电机控制系统电流传感与脉冲宽度调制技术_申永鹏_9787111726852

相电流是电机控制系统矢量控制和保护策略的关键参数，脉冲宽度调制技术是控制系统与变换器之间的“桥梁”。可靠、精确的相电流检测，以及高性能脉冲宽度调制技术是提高控制系统性能的重要保障。本书重点讨论了交流电机控制系统单电流传感与脉冲宽度调制方法的原理和关键技术。
全书共9章，分别介绍了电机控制器电流检测方法、直流母线电流采样方法、直流母线电流采样空间矢量脉冲宽度调制、非对称电压空间矢量脉冲宽度调制、混合空间矢量脉冲宽度调制相电流重构策略、误差扩大效应及其抑制方法、T型三电平逆变器及电压空间矢量调制、T型三电平逆变器CSVPWM相电流重构策略，以及单电流传感与脉冲宽度调制的硬件和软件实现。
本书既可作为电机相关领域技术人员的参考书，也可作为电气工程等相关专业高年级本科生、研究生的学习参考用书。

交流电驱动系统广泛应用于电动汽车、工业传动、机器人等领域，电机控制技术是交流电驱动系统的核心技术。相电流是电机控制系统矢量控制和保护策略的关键参数，脉冲宽度调制（PWM)技术是控制系统与变换器之间的“桥梁”。可靠、精确的相电流检测以及高性能脉冲宽度调制技术是提高控制系统性能的重要保障。
本书聚焦交流电机控制系统的电流重构与脉冲宽度调制，较为详尽地分析了三相两电平桥式逆变电路和T型三电平逆变电路的工作原理、单电流传感器相电流重构方法、脉冲宽度调制技术，以及软硬件实现方法，给出了相关电路图样、实验波形和软件代码。本书既可作为电机相关领域技术人员的参考书，也可作为电气工程等相关专业高年级本科生、研究生的学习参考用书。
本书是作者在完成“单电流传感器电机控制系统关键技术研究”“复杂运行条件下智能网联电动汽车综合节能优化控制研究”“增程式电动汽车辅助动力单元综合效率模型与优化方法研究”“增程式电动汽车功率分流与运行优化方法研究”“中功率电机控制及加载测试系统开发”等项目过程中的研究实践的总结和归纳。
全书共9章，第1章阐述了电机控制系统电流传感器的工作原理和基本特性，综合分析了多电流传感器/单电流传感器电流检测方法、工作原理和误差特性。
第2章在介绍了交流电机矢量控制系统拓扑结构、SVPWM原理的基础上，分析了直流母线电流采样的基本原理、相电流不可观测区域的存在机理。
第3章通过插入测量矢量和补偿矢量提出了直流母线电流采样空间矢量脉冲宽度调制方法，在保持脉冲宽度调制波形的对称性的前提下，实现了不可观测区域内相电流的准确检测。
第4章通过在可观测区域时使用传统的SVPWM方法，在不可观测区域时则对脉冲宽度调制进行随机移相，使有效电压矢量作用时间大于最小采样时间，解决了不可观测区域内的电流采样及重构问题。
第5章通过在不可观测区域利用非零互补电压矢量来替代零电压矢量，提出了混合空间矢量脉冲宽度调制策略，从而增加电流观测窗口时长，实现了三相电流的完整重构。
第6章针对由零点漂移造成的重构误差问题，阐明了单电流传感器相电流采样的误差扩大效应，通过对互补有效电压矢量进行动态电流双采样，实现了电流零点漂移量的自检测和自校正。
第7章介绍了T型三电平逆变器拓扑结构，分析了其电压空间矢量调制的关键环节，设计了Simulink仿真模型。
第8章分析了T型三电平逆变器中点电流采样原理以及中点电流不可观测区的存在机理，提出了中点电流单传感器采样合成空间矢量脉冲宽度调制（CSVPWM）相电流重构策略，通过对不可观测区内的电压矢量进行补偿，同时利用合成零矢量原理对补偿矢量进行抵消，消除了不可观测区。
第9章以交流电机控制系统硬件总体结构为切入，重点阐述了直流动力电源、逆变主电路及其驱动保护单元、母线及相电流采样与信号处理单元、控制单元等功能电路的结构原理及设计要点，然后以TI C2000系列微控制器为例，从总体结构、系统时钟及采样中断等方面阐述了单电流传感交流电机控制系统的软件实现。
附录A在对异步电机基本结构和工作原理分析的基础上，给出了异步电机在不同坐标系上的数学模型，以及异步电机转子磁链定向矢量控制系统的原理和结构。
附录B在对永磁同步电机基本结构和工作原理分析的基础上，给出了永磁同步电机在不同坐标系上的数学模型，以及永磁同步电机矢量控制系统的原理和结构。
附录C～F分别给出了所设计的直流动力电源、逆变主电路及其驱动保护单元、母线及相电流采样与信号处理单元，以及控制单元的电路图样。
附录G给出了SSVPWM电流重构、PWM寄存器和电流采样时刻更新的软件代码。
参与本书资料整理、插图绘制的研究生有郑竹风、王前程、王帅兵、刘迪、武克轩、刘洋、马梓洋、周波、黄弘源、金书斌。
本书是作者在完成河南省重点研发与推广专项（科技攻关）(222102240005)、国家自然科学基金项目（62273313，61803345）、河南省青年骨干教师培养计划 (2021GGJS089)、郑州市协同创新专项（2021ZDPY0204）等科研项目过程中的总结。
在作者科研工作的开展和书稿的编写过程中，得到了许多专家和学者的指导和帮助，他们是湖南大学的王耀南教授、袁小芳教授；郑州轻工业大学的王延峰教授、胡智宏副教授、杨小亮副教授、王明杰博士；湖南工程学院的张细政教授；湘潭大学的孟步敏副教授。在此，作者谨向他们表示衷心的感谢。感谢机械工业出版社编辑江婧婧在本书编辑和出版过程中给予的悉心指导。
由于作者能力、研究视野有限，书中难免有疏漏和不妥之处，敬请读者批评指正。

申永鹏

2023年1月

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