无速度传感器矢量控制：《无速度传感器矢量控制原理与实践  第2版》高清PDF

作者：冯垛生，曾岳南编著
出版：北京：机械工业出版社
页数：229    ? 真实服务 非骗流量
出版时间：2006.02 （求助前请核对清楚）
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《传感器手册》高清PDF下载 鲍丙豪，周燕，许桢英编 2008.04
《传感器入门》高清PDF下载 （日）雨宫好文著；洪淳赫译 2000.01
《传感器原理与应用》高清PDF下载 郝芸主编 2002.05
《图像传感器应用技术》高清PDF下载 王庆有主编 2003.09
《敏感材料与传感器》高清PDF下载 陈艾主编 2004.10
《传感技术与应用》高清PDF下载 周继明，江世明编著 2005.03
《传感器与PLC编程技术基础》高清PDF下载 蔡崧主编 2005.05
《传感技术与系统》高清PDF下载 董永贵编著 2006.06
《传感器基础》高清PDF下载 赵宝刚，邱东主编 2006.08
《无线传感器网及网络信息处理技术  2006年通信理论与信号处理年会论文集》高清PDF下载 龚克，侯春萍，刘开华主编 2006.10

无速度传感器矢量控制：无速度传感器矢量控制原理与实践

目 录
《电气自动化新技术丛书》序言
前言
第1章 绪论
1.1现代交流调速的特点
1.1.1电动机的古典控制和现代控制
1.1.2现代交流调速的特点
1.2矢量控制技术研究的发展背景和技术动向
1.2.1发展背景
1.2.2技术动向
1.3无速度传感器矢量控制系统的特色及产品介绍
第2章 异步电动机的数学模型和坐标变换
2.1异步电动机的基本方程式
2.2异步电动机的几种等效电路
2.2.1T型等效电路
2.2.2异步电动机等效电路的通用形式
2.2.3突出转子磁链的T－1型等效电路
2.3坐标变换
2.3.1概念
2.3.2从三相到两相的静止坐标变换（3S/2S变换）
2.3.3从两相静止到两相旋转的坐标变换（2s/2r变换）
2.4异步电动机在不同坐标系上的数学模型
2.4.1在两相（α－β）静止坐标系上的数学模型
2.4.2在两相（M－T）旋转坐标系上的数学模型
第3章 矢量控制变频调速系统的原理、结构和实践
3.1矢量控制基本方程式
3.2转差型矢量控制变频调速系统的结构和工作原理
3.3系统的单元电路和参数调试
3.3.1电动机参数测定
3.3.2指令值运算
3.3.3两相正弦波振荡器
3.3.4矢量旋转器
3.3.5两相/三相变换电路
3.3.6实验结果及分析
第4章 无速度传感器矢量控制系统的结构和速度
观测理论
4.1无速度传感器矢量控制系统的原理和结构框图
4.2速度间接观测理论
4.3系统单元电路和参数计算
4.3.1相电压检测
4.3.2相电流检测
4.3.3三相/两相变换电路
4.3.4运算电路及参数计算
4.3.5运算电路
4.3.6运算电路
4.4实验结果及分析
第5章 典型的无速度传感器矢量控制系统
5.1只用电流传感器的矢量控制系统
5.1.1异步电动机的标量解耦控制
5.1.2电压型矢量解耦控制调速系统
5.1.3转子磁链相位偏差补偿原理
5.1.4速度推算原理
5.1.5异步电动机无速度传感器电压解耦矢量控制系统的
设计
5.2电动机转速的自适应辨识系统
5.2.1基于模型参考自适应的转速辨识方法
5.2.2基于神经网络的自适应转速辨识方法
第6章 无速度传感器矢量控制系统参数的自检测
6.1参数自检测概述
6.2电动机参数离线自设定
6.2.1分类
6.2.2自设定原理
6.2.3自设定系统结构
6.2.4自检测的实现和步骤
6.3电动机参数在线自校正
第7章 DSP在无速度传感器矢量控制系统中的应用
7.1数字控制基础
7.1.1微机控制系统的基本结构
7.1.2数字控制的特点
7.1.3数字控制基础
7.2用DSP的异步电动机无速度传感器矢量控制系统的构成
7.2.1DSP的现状和动向
7.2.2DSP系统的结构
7.2.3用DSP的异步电动机无速度传感器矢量控制系统
的构成
7.24相电压检测
7.2.5相电流检测
7.2.6的运算
7.3DSP控制系统软件的设计
7.3.1控制软件概要
7.3.2各控制环节软件的设计
7.4采用DSP的无速度传感器矢量控制系统实验结果分析
7.4.1微机运算流程图
7.4.2实验波形图
7.4.3结论
附录A 进口矢量控制变频器性能和技术规格介绍
A1日本日立公司J300系列
A2日本三菱公司FRA240系列
A3法国施耐德集团ATV－66系列
A4英国CT公司V1100～V7500系列
参考文献
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无速度传感器矢量控制：无速度传感器矢量控制变频系统研究

0 引言
本文引用地址：
矢量控制也称磁场定向控制。它是上世纪70年代初由德国西门子公司F. Blaschke等人首先提出，以直流电动机和交流电动机比较的方法分析阐述了这一原理。作为异步电机控制的一种方式，矢量控制技术已成为高性能变频调速系统的首选方案。随着计算机技术飞速发展，功能强大的数字信号处理器(DSP)的广泛应用使得矢量控制逐渐走向了实用化。
在高性能的异步电机矢量控制系统中，转速的闭环控制环节一般是必不可少的。通常，采用光电码盘等速度传感器来进行转速检测，并反馈转速信号。
但是，由于速度传感器的安装给系统带来一些缺陷使得系统的成本大大增加;精度越高的码盘价格也越贵;码盘在电机轴上的安装存在同心度的问题，安装不当将影响测速的精度;使电机轴的体积增大，而且给电机的维护带来一定困难，在恶劣的环境下，码盘工作的精度易受环境的影响。因此，越来越多的学者将眼光投向无速度传感器控制系统的研究。
1 转子磁场定向无速度传感器矢量控制原理
1.1 系统矢量控制原理
所谓无速度传感器控制系统就是取消了传统的交流电机调速系统中的速度检测装置，通过检测定子的电压电流来间接估算电机运行的实际转速值，将该值作为转速反馈信号。本系统采用电流与电压相结合的转子磁链估算模型以及基于异步电机数学模型的速度估算方法，可得转子磁通位置角，并送至旋转变换环节。用霍尔电流传感器检测三相输出的两相电流iA、iB，计算出第三相电流iC=-(iA+iB)，从而获得实时的输出电流信号，亦为电机上的电流信号，为矢量控制的计算提供实时信号。由测得的电流经矢量变换得到转矩电流分量iT和励磁电流分量iM，利用iMref-iM、iTref-iT所产生的电流误差经PI 控制器产生VMref、VTref ，经旋转变换后求出两相输出电压VDref、VQref，进而控制逆变器。图1是其矢量控制系统框图。
1.2 异步电机转子磁场定向基本方程
如果规定MT 坐标系的M 轴沿着转子磁链鬃r的方向，则MT 坐标系就沿转子磁场定向，此时异步电机的电压方程为
1.3 转子磁链位置的估算
在转子磁场定向的无速度传感器的异步电机控制系统中，转子磁链估算是至关重要的一环。如果转子磁链估算不准确，则转子磁场定向控制系统的优点，即实现转矩和磁通的解耦控制将无法实现。根据两相旋转坐标系下异步电机的基本方程，可以得到电流型转子磁链估算模型。
在低频时，式(7)和式(8)中的定子电压值变小，定子电阻压降的偏差对积分结果的影响增大，因此必须准确检测定子电阻，但是定子电阻会随温度变化，要十分准确地检测是比较困难的。而对于电流模型来说，电动机在高速运行时，由于电机参数的偏差，容易引起磁通振荡。所以，本系统将这两种方法综合在一起，以相互弥补高频和低频的不足。其运算框图如图2所示。
1.4 转速的估算
根据两相静止坐标系下异步电机的基本方程，

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无速度传感器矢量控制：永磁同步电机矢量控制到无速度传感器控制学习教程（PMSM）（一）

一个阶段的学习结束了，整理了之前的过程中的学习成果，已经过了工作的年纪，在这里稍微出一下自己做的一套永磁同步电机的教程，从基础的矢量控制，到应用性较强的MTPA、弱磁控制等，最后深入到无速度传感器的控制，搜集了三种无速度的方法，足够大家从基础到深入整个过程的学习。

相信学过电机控制的同学深有体会，电机控制是一个先难后易的专业类别。为了解决电机控制入门难的问题，我将自己从一知半解到现在的学习记录整理成如下七个部分学习教程。每个部分以相对应功能的Simulink仿真模型为核心，尽可能详细对过程中很小的但容易卡住的问题进行解释，作辅助理解文档方便大家进行学习。每个部分资料全都基于一个电机参数，是一个系统的学习教程，我有信心大家拿到这份教程，认真学习，一定能够走进电机控制的大门，并且掌握它。

注：资料仅供个人学习使用，请勿另作其他用途。

主要为目录如下：
第一部分：（基础入门一） ? ? ? ? ?  PMSM双闭环矢量控制仿真实现及其调参详解第二部分：（基础入门二） ? ? ? ? ?  基于模糊PI调节器的PMSM双闭矢量控制第三部分：（进阶提升一） ? ? ? ? ?  三闭环位置控制详解第四部分：（进阶提升二） ? ? ? ? ?  MTPA控制专题详解第五部分：（进阶提升三） ? ? ? ? ?  MTPA+弱磁 控制多方法实现详解专题第六部分：（提高：理论综合实验）模糊PI+MTPA+弱磁 控制多方法实现详解专题第七部分：（实践：芯片编程） ? ? ? 基于DSP的三闭环位置控制
? ? ? ? 每个部分资料，详细介绍~其中第一部分：PMSM双闭环矢量控制仿真实现及其调参详解适合作为基础入门，对整个控制框架作一个基础的了解，对坐标变换、PI调节器、SVPWM模块等模块有一个基础的理解，此部分应深入的探究，对后续的每个部分理解都有直接帮助，是后面所有部分的基础。 ?第二部分：基于模糊PI调节器的PMSM双闭矢量控制是在基础双闭环矢量控制优化了控制器，优化传统PI性能，有助于大家深入理解控制器在系统中的作用。第三部分：? 三闭环位置控制详解更改了控制目标，双闭环控制的速度，三闭环控制的位置，有助于大家学会如何通过手段实现目标的控制，后续无论实现转矩控制还是磁链控制都是同理。第四部分：MTPA控制专题详解是优化了系统效率，通过推导系统中电流和转矩的关系，选择最小的电流输出提升系统效率，有助于理解系统各物理量之间蕴涵的关系。第五部分：MTPA+弱磁 控制多方法实现详解专题是扩展了系统应用范围，将电机从额定转速应用范围，扩展到3~5倍转速范围应用，大大提升了系统的应用范围。第六部分：MTPA+弱磁 控制多方法实现详解专题就是将上述所有的过程结合起来进行一个综合应用，单个模块搭建相对容易，但是当多个功能共同实现时难度要大很多，这个部分有助于大家学会如何调试整个系统，统一调节管理各个模块之间协同工作，这是有实际意义的，基础掌握扎实后，做的最多的其实就是这个工作。第七部分：（实践：芯片编程）就是从理论到实际电机的实现过程了，将仿真中的模型，转化为代码在平台上跑出来，这是找工作或是学习理论的最终目标了。

第一部分：PMSM 双闭环控制系统仿真实现与调参详解
另外一些是对于初学者的，对于基础入门的FOC有点困难的同学，这部分由于之间给学弟补过课，所以写的比较的详细，有具体的调试过程和参数计算公式，以及一些我手写的推导过程，书籍推荐资料等。文档内公式和VISO图什么的都比较完全，可以直接复制粘贴到论文和演讲PPT中，对于做课程设计和毕设的同学而言是比较好的资料。

第二部分：基于模糊PI调节器的PMSM双闭环控制实现与分析详解（双闭环SVPWM的优化）

此部分是在基础的双闭环控制的基础上进行的深入研究，有可能对于一些同学或者学校来说，只是纯粹的双闭环还无法满足老师的要求，增加模糊PI调节器，这种自整定调节器，不仅能够有效解决双闭环控制中定速度环PI调节器参数在高速和低速的不通用问题，还能提高理论的深度和广度，模糊PI调节器是一个非常值得深入研究的智能控制方式，有需要的同学或者只是想讨论的都可以加我。

第三部分：矢量控制提升——三闭环位置控制详解

此部分是对一种不同控制目标的控制策略——三闭环位置控制进行专题详解。

文档具备以下内容：

三闭环位置控制仿真搭建过程 + 三闭环位置控制仿真位置控制原理推导及其解释重点：位置环+转速环+电流环PI调节器设计与调试过程波形记录及其分析参考论文三闭环提升：加入前馈控制器仿真+搭建过程

文档主要介绍了三闭环位置控制具体的实现过程，详细介绍了三闭环位置控制的基本原理及其与双闭环之间的不同之处。在公式推导与双闭环的基础上，详细介绍了三闭环位置控制在simulink内的搭建过程。本文档除了以上内容，最重要的是详细介绍了三个环也就是三个调节器的理论设计及其调试过程，我相信搭建过的同学知道，这是一个复杂的过程，需要一些调参的经验和时间，所以三环的每个环我都把理论设计和调参过程以单独的文档记录下来，以供同学们能够了解其中来由，而不是一个仿真。最终对三闭环也进行了一个提升，加入了前馈控制器。具体如下图

第四部分：矢量控制提升——MTPA控制专题详解

此部分是对基于id=0的双闭环矢量控制的一种优化提升的控制策略——MTPA控制的专题详解。

文档具备以下内容：

MTPA控制仿真搭建过程+MTPA+对比的id=0仿真MTPA公式推导+原理解释PI调节器设计与调节过程参考论文波形记录及其详细分析（对比分析MTPA效果）

文档主要以双闭环为基础介绍了一种对于凸极性电机而言更加优越的控制策略——MTPA控制，详细的介绍了MTPA控制的基本原理和公式推导过程，在公式推导的基础上，以独立的文档讲解MTPA控制器在simulink内的搭建实现过程。另外关键的PI调节器的参数，也以一个专门的文档记录其理论设计过程，与根据波形现象调节参数的过程，可以有助于大家深入理解理论的同时，能够结合仿真模型的结果进行调参。最后波形的分析，着重分析MTPA与id=0的效果对比，从现象阐述为什么MTPA可以实现电流利用率提升的问题。

第五部分：MTPA+弱磁 控制多方法实现详解专题
此部分将MTPA和弱磁控制结合，在基础MTPA控制的基础上，实现了直接计算法（公式法）和变交轴电压单电流调节器弱磁控制方法，从基础的超前角弱磁——公式法——变交轴电压单电流调节器法逐步深入，且在实现弱磁的基础上，持续优化系统的动态性能，其中变交轴单电流调节器法动态性能最为优越。

第六部分：基于模糊PI调节器的永磁同步电机MTPA+弱磁控制实现与分析详解
此部分相当于时上面双闭环控制、MTPA、弱磁控制和模糊PI的综合设计。如果只是单个实现一个功能其实是相对简单的，如果想要将这些东西全结合在一起，需要同学们具备比较深厚的基础，如果老师上来就让你做这个，可能就无从下手，所以我也在此把这些内容整合在了一起，我做出来了之后也是非常值得庆祝了一番，对此方面有兴趣的可以找我探讨。

第七部分：基于DSP的三闭环位置控制程序
第二部分是一个基于DSP的位置控制三闭环控制程序，且已在实际平台上验证了可行性。程序内部注释较多，CLAKR变换模块、PARK变换模块、SVPWM模块、转速调节器PI、位置调节器PI和电流环PI调节器，都有独立的算法模块。即使芯片不是DSP，里面的算法都是源码，移植起来比较方便。

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上述内容主要针对有感控制进行解释，下面内容主要针对无感控制。
永磁同步电机矢量控制到无速度传感器控制学习教程（PMSM）（二）
基础控制策略学习完成后，接下来就是深入到无速度传感器的控制，在此搜集了三种无速度的方法，分为滑模法、模型参考自适应法、脉振高频注入法，此三种方法涵盖了永磁同步电机高速区和低速区的无感控制策略，足够大家从基础到深入对无感控制整个过程的学习。

主要为以下顺序：
第八部分：简略的双闭环矢量到无速度传感器控制教程第九部分：无速度传感器控制——模型参考自适应控制实现与详解第十部分：无位置传感器控制——滑模观测器无位置控制详解第十一部分：无速度传感器控制——脉振高频注入（低速）
教程详细介绍如下，

第八部分：简略的双闭环矢量到无速度传感器控制教程
这个部分的教程呢其实对有一定基础的同学较为适合，解释和辅助文档较少，但是仿真较多，参考论文较多。每个部分仿真都是我验证过的，如果有需要基础知识框架的同学以这个文档进行学习，需要对电机控制世界有个宏观体会，这个其实也是较为方便，不需要入手那么多复杂的。

总的来说，仿真的分为两类，

第一类，id=0矢量控制，基于矢量控制的MTPA，基于矢量控制的弱磁控制，基于矢量控制的三闭环控制。第二类，无速度传感器，滑膜控制，模型参考自适应控制，高频注入控制。
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第九部分：无速度传感器控制——模型参考自适应控制实现与分享详解
在基础的控制理论得到夯实之后，可以试着进军无速度控制领域，对于无速度控制，模型参考自适应是一个非常好的入门方法，可以让你对如何实现无速度传感器控制的概念有一个基本的了解，所以我做了一个模型参考自适应详解供大家打基础。需要深入探究无速度控制的同学建议以此方法入门，然后深入了解其他方法，进军低速域高速域。基于数学模型的注入法，基于现代控制理论的各种观测器法都是解决无速度问题的深层次控制理论，希望大家加油，我也在往这方面努力。

最近准备把之前未整理出来的专题补上。拿到资料的同志们对我提出了非常宝贵的建议，大家都会想要从初始开始到结果，系统且完整的掌握知识，因此对自己的资料进行了一些偏向性的更改，对原理推导过程以及仿真搭建过程更详细的阐述。资料还在逐步的扩展中，还请大家多加支持，多加指正，我还会继续更新，感谢大家！！！

第十部分：无位置传感器控制——滑模观测器无位置控制详解
此部分是对一种基础的无位置传感器控制方法——滑模观测器（SMO）专题进行讲解。

文档内具备以下内容：

滑模观测器仿真搭建过程+SMO仿真滑模观测器公式原理推导解释（手写）滑模参数与双闭环PI参数设计与调节过程参考论文电机基本参数说明波形记录及其简要分析
文档内较为详细的介绍了滑模观测器的数学原理，以及滑模观测器模块的仿真搭建过程，这个过程以一个文档的形式单独记录下来。另外关键的PI调节器与滑模观测器的参数，也以一个专门的文档记录其理论设计过程，与根据波形现象调节参数的过程，可以有助于大家深入理解理论的同时，能够结合仿真模型的结果进行调参，深入的理解整个系统各个物理量之间的内在联系。另外，将滑模观测器封装为mask模块，可以在换个电机时，外部更改即可。

第十一部分：低速无速度传感器控制——脉振高频注入
脉振高频电压注入法是指在估计的同步旋转坐标系的直轴上（也就是d轴）注入高频正弦电压，所以注入信号在静止坐标系中是一个脉振的高频电压信号。注入后，对交轴高频电流进行调制解调，得到转子位置和速度信息。

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