在过去的10年里，交流电机数字控制理论并未发生革命性的变化，最近10年的工作主要集中在对原有控制算法的不断完善和对控制性能的提高上。所以《交流电机数字控制系统(第2版)》中对于交流电机控制理论和方法的介绍在本次修订中没有做较大的变动，只是对部分原有的错误进行了校正，对部分细节内容做了微调，整体结构不变。

本次修订工作主要由郑泽东博士完成，李永东负责文字的校正。

《交流电机数字控制系统(第2版)》全面系统地介绍了现代交流电机控制系统的基本原理、设计方法和数字控制技术，在介绍了交流电机数字控制系统的理论基础和硬件基础之后，分别阐述了交流电机控制系统的不同控制方法及其数字化的实现，重点介绍了已得到广泛应用的矢量控制系统、直接转矩控制系统的控制原理、控制规律和设计方法，并对无速度传感器控制系统和同步电机控制系统也给予了一定的介绍。

这次修订《交流电机数字控制系统(第2版)》删除了一些陈旧的内容，增加对32位DSP及主流单片机的介绍，并按最新DSP对电机控制相关功能模块的使用方法作了修订，还用C语言代替汇编语言对数字化矢量控制系统的软件构成重新进行编写，对自控式电励磁同步电机的控制电路部分进行了简化，重新修订了永磁同步电机控制部分的内容等，使本书内容更符合当前技术发展的水平。

本书适宜于从事电气传动自动化、电机及其控制、电力电子技术的科技人员阅读，也可作为大专院校有关教师、研究生和高年级本科生的教学参考书。

本次修订工作主要由郑泽东博士完成，李永东负责文字的校正。

《电气自动化新技术丛书》序言

第6届《电气自动化新技术丛书》编辑委员会的话

第2版前言

第1版前言

绪论1

0．1 交流电机控制系统的发展和现状1

0．2 交流电机控制系统的类型3

0．3 交流电机数字控制系统的特点6

0．4 数字控制系统的一般问题9

第1章 数字控制系统的理论基础15

1．1 概述15

1．2 连续域等效设计法15

1．2．1 数字控制系统的性能要求15

1．2．2 连续域离散化的方法16

1．2．3 数字PID调节器19

1．2．4 数字PID调节器的改进22

1．3 数字控制系统的z变换分析26

1．3．1 z变换及其性质26

1．3．2 数字控制系统的脉冲传递函数29

1．4 数字控制系统的离散化设计30

1．4．1 最少拍控制系统的设计30

1．4．2 最少拍无纹波控制系统的设计32

1．4．3 数字调节器的实现34

1．5 数字控制系统的状态空间分析和设计37

1．5．1 数字控制系统的状态空间方程37

1．5．2 数字控制系统的一般性质38

1．5．3 状态空间设计法39

1．5．4 状态观测器41

1．6 数字控制系统软件设计的实际考虑44

1．6．1 数字控制系统软件设计44

1．6．2 量化误差和比例因子46

1．6．3 数据处理和数字滤波48

参考文献52

第2章 交流电机数字控制系统硬件基础53

2．1 概述53

2．2 微机控制系统硬件设计的一般问题53

2．2．1 交流电机数字控制系统的设计方法和步骤54

2．2．2 交流电机的数字控制系统总体方案的确定55

2．2．3 微处理器芯片的选择57

2．3 微处理器和控制芯片简介58

2．3．1 单片机58

2．3．2 数字信号处理器(DSP)61

2．3．3 精简指令集计算机(RISC)63

2．3．4 并行处理器和并行DSP65

2．3．5 专用集成电路(ASIC)65

2．4 交流电机数字化控制系统构成68

2．4．1 总线系统68

2．4．2 接口和外围设备69

2．4．3 实时控制73

2．4．4 信号检测75

2．5 系统开发和集成78

2．5．1 对开发系统的要求78

2．5．2 通用数字化开发平台78

2．5．3 硬件系统设计中的抗干扰问题82

参考文献84

第3章 电压型PWM变频调速异步电机数字控制系统85

3．1 概述85

3．2 变频调速的基本原理85

3．2．1 变压变频(VVVF)控制原理85

3．2．2 异步电机变压变频时的机械特性87

3．3 电压型PWM变频器89

3．3．1 电压型PWM变频器的主电路89

3．3．2 PWM技术分类91

3．3．3 PWM性能指标92

3．4 正弦PWM技术94

3．4．1 电压SPWM技术94

3．4．2 电流SPWM技术95

3．4．3 磁通SPWM技术97

3．5 其他PWM技术104

3．5．1 优化PWM技术104

3．5．2 随机PWM技术107

3．5．3 小结112

3．6 PWM变频调速异步电机开环控制112

3．6．1 开环变频调速系统112

3．6．2 开环通用变频器的软件设计117

3．7 异步电机转速闭环控制系统120

3．7．1 转差频率控制系统构成120

3．7．2 转差频率控制系统的起动过程分析121

3．7．3 转差频率控制系统的特点122

参考文献123

第4章 全数字化异步电机矢量控制系统125

4．1 概述125

4．2 异步电机矢量控制原理126

4．2．1 异步电机数学模型126

4．2．2 转子磁场定向矢量控制原理127

4．2．3 转差频率矢量控制原理129

4．2．4 气隙磁场定向矢量控制原理130

4．2．5 定子磁场定向矢量控制原理131

4．2．6 定子电压定向矢量控制系统132

4．2．7 异步电机矢量控制系统的基本环节134

4．3 全数字化矢量控制系统设计136

4．3．1 转子磁场定向矢量控制系统调节器设计136

4．3．2 全数字化矢量控制系统的硬件和软件构成144

4．4 磁链观测和电流控制152

4．4．1 矢量控制的磁链观测152

4．4．2 矢量控制中的电流调节器161

4．5 无速度传感器异步电机矢量控制系统166

4．5．1 动态转速估计器法167

4．5．2 基于PI调节器的自适应法169

4．5．3 自适应转速观测器法170

4．5．4 转子齿谐波法174

4．5．5 高频注入法175

4．5．6 神经元网络法177

参考文献178

第5章 全数字化异步电机直接转矩控制系统182

5．1 概述182

5．2 直接转矩控制基本原理183

5．2．1 电机数学模型183

5．2．2 空间矢量PWM逆变器183

5．2．3 磁链和转矩闭环控制原理184

5．3 磁链和转矩控制性能分析186

5．3．1 磁链控制性能分析186

5．3．2 转矩控制性能分析188

5．3．3 磁链和转矩的估算和观测190

5．4 全数字化控制系统的实现191

5．4．1 电压矢量的选择191

5．4．2 控制系统硬件的实现194

5．4．3 低速控制性能分析194

5．4．4 改进算法200

5．5 无速度传感器直接转矩控制203

5．5．1 直接计算法204

5．5．2 模型参考自适应法(MRAS)209

参考文献213

第6章 全数字化同步电机控制系统215

6．1 概述215

6．2 自控式同步电机控制系统原理216

6．2．1 自控式同步电机的基本结构及工作原理216

6．2．2 自控式同步电机基本关系分析218

6．3 典型自控式同步电机数字控制系统设计219

6．3．1 系统结构设计220

6．3．2 控制功能的数字化实现221

6．4 永磁同步电机数字控制系统227

6．4．1 永磁同步电机及其数学模型227

6．4．2 PMSM数字控制系统228

6．4．3 全数字化PMSM伺服系统总体设计229

6．4．4 全数字化PMSM伺服系统的性能230

6．4．5 无速度传感器PMSM系统231

6．4．6 转子初始位置的检测策略243

参考文献245

附录248

附录A 交流异步电机多变量数学模型及广义派克方程248

附录B 自动控制系统的工程设计法264

参考文献274