正版现货新书 新能源汽车永磁同步电机驱动系统 9787312053092 李红梅著

前言

第1章绪论

1.1 PMSM多目标优化设计研究现状

1.2PMSM高性能电流控制研究现状

1.3PMSM永磁体退磁故障诊断方法国内外技术发展现状

第2章 PMSM设计

2.1 PMSM拓扑与运行原理

2.2基于有限元分析的PMSM设计与优化

第3章永磁同步电机的多目标优化设计·

3.1电机多目标优化设计

3.2基于差分进化算法的电机多目标优化设计

3.3基于田口正交矩阵实验的多目标优化设计

第4章坐标变换与SPWM逆变器

4.1坐标变换

4.2 SPWM逆变器

4.3 SVPWM逆变器

4.4本章小结

第5章PMSM驱动系统基础知识

5.1PMSM基本方程

5.2PMSM矢量控制系统

5.3PMSM矢量控制系统的宽调速运行

5.4本章小结

第6章PMSM驱动系统的精确转矩控制

6.1双梯度下降法

6.2基于MFAC的IPMSM驱动系统的精确转矩控制

6.3本章小结

第7章无模型控制与无模型无差拍预测控制

7.1无模型电流控制

7.2SMPMSM驱动系统的无模型无差拍电流预测控制

7.3SMPMSM驱动系统的无模型无差拍转速预测控制

7.4本章小结

第8章PMSM驱动系统的有限控制集无模型预测控制

8.1基于连续电压矢量的无模型电流预测控制

8.2基于DSVM的PMSM驱动系统有限控制集双目标预测控制

8.3基于有限控制集预测控制的PMSM驱动系统混合调制技术

8.4本章小结

第9章PMSM驱动系统关键传感器故障诊断与容错控制

9.1PMSM驱动系统的关键传感器·

9.2电流传感器故障诊断与容错控制

9.3电流传感器故障诊断与容错控制实验

9.4位置传感器故障诊断与容错控制

9.5集成旋变故障在线诊断与容错控制的PMSM驱动系统仿真研究

9.6本章小结

第10章永磁体退磁故障诊断与容错控制

10.1 PMSM退磁故障与建模

10.2PMSM退磁故障诊断

10.3PMSM退磁故障模式识别、故障程度评估及容错控制

10.4永磁体退磁故障诊断与容错控制实验研究…

第1章绪论

1.1 PMSM多目标优化设计研究现状

我国素有“世界电动机生产制造基地”之称，据统计，现有各类电动机系统年耗电量超过1012kW·h，约占全国总发电量的60%，约占工业耗电量的75%。目前电动机平均效率比发达国家低3%～5%，运行效率比国外先进水平低10%～20%，由于效率低造成的每年电能浪费近2×1011kW·h，相当于2.5个三峡电站每年的发电量。因此，电动机既是耗电大户，也是最具有节能潜力的零部件。

电动机节能主要有两种途径：一方面从运行控制方式上进行合理的优化，改善电机在不同负载情况下的运行性能；另一方面对电机本体结构进行优化或全新的设计，从整体上提高电机性能。控制策略的优化可以在一定程度上提高系统效率，但无法弥补由于电机本体设计效率低下带来的能耗损失。因此，提高电机本体性能，才能从根本上提升电动机系统的能效水平。而作为节能电机典型代表的永磁电动机，逐渐受到国内外研究者们的关注。永磁电动机由永磁体产生磁场，因而无需励磁绕组和励磁电源，结构简单、损耗小，具有效率高、功率密度高等显著优点[1]。近年来，随着永磁材料性能的提高和完善，特别是稀土永磁材料的发展，永磁电动机的性能得到进一步提升，在能效方面表现出电励磁电动机难以匹敌的优越性[2]。

传统电励磁电动机的设计理论相对完善，为稀土永磁电动机的设计和分析提供了一定的参考和借鉴。但是永磁电动机拥有许多区别于电励磁电动机的新特点：结构特殊且形式多样，制成后磁场难以调节，电磁负荷高，起动性能不够理想，永磁体存在失磁风险，等等。显然，传统的设计理论、经验参数和分析计算方法，已难以满足研制高性能永磁电动机的要求，还需要综合运用电机理论、电磁场理论、磁性材料、数值计算、仿真技术、测试技术以及软件工程等多学科理论和现代设计手段，在永磁电动机设计的关键技术方面进行创新研究[3]。现阶段永磁电动机设计主要沿用电励磁电动机设计思路和步骤，结合磁路计算、电磁场解析或数值方法以及软件仿真分析来完成设计任务。通过这种设计模式得到的产品，在工况相对固定的应用场合能够表现出良好技术性能，但是在变工况场合下就表现出不足。因此，研究电机设计和分析中的关键技术，完善其设计理念和方法，开发面向应用场合具有最佳适应性的永磁电动机产品，意义重大。

永磁电动机的设计分析方法可以分为基于“路”、基于“场”和基于“场路结合”的三大类，主要有等效磁路法、等效磁网络法、电磁场解析法和数值计算方法，以及由电磁场计算衍生出的多种分析方法。

1.1.1等效磁路法

等效磁路法是最为常见的传统电机设计方法，它是利用“场化路”的思想，把空间实际存在的不均匀分布的磁场转化成等效的多段磁路，并近似认为在每段磁路中磁通沿界面和长度均

匀分布，将磁场的计算转换为磁路的计算。在永磁电动机的设计中，一般将永磁体等效为磁势源或磁通源，其余按照电励磁电机的磁路计算来进行[2]。该方法形象、直观，且计算量小，运用方便。但是永磁电动机的磁场分布复杂，仅依靠少量集中参数构成的等效磁路模型难以描述磁场的真实情况，一些关键参数如漏磁系数、极弧系数等，需要借助于经验系数或曲线来获得，而这些经验系数或曲线往往是针对特定永磁材料和特定结构尺寸，通用性较差。因此等效磁路法只适用于方案的估算、初始方案的设计和类似方案的比较，要获得比较精确的计算结果还必须辅以其他的分析手段[2]。

1.1.2电磁场解析法

解析法是求解偏微分方程的经典方法，即设法找到一个连续函数，将它和它的各阶偏导数

代入求解的偏微分方程后得到恒等式，且满足初始状态和区域边界上的定解条件。解析法的

数学理论形成于19世纪，20世纪初开始应用于电机电磁场的计算，具体来说有分离变量法、

格林函数法和积分变换法等。电磁场解析法已有多年发展历史，很多国内外文献论述了如何

用该方法求取永磁电机的磁场参数以及性能[+7。解析法的优点是概念明确、易于理解，具有一定的普适性，表达式明确，能够反映参数之间的依赖关系，理论上具有精确解。但是该方法的适用范围非常有限，仅有极少数的问题可以直接求解，大多数问题需要设定很多假设前提，不能很好地考虑实际磁场的非线性、饱和及边端效应等问题，对计算精度有很大影响。因此，电磁场解析法主要用于理论分析，获取简单但具有典型意义的问题的解答，也可用于建立概念，得到定性解。

1.1.3电磁场数值计算法

电磁场数值计算法的基本思想是将所求电磁场的区域划分为许多细小的网格，网格与网格之间通过网格边界和节点联结在一起，建立以网格上各节点的求解函数值为未知量的代数

方程组，通过计算机求解得到各节点的函数值。只要节点足够密，这些节点上的函数值就能比较准确地反映场的分布。电磁场数值计算法主要包括有限差分法、有限元法、积分方程法和边界元法，近年来还发展产生了有限元法和边界元法相结合的混合法。其中，有限元法是最有效、目前应用最为广泛的方法。有限元法对各类电磁计算问题具有较强的适应性，可编制相应的软件系统，通过前处理过程高效地形成方程并求解。形成的代数方程具有系数矩阵对称、正定和稀疏特性，收敛性好，可节约大量计算机内存和占用CPU的时间，同时也能方便处理如铁磁饱和特性等非线性介质问题，非常适用于电机电磁场的计算。因此，有限元法相较于其他电磁场数值计算方法，尤为适应实际工程电磁问题分析的需要口。

本书首先阐述新能源汽车永磁同步电机设计及多目标优化设计，再介绍矢量控制的PMSM驱动系统，包括坐标变换理论、电机数学模型、矢量控制、逆变器调制等。针对新能源汽车PMSM驱动系统存在的多种不确定性与未知扰动，阐述系统的高精度转矩控制、高性能电流控制、多目标电流控制等。最后，重点针对新能源汽车PIMSM驱动系统永磁体退磁故障、电流传感器故障、位置传感器故障，阐述故障诊断与容错控制方法。本书阐述的新能源汽车电驱动系统设计及控制与工程应用紧密结合，突破的关键技术已成功应用于国内主要汽车零部件企业、整车企业。