本书详述了直流电机、异步电机、同步电机、步进电机、开关磁阻电机拖动系统的仿真与实验，系统地讲述了各种电机及其驱动器的工作原理、数学模型和仿真模型，介绍了电力拖动自动控制系统仿真模块的参数和功能，分析了电力拖动自动控制系统各种控制方法及其仿真波形。读者按照仿真步骤进行操作，就能掌握电力拖动自动控制系统的仿真方法和技巧。同时，本书还介绍了电力拖动自动控制系统的实验，读者可按照实验步骤进行操作，以便提高电气工程实践能力。
本书可以供从事电机拖动系统研究、设计、生产和使用的科研人员及工程技术人员参考，也可供高等学校电气工程专业选作教学用书。
本书内容比较新，范围比较广，实用性强。有利于扩大相关技术人员的知识面，为今后的产品研发提供指导思想，缩短产品的研制时间。
前言
本书是一本实践性和应用性很强的教材，它综合了电机拖动基础、自动控制理论、DSP 原理与应用等多学科的知识。现代计算机仿真技术为电力拖动自动控制系统的分析提供了崭新的方法，可以使电力拖动自动控制系统的设计变得更加容易和有效，也是学习电力拖动自动控制系统的重要手段。
仿真不受硬件设备条件的限制，当读者掌握了仿真的方法，在电机拖动方面有一些想法和灵感时，马上可以通过仿真来验证。仿真适合于原理性验证，比较快速。当仿真通过以后，可以进行硬件实验。仿真与硬件实验相结合，加深读者对电力拖动系统的理解，激发读者对电力拖动系统的兴趣，提高读者的创新能力，提高电气工程产品研发的效率。
本书系统地讲述了电力拖动自动控制系统的仿真和实验，是电力拖动自动控制系统的重要补充，可作为电力拖动自动控制系统仿真与实验课程的配套教材，也可以作为电力拖动自动控制系统课程设计和电气工程及其自动化专业毕业设计的参考书。读者通过对仿真与实验的学习，提高电气工程应用能力，以满足企业对高层次应用型人才的需要。
本书在应用型本科的建设方面将起到积极的推动作用。
全书共分6 章，详细讲述了直流电机、异步电机、同步电机、步进电机、开关磁阻电机拖动系统的仿真与实验，并对仿真和实验案例进行了详细分析，以飨读者。由于仿真软件为MATLAB 软件中文版，其中文版没有完全汉化，DSP 开发软件为英文版，因此书中采用了部分英文图，并对英文图进行了解释。为方便读者阅读和理解，书中部分框图译成了中文形式。
上海理工大学机械工程学院电气工程系李正博士撰写了第1～4 章，马立新教授撰写了第5、6 章。
由于作者水平所限，书中难免还有不当之处，欢迎广大读者批评指正。
作 者
2021 年10 月
主编马立新，上海理工大学教授。1999年3月毕业于日本国立大学并取得博士学位（工学）,毕业后进入日本研究所从事研究开发工作，任研究员。2002回国至今在上海高校工作，任教授、研究所所长、电气工程系主任、电气工程一级学科带头人。
目录
前言
第1 章 直流电机拖动系统的仿真与实验 1
1.1 直流电机拖动系统的仿真 1
1.1.1 直流电机的数学模型 1
1.1.2 直流电机电枢回路串电阻三级起动的仿真 8
1.1.3 两象限单相晶闸管整流器直流电机拖动系统的仿真 16
1.1.4 带刹车制动再生单元的单相整流器直流电机拖动系统的仿真 31
1.1.5 四象限单相整流器直流电机拖动系统的仿真 41
1.1.6 两象限三相整流器直流电机拖动系统的仿真 53
1.1.7 四象限三相整流器直流电机拖动系统的仿真 57
1.1.8 无环流四象限三相整流器直流电机拖动系统的仿真 61
1.1.9 单象限buck 变换器直流电机拖动系统的仿真 66
1.1.10 两象限电流可逆变换器直流电机拖动系统的仿真 71
1.1.11 四象限H 桥直流电机拖动系统的仿真 76
1.1.12 直流电机拖动系统的参数计算 81
1.2 直流电机拖动系统的实验 85
1.2.1 有刷直流电机双闭环PWM 控制系统的DSP 编程实验 85
1.2.2 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统的实验 90
1.2.3 逻辑无环流可逆直流调速系统的实验 94
1.2.4 双闭环可逆直流脉宽调速系统的实验 98
第2 章 异步电机拖动系统的仿真与实验 104
2.1 变压变频异步电机拖动系统的仿真 104
2.1.1 变压变频的原理 104
2.1.2 变压变频异步电机拖动系统的仿真分析 110
2.2 空间矢量脉宽调制异步电机拖动系统的仿真 112
2.2.1 空间矢量脉宽调制（SVPWM）的原理 112
2.2.2 空间矢量脉宽调制（SVPWM）异步电机拖动系统的仿真分析 118
2.3 磁链定向控制（FOC）的异步电机拖动系统的仿真 124
2.3.1 磁链定向控制（FOC）的原理 124
2.3.2 磁链定向控制（FOC）异步电机拖动系统的仿真分析 129
2.4 直接转矩控制的异步电机拖动系统的仿真 134
2.4.1 直接转矩控制（DTC）的原理 134
2.4.2 直接转矩控制（DTC）的异步电机拖动系统的仿真分析 140
2.5 单相异步电机拖动系统的仿真 144
2.5.1 单相异步电机的数学模型 144
2.5.2 单相异步电机二次绕组电压控制系统的仿真分析 147
2.5.3 磁链定向控制（FOC）的单相异步电机拖动系统的仿真分析 149
2.6 异步电机的参数计算 152
2.7 异步电机自动拖动系统的实验 157
2.7.1 双闭环三相异步电机调压调速系统实验 157
2.7.2 磁链定向控制（FOC）的异步电机拖动系统的DSP 编程实验 161
第3 章 无刷直流电机拖动系统的仿真与实验 173
3.1 无刷直流电机的结构与数学模型 173
3.1.1 无刷直流电机的结构 173
3.1.2 无刷直流电机的数学模型 179
3.2 无刷直流电机拖动系统的仿真 180
3.2.1 无刷直流电机变直流母线电压的六步法仿真分析 180
3.2.2 无刷直流电机速度闭环控制的仿真分析 184
3.3 无刷直流电机拖动系统的实验 190
第4 章 同步电机拖动系统的仿真与实验 195
4.1 同步电机及其拖动系统的仿真 195
4.1.1 同步电机的结构 195
4.1.2 同步电机的数学模型 196
4.1.3 同步发电机的仿真分析 200
4.1.4 同步发电机的短路故障仿真分析 203
4.1.5 同步电机的双PWM 定子磁场定向的矢量控制仿真分析 205
4.2 永磁同步电机及其拖动系统的仿真 209
4.2.1 三相永磁同步电机的数学模型 209
4.2.2 五相永磁同步电机的数学模型 211
4.2.3 三相永磁同步电机的速度闭环控制的仿真分析 212
4.2.4 三相永磁同步电机的磁场定向矢量控制仿真分析 214
4.2.5 三相与五相永磁同步电机的断相仿真分析 217
4.3 永磁同步电机拖动系统的实验 221
第5 章 步进电机拖动系统的仿真与实验 230
5.1 步进电机的分类与工作原理 230
5.1.1 步进电机的分类 230
5.1.2 步进电机的工作原理 231
5.1.3 永磁式步进电机 233
5.1.4 混合式步进电机 234
5.2 步进电机拖动系统的仿真 236
5.2.1 步进电机的仿真模型 236
5.2.2 混合式步进电机拖动系统的仿真分析 238
5.3 步进电机拖动系统的实验 242
第6 章 开关磁阻电机拖动系统的仿真与实验 245
6.1 开关磁阻电机的结构和工作原理 245
6.1.1 开关磁阻电机的结构 245
6.1.2 开关磁阻电机的工作原理 246
6.1.3 开关磁阻电机的基本方程 247
6.2 开关磁阻电机拖动系统的基本控制方式 248
6.2.1 角度控制方式 249
6.2.2 电流斩波方式 250
6.2.3 电压斩波PWM 控制方式 251
6.2.4 组合控制方式 252
6.2.5 系统控制方式及控制策略的确定 253
6.3 开关磁阻电机拖动系统的仿真 254
6.3.1 开关磁阻电机的仿真模型 254
6.3.2 开关磁阻电机拖动系统的仿真分析 255
6.4 开关磁阻电机拖动系统的实验 261
参考文献 263
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