前言

交流电机从19世纪诞生到今天，被大量地应用于工业、农业、交通运输、航空、航天、国防、医疗、生活等各个领域，是电能与机械能变换的重要载体。电机设计及分析方法的改进、特性优良的新材料研制、电机应用领域的拓展、电力电子类和控制类学科的发展，在不断推动着交流电机控制原理及控制系统的发展。

实际使用的交流电机种类较多，可以从不同角度进行分类：从转子与同步磁场转速差的角度分为异步电机、同步电机；从励磁角度分为永磁电机、电励磁电机，例如电励磁同步电机、永磁同步电机等；从气隙磁场波形角度分为正弦波电机和非正弦波电机，例如异步电机、电励磁同步电机、永磁同步电机气隙磁场为正弦波，开关磁阻电机、无刷直流电机气隙磁场为非正弦波；从励磁方向角度分为径向磁场电机和轴向磁场电机；从励磁源所处位置角度分为转子励磁型电机和定子励磁型电机，例如转子永磁型同步电机、定子永磁型磁通切换电机。以后还会涌现出更多的新颖结构交流电机，如何统一这些交流电机的控制是实现交流电机向广度、深度不断拓展应用的重要问题。

虽然高性能的交流电机控制技术于20世纪70年代初期就产生了，但新工科建设目标、国际通用工程专业认证以学生毕业数年后能力获得为产出导向、行业对毕业生高实战能力的期望等综合因素对“交流电机控制原理及控制系统”教学内容提出了新的要求，不仅要阐述清楚交流电机转矩、磁场控制原理及控制模型，同时还要引导学生学会分析交流电机控制系统性能、设计交流电机控制系统硬件及算法软件的能力；而且要把传统交流电机控制与潜在的新型交流电机控制相结合，以满足学生毕业数年后新型交流电机控制系统设计的需求。

为此，本书围绕交流电机及其控制系统之间的联系，选择异步电机、永磁同步电机、无刷直流电机、多相永磁同步电机、开关磁阻电机、电励磁同步电机为重点讲解对象，分析研究基于稳态数学模型和瞬态数学模型的交流电机控制原理及控制系统，包括开环及闭环控制策略构建、控制系统仿真建模、参数对控制系统性能影响分析、控制系统硬件及软件设计等，以满足电机控制、自动化等行业对新时代电机控制人才厚实的基础理论和强大的解决工程实际问题能力的要求。

本书的章节内容组织具体安排如下：

第1章：概述了推动交流电机控制技术发展的因素、交流电机基于稳态模型和基于瞬态模型控制技术发展现状、交流电机控制系统的应用领域及发展趋势。

第2章：重点介绍了应用于交流电机控制系统中典型功率电子变换电路拓扑及其核心的控制策略，主要包括交流-交流调压器、基于全控型器件的变压变频器，并对常用的变换器调制策略建模仿真研究。

第3~6章：重点讲解异步电机控制原理及控制系统，遵循从基于稳态数学模型控制到基于瞬态数学模型的控制，从控制原理、控制系统设计到控制系统案例分析等顺序展开。具体涉及调压调速控制、变压变频调速控制、转子磁场定向矢量控制、直接转矩控制等策略，给出了典型调速控制系统仿真建模分析、DSP编程实现，从仿真及案例实际结果深化读者对异步电机控制理论知识及控制系统设计的理解。

第7、8章：从气隙磁场波形差异角度研究两类永磁电机控制原理及控制系统，遵循从正弦波气隙磁场到方波气隙磁场顺序，先后讲解永磁同步电机转子磁场定向矢量控制、无刷直流电机两相导通方波电流控制，给出了两种电机闭环控制系统仿真建模分析、DSP编程实现，从仿真及案例实际结果深化读者对两种电机控制理论知识及控制系统设计的理解。

第9章：以六相永磁同步电机为例介绍多相交流电机控制原理及控制系统设计，抓住多相电机多变量、多自由度的特点，介绍电机数学模型、逆变器电压矢量的最优选择、直接转矩控制系统结构，并基于数学模型简要介绍电机转子磁场定向矢量控制。给出了电机直接转矩控制系统仿真建模分析、DSP编程实现，从原理讲解到仿真及案例实际结果引导读者熟悉多相交流电机数学模型建立、控制系统构建等环节。

第10章：为了拓展读者对基于开关控制的交流电机调速系统的认识，本章以开关磁阻电机调速控制为例，介绍开关磁阻电机的结构、工作原理、调速控制系统，使读者认识到功率电子变换器与电机控制的一体化趋势，并熟悉这类电机控制系统分析及设计的特点。

第11章：为了进一步满足读者在行业中可能遇到的大容量同步电机控制系统构建或分析建模的需要，本章介绍了电励磁同步电机矢量控制原理及控制系统，遵循转子无阻尼绕组到有阻尼绕组顺序，介绍了电励磁同步电机数学模型、气隙磁场定向矢量控制原理及数学模型、功率因数及转子励磁电流控制模型、气隙磁场定向矢量控制系统构成，给出了电机典型闭环控制系统仿真建模分析，从仿真结果深化读者对气隙磁场定向矢量控制理论知识的理解。

第12章：集中介绍本书所采用的全数字交流电机控制系统硬件设计，包括总体结构、部分电路设计分析等。

全书共12章，由三位老师共同撰写而成。其中第1、7、8章由杨公德老师编写，第2章和第12章的部分内容由屈艾文老师编写，其余章节由周扬忠老师编写。全书交流调速控制系统仿真建模、案例硬件设计及DSP软件编写、实验等部分内容由多位研究生共同参与完成，在此对这些研究生的贡献表示衷心的感谢！为了全书内容的完整性，部分内容引用了一些专家学者的研究成果，对于他们的研究成果对本书的贡献表示最衷心的感谢！

本书配有课件资源及习题答案，读者可关注封底“机工电气”公众号，回复“电机控制”来获取。

由于作者们认识水平、研究能力有限，书中难免会出现问题解决不全面、错误等，希望读者及时批评指正。另外，电机包括电动机和发电机，而本书中电机特指电动机。

编著者