现代电力传动与控制 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:柴建云

出品人:

页数:308

译者:

出版时间:2004-8-1

价格:28.0

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787121001758

丛书系列:

图书标签:

• 电力传动
• 电力控制
• 电机控制
• 变频器
• 伺服系统
• 自动化
• 电气工程
• 工业控制
• 电力电子
• 驱动技术

现代电力传动与控制：基于前沿技术的系统化理论与实践 图书定位与受众 本书旨在为电气工程、自动化、机电一体化等相关专业的本科高年级学生、研究生，以及从事工业自动化、电力电子、运动控制领域的设计、研发和技术支持工作的工程师提供一本全面、深入且与时俱进的专业参考书。它不仅系统梳理了电力传动与控制领域的核心理论基础，更紧密结合当前工业界的实际需求与技术发展趋势，特别是针对高性能、高效率、智能化控制系统的构建提供了详实的理论指导和工程实践案例。 内容结构与核心章节概述 本书内容组织严谨，逻辑清晰，从基础理论出发，逐步深入到前沿控制技术与工程应用。全书共分为六大部分，三十章，力求覆盖现代电力传动系统的全貌。 --- 第一部分：电力传动系统基础理论与元件 本部分是理解后续复杂控制系统的基石。它详尽阐述了电动机的基本原理、机械传动系统的动力学特性，以及电力电子变换器在现代传动中的核心地位。 1. 电气传动系统概述与发展历程： 梳理了从早期机械调速到现代以可编程逻辑控制器（PLC）和微处理器为核心的智能调速的发展脉络，重点分析了当前工业4.0背景下对传动系统提出的高可靠性、高动态性能要求。 2. 常用电动机的电磁与机械特性： 深入探讨了直流电机、三相异步电机（笼型与绕线型）、永磁同步电机（PMSM）和开关磁阻电机（SRM）的等效电路模型、转矩-转速特性曲线的建立与分析。特别强调了在不同负载条件下电机参数对系统稳定性的影响。 3. 电力电子变换器： 详细介绍了晶闸管整流器、交-交变频器、电压源型逆变器（VSI）和电流源型逆变器（CSI）的拓扑结构、工作原理、开关模式（PWM、SPWM、SVPWM），以及器件选型（IGBT、MOSFET、SiC器件）的关键考虑因素。本章特别关注了高频开关带来的谐波抑制问题。 4. 机械传动部分分析： 涉及齿轮箱、皮带、联轴器等机械环节的刚柔耦合建模，以及负载侧的惯量与摩擦力的精确辨识方法，为后续的精确控制提供准确的机械模型输入。 --- 第二部分：经典控制理论在电力传动中的应用 本部分侧重于传统反馈控制在速度、位置和转矩环设计中的应用，为构建高性能传动系统打下坚实的控制基础。 5. 速度控制系统的设计与分析： 重点阐述了基于PI控制器的速度环设计流程，包括开环传递函数的确定、根轨迹分析、频率响应法（波特图、奈奎斯特图）在系统稳定裕度评估中的应用。 6. 磁场定向控制（FOC）的理论基础： 详细推导了三相坐标系到旋转两相坐标系（d-q坐标系）的Clark和Park变换，这是实现异步电机和永磁同步电机精确解耦控制的关键步骤。 7. 矢量控制（Vector Control）的实现： 深入讲解了异步电机矢量控制中转矩电流（$i_q$）和磁场电流（$i_d$）的解耦控制策略，以及转差角控制与磁链观测器的设计。 8. 永磁同步电机（PMSM）的直接转矩控制（DTC）与磁链观测： 介绍了DTC相较于FOC的优势，重点分析了磁链观测器（如滑膜观测器、卡尔曼滤波器）在估计转子位置与磁链方面的应用及其对系统动态性能的影响。 --- 第三部分：先进控制技术与高性能伺服系统 该部分聚焦于现代驱动系统对高精度、强鲁棒性控制的需求，引入了现代控制理论在电力传动中的前沿应用。 9. 现代控制理论基础： 线性二次型调节器（LQR）、状态观测器（如Luenberger观测器、电流重构观测器）在电力电子系统中的应用原理及设计步骤。 10. 滑模变结构控制（SMC）在调速中的应用： 详细论述了滑模面设计、切换函数的选取，以及如何利用SMC固有的对模型不确定性和外部扰动的高度鲁棒性，来提高系统的抗干扰能力。 11. 无传感器控制技术： 探讨了在不使用编码器或解析器的情况下，如何通过电压、电流信号估计转子位置和速度，包括基于高频注入法的低速启动与辨识，以及基于模型参考自适应系统（MRAS）的辨识策略。 12. 鲁棒控制与自适应控制： 介绍了$H_{infty}$控制的设计思想，用于处理系统参数摄动和外部负载冲击。同时，阐述了自适应控制中参数在线辨识与控制器重构的机制，以应对电机老化或环境变化导致的系统特性漂移。 --- 第四部分：电力传动系统的数字化与智能化 本部分紧密结合信息技术，探讨了现代电力传动系统如何实现网络化、智能化和高效化。 13. 数字信号处理器（DSP）与FPGA在控制中的应用： 比较了DSP和FPGA在实时性、并行处理能力上的优劣，重点讲解了数字脉冲宽度调制（DPWM）的生成算法和故障诊断算法在FPGA上的快速实现。 14. 现场总线与工业以太网通信： 深入分析了CANopen、EtherCAT、Profibus等主流工业通信协议在分布式驱动系统中的数据帧结构、实时性要求和同步控制机制。 15. 预测控制（MPC）在电力电子中的应用： 详细介绍了基于模型的预测控制的原理，包括目标函数构建、约束处理（电压、电流约束），及其在实现无开关频率限制的优化控制中的优势。 16. 深度学习在状态监测与故障诊断中的潜力： 探讨了如何利用卷积神经网络（CNN）和循环神经网络（RNN）处理电机电流、电压波形数据，实现对早期绝缘劣化、轴承故障的精确预警与分类。 --- 第五部分：特定应用领域的传动系统 本部分将前述理论应用于具体的工业场景，展示了系统集成与优化。 17. 高精度伺服驱动系统设计： 关注了对响应速度、定位精度要求极高的数控机床、机器人关节驱动中的控制策略选择、伺服驱动器的选型与调谐，以及运动轨迹规划。 18. 交流电机驱动器的热管理与可靠性设计： 涉及散热器设计、热阻计算、器件寿命预测，以及过压、过流、过温等保护逻辑的硬件与软件实现。 19. 牵引传动系统： 讨论了轨道交通和电动汽车中对高可靠性、高功率密度变流器和电机系统的特殊要求，如再生制动策略、DC-Bus电压的稳定控制。 20. 工业机器人关节驱动： 分析了多自由度系统中的耦合问题，以及如何利用动力学模型补偿实现高精度轨迹跟踪。 --- 第六部分：系统集成、仿真与实验验证 强调理论向工程转化的闭环过程，提供了从建模到调试的工程化流程。 21. 传动系统建模与仿真方法： 详细介绍了使用MATLAB/Simulink、SimPowerSystems模块库进行系统级和元件级仿真建模的技巧，以及Co-Simulation的应用。 22. 硬件在环（HIL）仿真测试： 阐述了HIL技术在加速控制算法验证、降低实验风险中的重要性，以及如何构建高保真度的电机和电网模型。 23. 实验案例分析： 提供了多个基于DSP/FPGA的PMSM矢量控制实验平台搭建、参数辨识、PID调谐和FOC性能测试的详细步骤与结果分析。 24. 规范、标准与工程文档： 介绍了电气设备安全标准、EMC兼容性设计要求，以及在实际工程项目中所需的技术文档编写规范。 --- 本书特色 理论与工程的深度融合： 每章理论推导后均紧密结合实际工程中的参数选择、算法实现细节和常见问题排查。 技术前瞻性： 充分涵盖了当前工业界关注的热点，如SiC器件的应用、边缘计算在驱动器中的潜力，以及面向工业物联网的通信标准。 数学工具的实用化： 避免了过度晦涩的数学推导，侧重于如何利用控制理论工具（如传递函数、状态空间、频率响应）高效地解决工程问题。 本书旨在培养读者独立分析、设计和优化复杂电力传动系统的能力，确保读者不仅理解“如何控制”，更能理解“为何这样控制”，从而适应快速迭代的现代工业技术环境。

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这本书的包装设计简直是视觉的享受，那种深邃的蓝色配上银灰色的字体，立刻就给人一种严谨、专业的印象。我原本以为内容会是那种枯燥乏味的教科书风格，没想到作者在排版上花了大量心思。字里行间那种对细节的打磨，比如图表的清晰度和注释的详尽程度，都让人感觉作者是在用一种近乎艺术家的态度来呈现这些复杂的工程概念。特别是当我翻到中间关于新型永磁同步电机控制策略的那一章时，那些复杂的数学模型竟然被拆解得如此直观，配合着精美的插图，即使是初学者也能迅速抓住核心脉络。这不仅仅是一本工具书，更像是一本精心制作的工艺品，阅读的过程本身就是一种愉悦的体验，让人愿意沉浸其中，细细品味每一个章节的精妙布局。可以说，光是这本“硬件”就足以让人爱不释手，为后续的学习打下了极佳的心理基础。

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我刚开始接触电力电子这块领域时，最大的困扰就是理论与实践之间的巨大鸿沟。网上的资料东拼西凑，要么过于偏向理论的纯数学推导，让人望而却步；要么就是过于侧重应用层面的简单操作，却缺乏对底层原理的深入剖析。这本书的出现，像是为我架起了一座坚实的桥梁。它并没有回避那些必要的理论深度，而是巧妙地将它们融入到实际的工程案例分析中。比如，在讲解逆变器谐波抑制时，作者不仅详细阐述了传统PWM技术的局限性，还紧接着引入了空间矢量调制（SVPWM）的原理，并通过仿真结果对比，清晰地展示了SVPWM在降低脉冲数和改善输出波形上的优势。这种循序渐进、理论与实践紧密结合的叙事方式，极大地增强了我解决实际工程问题的信心。读完后，我感觉自己不再是知识的搬运工，而是真正理解了“为什么”要这样做。

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这本书的语言风格有一种独特的老派学者的风范，沉稳而又不失精准，读起来有一种踏实可靠的感觉。它不像有些现代著作那样追求花哨的语言技巧，而是像一位经验丰富的大师在耳边循循善诱。作者在阐述复杂概念时，总能用最精炼的语言抓住问题的核心，避免了不必要的冗余和模棱两可的表达。尤其在处理那些需要精确定义的术语时，译文（或原文）的规范性极高，这对于需要撰写技术报告或进行标准化操作的读者来说，简直是福音。我尤其欣赏作者在涉及不同控制算法的优缺点比较时所展现出的中立和客观态度，没有强行推崇某一种技术，而是让读者基于充分的对比信息自己做出判断。这种严谨的治学态度，让整本书充满了可信度，让人愿意信赖其中的每一个论断。

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说实话，我更看重的是书中知识的前沿性和实用性。在这个技术日新月异的时代，一本好的专业书籍必须紧跟最新的技术发展趋势。这本书在这方面做得非常出色，特别是它对“绿色能源并网”和“高精度伺服驱动”这两个前沿领域的覆盖，完全符合当前工业自动化的热点。作者对最新的功率半导体器件，比如SiC MOSFET的应用前景分析得相当透彻，没有停留在概念层面，而是深入到其在具体电路拓扑中的选型考量和驱动保护策略上。这种“现在进行时”的知识结构，让这本书的价值远远超出了普通教材的范畴，它更像是一本面向未来五年的行业参考指南。每一次翻阅，都能发现一些新的启发点，让我对自身的技术视野有一个及时的校准和拓展，这一点是许多老旧教材无法比拟的。

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对于我这样一个需要不断进行在职培训和知识更新的工程师而言，这本书的“检索友好度”是衡量其价值的重要标准之一。很多时候我需要的不是从头到尾通读，而是快速定位到某个特定问题的解决方案或原理回顾。这本书的目录编排逻辑性极强，而且页眉页脚的信息点设计非常人性化，使得快速定位变得异常轻松。更值得一提的是，书中为每个主要章节都设计了“核心概念总结”和“常见故障排查示例”，这部分内容简直是“救急良药”。当我在线上调试设备遇到突发状况时，只需快速翻到相应章节，就能立刻找到可能的原因和对应的调整建议。这种“即查即用”的设计，极大地提升了我在高压工作环境下的效率，使得这本书不再是书架上的摆设，而是真正融入到了我的日常工具箱之中，成为我解决实际生产难题的得力助手。

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