本書詳述了直流電機、異步電機、同步電機、步進電機、開關磁阻電機拖動系統(tǒng)的仿真與實驗，系統(tǒng)地講述了各種電機及其驅動器的工作原理、數(shù)學模型和仿真模型，介紹了電力拖動自動控制系統(tǒng)仿真模塊的參數(shù)和功能，分析了電力拖動自動控制系統(tǒng)各種控制方法及其仿真波形。讀者按照仿真步驟進行操作，就能掌握電力拖動自動控制系統(tǒng)的仿真方法和技巧。同時，本書還介紹了電力拖動自動控制系統(tǒng)的實驗，讀者可按照實驗步驟進行操作，以便提高電氣工程實踐能力。
本書可以供從事電機拖動系統(tǒng)研究、設計、生產和使用的科研人員及工程技術人員參考，也可供高等學校電氣工程專業(yè)選作教學用書。
本書內容比較新，范圍比較廣，實用性強。有利于擴大相關技術人員的知識面，為今后的產品研發(fā)提供指導思想，縮短產品的研制時間。
前言
本書是一本實踐性和應用性很強的教材，它綜合了電機拖動基礎、自動控制理論、DSP 原理與應用等多學科的知識。現(xiàn)代計算機仿真技術為電力拖動自動控制系統(tǒng)的分析提供了嶄新的方法，可以使電力拖動自動控制系統(tǒng)的設計變得更加容易和有效，也是學習電力拖動自動控制系統(tǒng)的重要手段。
仿真不受硬件設備條件的限制，當讀者掌握了仿真的方法，在電機拖動方面有一些想法和靈感時，馬上可以通過仿真來驗證。仿真適合于原理性驗證，比較快速。當仿真通過以后，可以進行硬件實驗。仿真與硬件實驗相結合，加深讀者對電力拖動系統(tǒng)的理解，激發(fā)讀者對電力拖動系統(tǒng)的興趣，提高讀者的創(chuàng)新能力，提高電氣工程產品研發(fā)的效率。
本書系統(tǒng)地講述了電力拖動自動控制系統(tǒng)的仿真和實驗，是電力拖動自動控制系統(tǒng)的重要補充，可作為電力拖動自動控制系統(tǒng)仿真與實驗課程的配套教材，也可以作為電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設計和電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)設計的參考書。讀者通過對仿真與實驗的學習，提高電氣工程應用能力，以滿足企業(yè)對高層次應用型人才的需要。
本書在應用型本科的建設方面將起到積極的推動作用。
全書共分6 章，詳細講述了直流電機、異步電機、同步電機、步進電機、開關磁阻電機拖動系統(tǒng)的仿真與實驗，并對仿真和實驗案例進行了詳細分析，以饗讀者。由于仿真軟件為MATLAB 軟件中文版，其中文版沒有完全漢化，DSP 開發(fā)軟件為英文版，因此書中采用了部分英文圖，并對英文圖進行了解釋。為方便讀者閱讀和理解，書中部分框圖譯成了中文形式。
上海理工大學機械工程學院電氣工程系李正博士撰寫了第1～4 章，馬立新教授撰寫了第5、6 章。
由于作者水平所限，書中難免還有不當之處，歡迎廣大讀者批評指正。
作 者
2021 年10 月
主編馬立新，上海理工大學教授。1999年3月畢業(yè)于日本國立大學并取得博士學位（工學）,畢業(yè)后進入日本研究所從事研究開發(fā)工作，任研究員。2002回國至今在上海高校工作，任教授、研究所所長、電氣工程系主任、電氣工程一級學科帶頭人。
目錄
前言
第1 章 直流電機拖動系統(tǒng)的仿真與實驗 1
1.1 直流電機拖動系統(tǒng)的仿真 1
1.1.1 直流電機的數(shù)學模型 1
1.1.2 直流電機電樞回路串電阻三級起動的仿真 8
1.1.3 兩象限單相晶閘管整流器直流電機拖動系統(tǒng)的仿真 16
1.1.4 帶剎車制動再生單元的單相整流器直流電機拖動系統(tǒng)的仿真 31
1.1.5 四象限單相整流器直流電機拖動系統(tǒng)的仿真 41
1.1.6 兩象限三相整流器直流電機拖動系統(tǒng)的仿真 53
1.1.7 四象限三相整流器直流電機拖動系統(tǒng)的仿真 57
1.1.8 無環(huán)流四象限三相整流器直流電機拖動系統(tǒng)的仿真 61
1.1.9 單象限buck 變換器直流電機拖動系統(tǒng)的仿真 66
1.1.10 兩象限電流可逆變換器直流電機拖動系統(tǒng)的仿真 71
1.1.11 四象限H 橋直流電機拖動系統(tǒng)的仿真 76
1.1.12 直流電機拖動系統(tǒng)的參數(shù)計算 81
1.2 直流電機拖動系統(tǒng)的實驗 85
1.2.1 有刷直流電機雙閉環(huán)PWM 控制系統(tǒng)的DSP 編程實驗 85
1.2.2 雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調速系統(tǒng)的實驗 90
1.2.3 邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)的實驗 94
1.2.4 雙閉環(huán)可逆直流脈寬調速系統(tǒng)的實驗 98
第2 章 異步電機拖動系統(tǒng)的仿真與實驗 104
2.1 變壓變頻異步電機拖動系統(tǒng)的仿真 104
2.1.1 變壓變頻的原理 104
2.1.2 變壓變頻異步電機拖動系統(tǒng)的仿真分析 110
2.2 空間矢量脈寬調制異步電機拖動系統(tǒng)的仿真 112
2.2.1 空間矢量脈寬調制（SVPWM）的原理 112
2.2.2 空間矢量脈寬調制（SVPWM）異步電機拖動系統(tǒng)的仿真分析 118
2.3 磁鏈定向控制（FOC）的異步電機拖動系統(tǒng)的仿真 124
2.3.1 磁鏈定向控制（FOC）的原理 124
2.3.2 磁鏈定向控制（FOC）異步電機拖動系統(tǒng)的仿真分析 129
2.4 直接轉矩控制的異步電機拖動系統(tǒng)的仿真 134
2.4.1 直接轉矩控制（DTC）的原理 134
2.4.2 直接轉矩控制（DTC）的異步電機拖動系統(tǒng)的仿真分析 140
2.5 單相異步電機拖動系統(tǒng)的仿真 144
2.5.1 單相異步電機的數(shù)學模型 144
2.5.2 單相異步電機二次繞組電壓控制系統(tǒng)的仿真分析 147
2.5.3 磁鏈定向控制（FOC）的單相異步電機拖動系統(tǒng)的仿真分析 149
2.6 異步電機的參數(shù)計算 152
2.7 異步電機自動拖動系統(tǒng)的實驗 157
2.7.1 雙閉環(huán)三相異步電機調壓調速系統(tǒng)實驗 157
2.7.2 磁鏈定向控制（FOC）的異步電機拖動系統(tǒng)的DSP 編程實驗 161
第3 章 無刷直流電機拖動系統(tǒng)的仿真與實驗 173
3.1 無刷直流電機的結構與數(shù)學模型 173
3.1.1 無刷直流電機的結構 173
3.1.2 無刷直流電機的數(shù)學模型 179
3.2 無刷直流電機拖動系統(tǒng)的仿真 180
3.2.1 無刷直流電機變直流母線電壓的六步法仿真分析 180
3.2.2 無刷直流電機速度閉環(huán)控制的仿真分析 184
3.3 無刷直流電機拖動系統(tǒng)的實驗 190
第4 章 同步電機拖動系統(tǒng)的仿真與實驗 195
4.1 同步電機及其拖動系統(tǒng)的仿真 195
4.1.1 同步電機的結構 195
4.1.2 同步電機的數(shù)學模型 196
4.1.3 同步發(fā)電機的仿真分析 200
4.1.4 同步發(fā)電機的短路故障仿真分析 203
4.1.5 同步電機的雙PWM 定子磁場定向的矢量控制仿真分析 205
4.2 永磁同步電機及其拖動系統(tǒng)的仿真 209
4.2.1 三相永磁同步電機的數(shù)學模型 209
4.2.2 五相永磁同步電機的數(shù)學模型 211
4.2.3 三相永磁同步電機的速度閉環(huán)控制的仿真分析 212
4.2.4 三相永磁同步電機的磁場定向矢量控制仿真分析 214
4.2.5 三相與五相永磁同步電機的斷相仿真分析 217
4.3 永磁同步電機拖動系統(tǒng)的實驗 221
第5 章 步進電機拖動系統(tǒng)的仿真與實驗 230
5.1 步進電機的分類與工作原理 230
5.1.1 步進電機的分類 230
5.1.2 步進電機的工作原理 231
5.1.3 永磁式步進電機 233
5.1.4 混合式步進電機 234
5.2 步進電機拖動系統(tǒng)的仿真 236
5.2.1 步進電機的仿真模型 236
5.2.2 混合式步進電機拖動系統(tǒng)的仿真分析 238
5.3 步進電機拖動系統(tǒng)的實驗 242
第6 章 開關磁阻電機拖動系統(tǒng)的仿真與實驗 245
6.1 開關磁阻電機的結構和工作原理 245
6.1.1 開關磁阻電機的結構 245
6.1.2 開關磁阻電機的工作原理 246
6.1.3 開關磁阻電機的基本方程 247
6.2 開關磁阻電機拖動系統(tǒng)的基本控制方式 248
6.2.1 角度控制方式 249
6.2.2 電流斬波方式 250
6.2.3 電壓斬波PWM 控制方式 251
6.2.4 組合控制方式 252
6.2.5 系統(tǒng)控制方式及控制策略的確定 253
6.3 開關磁阻電機拖動系統(tǒng)的仿真 254
6.3.1 開關磁阻電機的仿真模型 254
6.3.2 開關磁阻電機拖動系統(tǒng)的仿真分析 255
6.4 開關磁阻電機拖動系統(tǒng)的實驗 261
參考文獻 263
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