现代永磁同步电机控制原理及MATLAB仿真（第2版）

　　《现代永磁同步电机控制原理及MATLAB仿真》着眼于现代永磁同步电机控制原理分析及MATLAB仿真应用，系统地介绍了永磁同步电机控制系统的基本理论基本方法和应用技术。全书分为3部分共有13章，主要内容包括三相永磁同步电机的数学建模及矢量控制技术、三相电压源逆变器PWM调制技术三相永磁同步电机的无传感器控制技术六相永磁同步电机的数学建模及矢量控制技术、六相电压源逆变器PWM调制技术和五相永磁同步电机的数学建模及矢量控制技术等。每种控制方法都通过MATLAB仿真建模进行了仿真分析。
　　《现代永磁同步电机控制原理及MATLAB仿真》各部分既有联系又相互独立，读者可根据自己需要选择学习。《现代永磁同步电机控制原理及MATLAB仿真》适用于从事电气传动自动化、电机及其控制、电力电子技术的工程技术人员阅读，也可作为大专院校有关教师、研究生和高年级本科生的教材和参考书。

第1部分 基础篇
第1章 三相永磁同步电机的数学建模 3
1.1 三相PMSM的基本数学模型 3
1.2 三相PMSM的坐标变换 5
1.2.1 Clark变换与仿真建模 5
1.2.2 Park变换与仿真建模 7
1.2.3 两种常用坐标系之间的关系 10
1.3 同步旋转坐标系下的数学建模 14
1.3.1 同步旋转坐标系下的数学建模 14
1.3.2 仿真建模 17
1.4 静止坐标系下的数学建模 31
1.4.1 数学建模 31
1.4.2 仿真建模 33
1.5 本章小结 34
参考文献 34
第2章 三相电压源逆变器PWM调制技术 36
2.1 三相电量的空间矢量表示 36
2.2 SVPWM算法的合成原理 40
2.2.1 基于软件模式的合成 42
2.2.2 基于硬件模式的合成 43
2.3 SVPWM算法的实现 45
2.3.1 参考电压矢量的扇区判断 45
2.3.2 非零矢量和零矢量作用时间的计算 46
2.3.3 扇区矢量切换点的确定 47
2.4 SVPWM算法的建模与仿真 48
2.4.1 基于Simulink的仿真建模 48
2.4.2 基于s函数的仿真建模 52
2.4.3 基于SVPWM模块的仿真建模 60
2.5 过调制SVPWM算法 65
2.5.1 过调制区I 66
2.5.2 过调制区II 67
2.6 过调制SVPWM算法建模与仿真 69
2.6.1 仿真建模 69
2.6.2 仿真结果分析 71
2.7 SPWM算法的实现 73
2.7.1 常规SPWM算法的实现 73
2.7.2 基于三次谐波注入的SPWM算法的实现 75
2.7.3 基于零序分量注人的SPWM算法的实现 79
2.8 电流滞环跟踪PWM算法的实现 82
2.8.1 CHBPWM控制的基本原理 82
2.8.2 仿真建模及结果分析 84
2.9 本章小结 88
参考文献 88
第3章 三相永磁同步电机的矢量控制 89
2 3.1永磁同步电机恒压频比控制 89
3.1.1 恒压频比控制的基本原理 89
3.1.2 仿真建模与结果分析 90
3.2 永磁同步电机的电流滞环控制 93
3.2.1 滞环电流控制的基本原理 93
3.2.2 仿真建模与结果分析 94
3.3 永磁同步电机的电流PI控制 96
3.3.1 转速环PI调节器的参数整定 97
3.3.2 电流环PI调节器的参数整定 98
3.4 基于PI调节器的PMSM矢量控制 101
3.4.1 仿真建模 104
3.4.2 仿真结果分析 104
3.5 静止坐标系下的PMSM矢量控制 105
3.5.1 比例谐振控制的基本原理 106
3.5.2 基于比例谐振控制的矢量控制器设计 109
3.5.3 仿真建模与结果分析 110
3.6 本章小结 113
参考文献 113
第4章 基于滑模控制永磁同步电机矢量控制 114
4.1 传统滑模控制的基本原理 114
4.2 基于传统滑模控制的PMSW矢量控制 116
4.2.1 传统滑模速度控制器设计 116
4.2.2 仿真建模与结果分析 117
4.3 基于新型趋近律方法的PMSM矢量控制 122
4.3.1 新型趋近律方法设计 122
4.3.2 基于趋近律方法的滑模速度控制器设计 122
4.3.3 仿真建模与结果分析 123
4.4 基于扰动观测器的非奇异终端滑模控制 124
4.4.1 问题描述 125
4.4.2 非奇异终端滑模控制 126
4.4.3 扰动观测器设计 127
4.4.4 抖振现象的消除 129
4.5 基于扰动观测器的非奇异终端滑模转速控制器设计 129
4.5.1 滑模速度控制器设计 129
4.5.2 仿真建模与结果分析 130
4.6 本章小结 132 3
参考文献 132
第5章 三相永磁同步电机直接转矩控制 134
5.1 永磁同步电机直接转矩控制原理 134
5.1.1 三相电压源逆变器的工作原理 136
5.1.2 磁链和转矩控制原理 137
5.1.3 直接转矩控制开关表的选择 138
5.2 传统直接转矩控制MATLAB仿真 140
5.2.1 仿真建模 140
5.2.2 仿真结果分析 144
5.3 基于滑模控制的直接转矩控制 147
5.3.1 永磁同步电机的矢量数学模型 147
5.3.2 基于滑模控制的直接转矩控制器设计 148
5.4 基于滑模控制的直接转矩控制的MATLAB仿真 150
5.4.1 仿真建模 150
5.4.2 仿真结果分析 150
5.5 三相永磁同步电机SVM－DTC控制 150
5.5.1 SVM－DTC控制原理 150
5.5.2 仿真建模及结果分析 156
5.6 本章小结 160
参考文献 160

第2部分 进阶篇

第3部分 高级篇

参考文献 348

　　与传统的电励磁同步电机相比永磁同步电动机（Permanent Magnet SynchronousMotor，PMSM）具有结构简单、运行可靠体积小、重量轻、损耗小、效率高以及电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点。近年来，随着材料技术的不断发展，永磁材料性能的不断提高，以及永磁电机控制技术的不断成熟，PMSM已经在民用、航天和军事领域等众多场合得到了广泛应用。然而，PMSM是一个多变量强耦合、非线性和变参数的复杂对象，为了获取较好的控制性能，需要对其采用一定的控制算法。随着现代控制理论的不断发展，近年来有关PMSM控制算法的研究已经成为研究热点，并已有大量文献发表在国内外学术期刊和专著上。因此，为了使广大工程技术人员能了解、掌握和应用这一领域的最新技术，学会用MATLAB仿真软件进行相关PMSM控制算法的设计，作者编写了这本书，以抛砖引玉，供广大读者学习参考。
　　本书是在总结作者多年研究成果的基础上，进一步理论化、系统化和实用化而形成的；是基于目前较为先进的MATLAB2023b仿真软件，在总体上按照由浅入深、由易到难的原则进行编写的。具有如下特点：
　　（1）对三相和多相PMSM控制算法进行详细的剖析，取材新颖，内容先进，将传统控制算法与改进控制算法相结合并介绍一些近年来相关文献提出的有价值的新思想、新方法和新技术。
　　（2）针对每一种PMSM控制算法都给出了完整的MATLAB仿真建模方法，同时给出了程序的说明和仿真结果，为读者提供了有益的借鉴。
　　（3）所给出的各种PMSM控制算法描述完整，出处明了，仿真模型设计结构采用模块化方法，便于读者自学和二次开发。
　　（4）章节内容相对独立便于读者根据研究方向自选参考内容。
　　本书主要分为3部分，共有13章。第1部分为基础篇，包括第1～5章：第1章介绍了三相PMSM的数学建模方法，第2章介绍了三相电压源逆变器PWM调制技术算法，第3章介绍了几种常用的三相PMSM矢量控制MATLAB仿真建模方法，第4章介绍了基于滑模控制的三相PMSM矢量控制MATLAB仿真建模方法，第5章介绍了三相PMSM直接转矩控制MATLAB仿真建模方法。第2部分为进阶篇，包括第6～9章：第6章介绍了基于滑模观测器的三相PMSM无传感器控制MATLAB仿真建模方法，第7章介绍了基于模型参考自适应控制算法的三相PMSM无传感器控制MATLAB仿真建模方法.第8章介绍了基于扩展卡尔曼滤波算法的三相PMSM无传感器控制MATLAB仿真建模方法，第9章介绍了基于高频信号注入算法的三相PMSM无传感器控制MATLAB仿真建模方法。第3部分为高级篇，包括第10～13章：第10章介绍了六相PMSM的数学建模方法，第11章介绍了六相电压源逆变器PWM调制技术MATLAB仿真建模方法，第12章介绍了六相PMSM矢量控制MATLAB仿真建模方法，第13章介绍了五相PMSM数学建模及矢量控制MATLAB仿真建模方法。
　　本书适用于从事永磁同步电机及其控制电力电子技术教学和科研活动的教师、研究生高年级本科学生及工程技术人员阅读特别适合作为永磁同步电机控制仿真教学参考书、电机电气类专业学生的课程设计辅助教材和毕业设计参考资料，对于从事相关专业技术开发的工程技术人员本书也具有较好的参考价值。
　　本书的部分内容是在国家自然科学基金编号51507188）的资助下完成的，在此深表感谢。在本书出版之际感谢北京航空航天大学出版社的编辑老师为本书付出的辛勤劳动感谢东南大学齐济博士在本书提及的传统直接转矩控制系统的建模和仿真所做的贡献；感谢身边朋友的鼓励和帮助以及家人的理解和支持。
　　另外，由于作者水平有限，书中难免存在一些不足和错误之处，欢迎广大读者批评指正。假如您对本书有疑问，请通过E－mail与作者联系。
　　袁雷
　　2025年10月于武汉