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內(nèi)容簡介:

本書全面介紹了當(dāng)前主流的電機(jī)和電源數(shù)字控制系統(tǒng)的基本原理、相關(guān)控制技術(shù)理論和市場應(yīng)用場景，并針對電機(jī)和電源數(shù)字控制系統(tǒng)的架構(gòu)，分享了電機(jī)和電源數(shù)字控制用的微控制器的基本資源需求，以及市場上主流廠商的*新技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r。此外，對基于微控制器的控制軟件編程技術(shù)及相關(guān)調(diào)試技術(shù)也進(jìn)行了總結(jié)闡述。除了理論介紹，本書篇幅上著墨于工程實踐的角度出發(fā)，介紹基于恩智浦半導(dǎo)體微控制器實現(xiàn)的主流電機(jī)類型和電源拓?fù)涞目刂瓢咐?，分享了實際工程開發(fā)中有關(guān)微控制器控制的應(yīng)用經(jīng)驗和方法。其中電機(jī)控制的應(yīng)用內(nèi)容包括永磁同步電機(jī)（PMSM）的無位置傳感器矢量控制（FOC）和有位置傳感器的伺服控制、基于轉(zhuǎn)子磁鏈定向的交流異步電機(jī)（ACIM）矢量控制、無刷直流電機(jī)的無位置傳感器控制、開關(guān)磁阻電機(jī)的無位置傳感器峰值電流檢測控制、步進(jìn)電機(jī)的位置開環(huán)細(xì)分控制和位置閉環(huán)伺服控制；電源控制部分則包括以圖騰柱無橋式PFC 變換器和LLC DC/DC 諧振變換器為例的AC/DC 控制，以及符合無線充電聯(lián)盟（WPC）Qi 標(biāo)準(zhǔn)的15W 感應(yīng)式無線充電系統(tǒng)的控制。本書面向已具備一定電機(jī)、電源、控制和微控制器基本知識的讀者，可為高校電氣、電力電子專業(yè)的研究生和企業(yè)工程技術(shù)人員提供參考和借鑒。

作者簡介:

工業(yè)和信息化部人才交流中心（以下簡稱中心）創(chuàng)建于1985年1月，1992年10月成為獨立事業(yè)法人單位，工業(yè)和信息化部所屬的黨政機(jī)關(guān)一類事業(yè)單位(正局級)，是經(jīng)中央機(jī)構(gòu)編制委員會辦公室批準(zhǔn)，國家事業(yè)單位登記管理局注冊登記，是工業(yè)和信息化部在人才培養(yǎng)、人才交流、智力引進(jìn)、國際交流、會議展覽等方面的支撐機(jī)構(gòu)；也是人力資源和社會保障部、工業(yè)和信息化部“全國信息專業(yè)技術(shù)人才知識更新工程”及“信息化工程師”項目實施承辦單位。

目錄:第1 章 電力電子技術(shù)應(yīng)用綜述????????????????????????????????????????????? 001
1．1 電力電子技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀??????????????????????????????????????????????????? 002
1．2 市場應(yīng)用場景??????????????????????????????????????????????????????????????? 005
1．3 未來發(fā)展方向展望????????????????????????????????????????????????????????? 010
1．4 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 011
第2 章 電機(jī)和電源控制簡介????????????????????????????????????????????????? 013
2．1 常見電機(jī)類型及其控制技術(shù)????????????????????????????????????????????? 014
2．1．1 直流電機(jī)????????????????????????????????????????????????????????????? 014
2．1．2 交流電機(jī)????????????????????????????????????????????????????????????? 016
2．2 常見電力電子變換拓?fù)??????????????????????????????????????????????????? 020
2．2．1 整流電路????????????????????????????????????????????????????????????? 021
2．2．2 降壓斬波電路?????????????????????????????????????????????????????? 024
2．2．3 升壓斬波電路??????????????????????????????????????????????????????? 025
2．2．4 升降壓斬波電路???????????????????????????????????????????????????? 025
2．2．5 諧振變換器電路???????????????????????????????????????????????????? 026
2．3 感應(yīng)式無線充電技術(shù)?????????????????????????????????????????????????????? 029
2．4 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 031
第3 章 電機(jī)和電源控制中的微控制器技術(shù)介紹?????????????????????? 033
3．1 典型電機(jī)和電源數(shù)字控制系統(tǒng)架構(gòu)???????????????????????????????????? 034
3．2 電機(jī)和電源控制中的微控制器技術(shù)概況?????????????????????????????? 036
3．2．1 電機(jī)和電源控制中的微控制器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀???????????????? 037
3．2．2 電機(jī)和電源控制中的微控制器技術(shù)發(fā)展趨勢???????????????? 041
3．2．3 恩智浦半導(dǎo)體電機(jī)和電源微控制器產(chǎn)品路線規(guī)劃
及主要特點?????????????????????????????????????????????????????????? 043
3．3 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 046
第4 章 控制軟件編程基礎(chǔ)及相關(guān)調(diào)試技術(shù)????????????????????????????? 049
4．1 數(shù)字控制軟件編程基礎(chǔ)??????????????????????????????????????????????????? 050
4．1．1 信號數(shù)字化處理???????????????????????????????????????????????????? 050
4．1．2 變量定標(biāo)????????????????????????????????????????????????????????????? 052
4．1．3 參數(shù)標(biāo)幺表示??????????????????????????????????????????????????????? 053
4．2 實時控制軟件架構(gòu)實現(xiàn)簡介????????????????????????????????????????????? 054
4．2．1 狀態(tài)機(jī)???????????????????????????????????????????????????????????????? 054
4．2．2 時序調(diào)度機(jī)制??????????????????????????????????????????????????????? 057
4．3 實時控制軟件開發(fā)及調(diào)試???????????????????????????????????????????????? 058
4．3．1 實時控制軟件庫的應(yīng)用??????????????????????????????????????????? 058
4．3．2 實時調(diào)試工具??????????????????????????????????????????????????????? 064
4．3．3 相關(guān)調(diào)試技巧??????????????????????????????????????????????????????? 068
4．4 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 070
第5 章 永磁同步電機(jī)的數(shù)字控制?????????????????????????????????????????? 071
5．1 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型???????????????????????????????????????????????? 072
5．1．1 三相永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型???????????????????????????????????? 073
5．1．2 兩相靜止坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型???????????????????????????????????? 074
5．1．3 兩相轉(zhuǎn)子同步坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型?????????????????????????????? 075
5．1．4 坐標(biāo)變換????????????????????????????????????????????????????????????? 077
5．2 永磁同步電機(jī)的磁場定向控制?????????????????????????????????????????? 078
5．2．1 電流控制環(huán)????????????????????????????????????????????????????????? 079
5．2．2 轉(zhuǎn)速控制環(huán)????????????????????????????????????????????????????????? 082
5．3 最大轉(zhuǎn)矩電流比和弱磁控制????????????????????????????????????????????? 083
5．3．1 最大轉(zhuǎn)矩電流比控制????????????????????????????????????????????? 084
5．3．2 弱磁控制????????????????????????????????????????????????????????????? 087
5．4 無位置傳感器控制????????????????????????????????????????????????????????? 092
5．4．1 基于反電動勢的位置估計??????????????????????????????????????? 092
5．4．2 基于高頻信號注入的位置估計????????????????????????????????? 096
5．4．3 基于定子磁通的位置估計??????????????????????????????????????? 099
5．5 電機(jī)控制所需的微控制器資源?????????????????????????????????????????? 102
5．5．1 脈沖寬度調(diào)制器（PWM） ?????????????????????????????????????? 103
5．5．2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC） ???????????????????????????????????????????? 105
5．5．3 正交解碼器（DEC） ????????????????????????????????????????????? 105
5．5．4 定時器（Timer） ?????????????????????????????????????????????????? 106
5．5．5 PWM 和ADC 硬件同步?????????????????????????????????????????? 106
5．6 典型永磁同步電機(jī)控制方案????????????????????????????????????????????? 107
5．6．1 帶位置傳感器的伺服控制??????????????????????????????????????? 107
5．6．2 無位置傳感器的磁場定向控制????????????????????????????????? 109
5．6．3 典型案例分析―風(fēng)機(jī)控制???????????????????????????????????? 110
5．7 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 125
第6 章 無刷直流電機(jī)的數(shù)字控制?????????????????????????????????????????? 127
6．1 無刷直流電機(jī)模型????????????????????????????????????????????????????????? 128
6．1．1 無刷直流電機(jī)的本體結(jié)構(gòu)???????????????????????????????????????? 128
6．1．2 無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型???????????????????????????????????????? 129
6．2 六步換相控制及所需的微控制器資源????????????????????????????????? 131
6．2．1 無刷直流電機(jī)六步換相控制的基本原理?????????????????????? 131
6．2．2 六步換相PWM 調(diào)制方式及其對電壓和電流的影響??????? 133
6．2．3 六步換相無傳感器控制??????????????????????????????????????????? 138
6．2．4 六步換相控制所需的微控制器資源???????????????????????????? 140
6．3 典型無刷直流電機(jī)控制方案????????????????????????????????????????????? 141
6．3．1 基于KE02 的無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制????????????? 142
6．3．2 基于MC9S08SU16 的無人機(jī)電調(diào)解決方案?????????????????? 148
6．4 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 152
第7 章 開關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)字控制?????????????????????????????????????????? 153
7．1 開關(guān)磁阻電機(jī)的基本工作原理?????????????????????????????????????????? 154
7．1．1 電機(jī)結(jié)構(gòu)????????????????????????????????????????????????????????????? 154
7．1．2 電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生???????????????????????????????????????????????????? 155
7．1．3 繞組反電動勢??????????????????????????????????????????????????????? 157
7．2 兩相SRM 的數(shù)字控制???????????????????????????????????????????????????? 158
7．2．1 PWM 控制下的繞組導(dǎo)通模式??????????????????????????????????? 159
7．2．2 電壓控制方法??????????????????????????????????????????????????????? 160
7．2．3 檢測電流峰值的無位置傳感器控制方法?????????????????????? 161
7．2．4 電機(jī)從靜止開始起動?????????????????????????????????????????????? 163
7．2．5 電機(jī)從非靜止時開始起動???????????????????????????????????????? 166
7．2．6 兩相SRM 數(shù)字控制所需的微控制器資源??????????????????? 166
7．3 典型方案分析―高速真空吸塵器???????????????????????????????????? 167
7．3．1 系統(tǒng)介紹????????????????????????????????????????????????????????????? 167
7．3．2 相電流與母線電壓的檢測??????????????????????????????????????? 170
7．3．3 電機(jī)的控制流程??????????????????????????????????????????????????? 175
7．3．4 峰值電流的檢測方法????????????????????????????????????????????? 184
7．4 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 185
第8 章 交流感應(yīng)電機(jī)的數(shù)字控制?????????????????????????????????????????? 187
8．1 交流感應(yīng)電機(jī)模型????????????????????????????????????????????????????????? 188
8．1．1 交流感應(yīng)電機(jī)的本體結(jié)構(gòu)??????????????????????????????????????? 188
8．1．2 交流感應(yīng)電機(jī)的控制方法概述????????????????????????????????? 190
8．1．3 交流感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型??????????????????????????????????????? 191
8．2 轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制????????????????????????????????????????????????????????? 194
8．2．1 最大轉(zhuǎn)矩電流比控制????????????????????????????????????????????? 196
8．2．2 交流感應(yīng)電機(jī)弱磁控制?????????????????????????????????????????? 198
8．2．3 定子電壓解耦?????????????????????????????????????????????????????? 199
8．2．4 帶位置傳感器時轉(zhuǎn)子磁鏈位置估算??????????????????????????? 200
8．2．5 無位置傳感器控制???????????????????????????????????????????????? 201
8．3 典型交流感應(yīng)電機(jī)控制方案????????????????????????????????????????????? 206
8．3．1 控制環(huán)路介紹?????????????????????????????????????????????????????? 207
8．3．2 低成本電流及轉(zhuǎn)速采樣實現(xiàn)方案?????????????????????????????? 209
8．3．3 轉(zhuǎn)子時間常數(shù)校正???????????????????????????????????????????????? 214
8．3．4 應(yīng)用軟件設(shè)計?????????????????????????????????????????????????????? 215
8．3．5 系統(tǒng)時序設(shè)計?????????????????????????????????????????????????????? 216
8．4 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 218
第9 章 步進(jìn)電機(jī)的數(shù)字控制????????????????????????????????????????????????? 219
9．1 步進(jìn)電機(jī)工作原理????????????????????????????????????????????????????????? 220
9．1．1 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡介?????????????????????????????????????????????? 220
9．1．2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理簡介???????????????????????????????????????? 221
9．2 位置開環(huán)的細(xì)分控制及所需的微控制器資源???????????????????????? 223
9．2．1 細(xì)分控制????????????????????????????????????????????????????????????? 223
9．2．2 驅(qū)動電路和PWM 方法??????????????????????????????????????????? 225
9．2．3 步進(jìn)電機(jī)位置開環(huán)的控制結(jié)構(gòu)?????????????????????????????????? 228
9．3 位置閉環(huán)的矢量控制及所需的微控制器資源???????????????????????? 229
9．3．1 步進(jìn)電機(jī)矢量控制????????????????????????????????????????????????? 229
9．3．2 步進(jìn)電機(jī)弱磁控制????????????????????????????????????????????????? 231
9．3．3 步進(jìn)伺服的典型控制結(jié)構(gòu)???????????????????????????????????????? 234
9．3．4 轉(zhuǎn)速計算原理及結(jié)合微控制器的應(yīng)用????????????????????????? 235
9．4 典型步進(jìn)電機(jī)控制方案??????????????????????????????????????????????????? 239
9．5 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 245
第10 章 AC/DC 變換器的數(shù)字控制??????????????????????????????????????? 247
10．1 AC/DC 變換器工作原理????????????????????????????????????????????????? 248
10．1．1 PFC 基本工作原理??????????????????????????????????????????????? 249
10．1．2 LLC 諧振變換器基本工作原理???????????????????????????????? 251
10．2 PFC 的數(shù)字控制??????????????????????????????????????????????????????????? 254
10．2．1 控制策略??????????????????????????????????????????????????????????? 254
10．2．2 電流控制器設(shè)計?????????????????????????????????????????????????? 255
10．2．3 PFC 數(shù)字控制所需的微控制器資源?????????????????????????? 257
10．3 LLC 的數(shù)字控制?????????????????????????????????????????????????????????? 259
10．3．1 控制策略??????????????????????????????????????????????????????????? 259
10．3．2 LLC 諧振變換器數(shù)字控制所需的微控制器資源?????????? 262
10．4 典型案例分析―高效服務(wù)器電源?????????????????????????????????? 263
10．4．1 圖騰柱無橋PFC 系統(tǒng)實現(xiàn)????????????????????????????????????? 264
10．4．2 LLC 諧振變換器系統(tǒng)實現(xiàn)????????????????????????????????????? 268
10．5 小結(jié)????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 274
第11 章 感應(yīng)式無線充電的數(shù)字控制????????????????????????????????????? 275
11．1 感應(yīng)式無線充電工作原理?????????????????????????????????????????????? 276
11．1．1 能量的傳輸方式?????????????????????????????????????????????????? 277
11．1．2 通信方式及解調(diào)簡介???????????????????????????????????????????? 279
11．2 無線充電標(biāo)準(zhǔn)Qi ????????????????????????????????????????????????????????? 281
11．2．1 通信方式詳述????????????????????????????????????????????????????? 281
11．2．2 系統(tǒng)控制??????????????????????????????????????????????????????????? 283
11．3 Qi 標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)式無線充電微控制器??????????????????????????????????? 289
11．3．1 無線充電微控制器介紹????????????????????????????????????????? 289
11．3．2 Qi 標(biāo)準(zhǔn)無線充電發(fā)射器硬件模塊???????????????????????????? 291
11．3．3 無線充電發(fā)射器軟件架構(gòu)及重要功能實現(xiàn)????????????????? 293
11．3．4 無線充電重要功能的數(shù)字實現(xiàn)方式?????????????????????????? 296
11．4 無線充電典型應(yīng)用??????????????????????????????????????????????????????? 301
11．4．1 消費及工業(yè)類無線充電發(fā)射器???????????????????????????????? 301
11．4．2 車載無線充電發(fā)射器???????????????????????????????????????????? 303
11．4．3 恩智浦半導(dǎo)體無線充電發(fā)射器主要模塊???????????????????? 305
11．4．4 恩智浦半導(dǎo)體無線充電接收器簡介?????????????????????????? 312
11．4．5 系統(tǒng)主要性能指標(biāo)??????????????????????????????????????????????? 315
11．5 小結(jié)????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 318
參考文獻(xiàn)???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 319