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第1章 绪论1

1.1 无刷直流电机的特点1

1.2 无刷直流电机的结构和工作原理2

1.2.1 永磁无刷直流电机的结构2

1.2.2 无刷直流电机的原理5

1.2.3 转子位置传感器8

1.3 无刷直流电机的运行特性14

1.4 无刷直流电机的正反转16

1.5 永磁无刷直流电机的设计19

1.6 永磁无刷直流电机的控制20

1.7 高速永磁无刷直流电机在磁悬浮飞轮中的应用22

参考文献29

第2章 永磁无刷直流电机的数学模型及仿真研究31

2.1 永磁无刷直流电机的数学模型31

2.2 永磁无刷直流电机的Simulink仿真34

2.2.1 无刷直流电机模块36

2.2.2 三相逆变桥模块42

2.2.3 逻辑换相模块42

2.2.4 控制模块43

2.3 仿真结果44

2.4 无刷直流电机模糊逻辑控制系统仿真46

2.4.1 电机转速的模糊逻辑控制器设计方法46

2.4.2 制作模糊控制响应表49

2.4.3 模糊逻辑推理系统的仿真研究54

2.5 本章小结62

参考文献62

第3章 永磁无刷直流电机的电子电路64

3.1 永磁无刷直流电机的功率放大电路64

3.1.1 功率晶体管放大电路设计64

3.1.2 功率MOSFET驱动电路设计66

3.2 永磁无刷直流电机控制专用集成电路71

3.2.1 MC33035引脚功能和主要参数介绍73

3.2.2 MC33035换相控制技术74

3.2.3 MC33035的过电流保护电路76

3.2.4 MC33035的驱动输出电路77

3.2.5 基于MC33035的永磁无刷直流电机控制系统设计78

3.3 永磁无刷直流电机数字控制电路80

3.3.1 基于TMS320LF2407A DSP的控制电路81

3.3.2 基于TMS320F2812 DSP的控制电路89

3.3.3 基于FPGA的永磁无刷直流电机控制电路93

3.4 本章小结99

参考文献99

第4章 永磁无刷直流电机转矩脉动和铁耗抑制101

4.1 永磁无刷直流电机的转矩脉动101

4.1.1 永磁无刷直流电机的换相转矩脉动分析101

4.1.2 永磁无刷直流电机的转矩脉动抑制方法103

4.2 永磁无刷直流电机的铁耗分析107

4.3 无刷直流电机变压控制系统109

4.4 无刷直流电机双极性控制系统116

4.4.1 双极性控制原理116

4.4.2 控制系统组成118

4.4.3 实验结果及分析119

4.5 Buck变换器电机控制系统121

4.5.1 Buck变换器电机控制系统设计与仿真125

4.5.2 Buck变换器的电机控制系统设计127

4.5.3 基于Buck变换器的高速电机试验129

4.5.4 Buck变换器软开关电路分析与设计130

4.6 本章小结133

参考文献134

第5章 永磁无刷直流电机锁相环速度控制技术137

5.1 锁相环速度控制原理138

5.1.1 电机锁相转速控制系统的鉴相器138

5.1.2 电机的转矩控制140

5.2 电机专用锁相环控制器140

5.2.1 TC9242的引脚功能和主要参数介绍141

5.2.2 TC9242的工作原理142

5.3 模拟电路锁相环速度控制系统143

5.3.1 基于电流环和锁相环的电机双模速度控制系统145

5.3.2 无刷直流电机恒流驱动研究146

5.3.3 高转速电机稳速控制器设计146

5.3.4 模块间自动切换电路的实现149

5.4 永磁无刷直流电机锁相试验152

5.4.1 永磁无刷直流电机升降速试验152

5.4.2 永磁无刷直流电机锁相稳速试验153

5.5 快速锁相稳速控制155

5.5.1 电流环分析156

5.5.2 快速锁相环电路157

5.5.3 锁相稳速切换电路159

5.6 无位置传感器无刷直流电机锁相环速度控制系统160

5.7 软件锁相环速度控制参数优化设计161

5.8 本章小结166

参考文献166

第6章 无位置传感器永磁无刷直流电机控制169

6.1 常用无位置传感器检测原理169

6.1.1 反电动势过零点的检测方法169

6.1.2 反电动势3次谐波检测方法171

6.1.3 续流二极管导通检测方法173

6.1.4 固定电压的检测方法173

6.1.5 预测反电动势过零点的方法174

6.2 TDA5142T无位置传感器无刷直流电机专用控制器175

6.2.1 TDA5142T的调速原理175

6.2.2 TDA5142T的换相技术176

6.2.3 TDA5142T的起动技术177

6.2.4 TDA5142T电机速度控制电路178

6.2.5 实验结果178

6.3 ML4425无位置传感器BLDCM控制器180

6.3.1 无位置传感器永磁无刷直流电机控制器的选用180

6.3.2 ML4425引脚功能180

6.3.3 ML4425关键技术分析183

6.3.4 ML4425外围电路的参数选取186

6.3.5 ML4425应用于高速电机的起动技术192

6.4 永磁无刷直流电机无位置传感器DSP控制系统199

6.4.1 小电枢电感永磁无刷直流电机无位置传感器控制方法199

6.4.2 无位置传感器检测硬件系统的实现201

6.4.3 无位置传感器控制系统软件设计211

6.4.4 实验结果与结论215

6.5 本章小结216

参考文献217

第7章 稀土永磁无刷直流力矩电机控制220

7.1 概述220

7.2 无刷直流力矩电机伺服控制系统的硬件设计222

7.2.1 硬件总体方案设计222

7.2.2 控制电路设计222

7.2.3 功率驱动电路设计226

7.2.4 位置检测电路设计227

7.3 伺服控制系统的软件设计229

7.3.1 伺服控制系统的主程序结构229

7.3.2 各子功能模块的实现231

7.4 低速转矩脉动的分析和抑制236

7.4.1 PWM-ON-PWM调制236

7.4.2 换相期间调制方式对转矩脉动的影响238

7.4.3 PWM-ON-PWM调制的应用局限245

7.5 试验测试及结果分析245

7.5.1 试验测试246

7.5.2 试验结果分析246

7.6 本章小结249

参考文献249

第8章 稀土永磁无刷直流电机发电运行控制252

8.1 稀土永磁无刷直流电机发电运行253

8.1.1 概述253

8.1.2 能量转换方法255

8.2 储能基本原理256

8.2.1 储能飞轮系统能量流动简介256

8.2.2 储能飞轮动能存储原理257

8.3 储能飞轮基本组成258

8.3.1 FES的基本结构258

8.3.2 FES核心构件设计259

8.4 发电运行的控制系统设计261

8.4.1 控制原理及总体方案261

8.4.2 系统的硬件设计264

8.4.3 电路设计实现266

8.4.4 系统的软件设计279

8.4.5 控制算法的具体实现281

8.5 试验测试及结果分析285

8.6 本章小结287

参考文献288

第9章 新型永磁无刷直流电机电磁场的分析与计算291

9.1 计算漏磁系数和极弧系数的意义291

9.2 永磁无刷直流电机二维电磁场分析292

9.2.1 分析模型292

9.2.2 气隙径向磁场的分析及相关参数计算293

9.2.3 气隙轴向磁场的分析及相关参数计算294

9.2.4 电机气隙磁场的分析及相关参数计算296

9.3 永磁无刷直流电机三维电磁场分析296

9.3.1 分析模型297

9.3.2 等效气隙磁通密度计算系数298

9.3.3 等效漏磁系数299

9.3.4 计算结果300

9.4 相关讨论300

9.4.1 隔磁环对电机磁场的影响300

9.4.2 Halbach磁体结构电机的电磁场研究303

9.5 样机电磁设计及结果分析314

9.5.1 电机二维场及三维场电磁参数计算结果比较314

9.5.2 气隙磁通密度的计算方法321

9.6 本章小结323

参考文献323

附录 源代码326