器方案设计

7.6.2控制器硬件设计

7.6.3控制器软件设计

7.6.4系统应用软件总体结构

7.6.5控制器系统控制策略

7.7无刷直流电动机转矩脉动抑制方法举例

7.7.1无刷直流电机控制模型

7.7.2非换相区转矩脉动形成原因分析

7.7.3换相区转矩脉动形成原因分析

7.7.4非换相区转矩脉动抑制方法

7.7.5换相区转矩脉动抑制方法

7.7.6实验结果

7.8无刷直流电动机控制系统的应用与发展

本章小结

思考题与习题

第8章开关磁阻电机及其控制

8.1开关磁阻电动机驱动控制系统构成与工作原理

8.1.1SRD系统的基本构成

8.1.2SR电动机的运行原理

8.1.3SRD系统与其他系统的比较

8.2开关磁阻电动机的控制方式

8.2.1SR电动机的数学模型

8.2.2SRD系统的调速控制方式

8.2.3基于模糊控制算法的SRD系统控制方式

8.3SRD系统功率变换器

8.3.1功率变换器主电路

8.3.2SRD功率变换器设计实例

8.4开关磁阻电动机控制器

8.4.1控制器硬件设计

8.4.2SRD系统软件设计

8.5开关磁阻发电机

8.5.1开关磁阻发电机的运行原理

8.5.2开关磁阻发电机系统的构成

8.5.3开关磁阻发电机的控制策略

8.6开关磁阻电动机及其控制的发展

本章小结

思考题与习题

第9章直线电动机

9.1直线电动机的基本结构

9.2直线感应电动机

9.2.1旋转感应电机的基本工作原理

9.2.2直线感应电动机的基本工作原理

9.3直线直流电动机

9.3.1永磁式直线直流电动机

9.3.2电磁式直线直流电动机

9.4直线同步电动机

9.5直线步进电动机

9.6直线电动机的应用

9.6.1作为直线运动的执行元件

9.6.2用于机械加工产品

9.6.3用于信息自动化产品

9.6.4用于长距离的直线传输装置

9.6.5用于高速磁悬浮列车

本章小结

思考题与习题

第10章盘式电动机

10.1盘式电动机概况

10.2盘式直流电动机

10.2.1盘式直流电动机的结构特点

10.2.2盘式直流电动机的基本电磁关系

10.3盘式同步电动机

10.4盘式电动机的发展

本章小结

思考题与习题

第11章超声波电动机及其控制

11.1超声波电动机概述

11.1.1超声波电动机发展历史

11.1.2超声波电动机的特点

11.1.3超声波电动机的分类

11.2行波型超声波电动机

11.2.1行波型超声波电动机的结构特点

11.2.2行波型超声波电动机的运行机理

11.2.3行波型超声波电动机的驱动控制

11.3超声波电动机的应用

11.4超声波电动机的发展方向

本章小结

思考题与习题

附录A课程设计

A.1步进电动机驱动系统设计

A.1.1设计背景

A.1.2设计要求

A.1.3设计原理

A.1.4分组说明

A.1.5设计报告说明

A.2永磁无刷直流电动机控制系统设计

A.2.1设计背景

A.2.2设计要求

A.2.3设计原理

A.2.4分组说明

A.2.5设计报告说明

附录B部分思考题与习题参考答案

参考文献