前言

电机控制是一种既传统又新颖的技术。20世纪70年代，从德国学者提出矢量控制算法以来，虽说不断有新的算法推出，如直接转矩控制、模型预测控制等，但是最主流的始终是矢量控制技术。另外，因为市场上不断有新的应用出现，从传统的变频器到电动汽车驱动器，再到无人机、机器人伺服控制等，都对电机控制器的性能、成本、可靠性提出了新的需求。所以，可以说电机控制是先进制造的基础技术，在国家从制造大国到制造强国的进程中，它仍然是值得人们不断进入和深耕钻研的领域。

在大多时候，理论与实践之间横亘着一条鸿沟。很多一线工程人员使用成熟的代码，基于经验参数调试控制回路，完成项目应用。他们大多依赖时域实际的调试结果来确定参数，对其背后的原理与指标缺少深入的了解。而前沿研究人员则更倾向于展示先进成果，将重点放在数学上的稳定性证明方面等，对于如何低成本、可靠地实现，他们往往并不关心。本书试图建立起理论与实践之间的桥梁，并示范如何在实践中规范地使用理论知识，希望能够帮助电机控制相关专业学生和后来者更快地进入这个领域。

本书内容

第1章介绍电机矢量控制最为核心的电流环。首先，详细介绍了电机电流的采样、计算及标幺化；然后，讨论了电流PI控制器的原理、实现和进阶，PI控制器参数的生成，以及参数大小在控制和抗扰动两方面所起的作用；最后，作为对常规电流环的改进，介绍了一个反电势谐波补偿的实战案例，此补偿方案对提升电动汽车驱动系统NVH性能有较为明显的作用。

第2章介绍电机电流的上层控制策略与实用标定方法。这里的电流控制策略特指根据转矩指令生成电流给定值的方法。永磁同步电机比较常用的有MTPA、MTPV控制策略，在电流平面上，满足对应条件的工作点构成MTPA和MTPV曲线。由于受到实际条件的限制，MTPA和MTPV曲线上的工作点并不总是有效的。在这种情形下，仍然可以追求次优工作点，相关讨论引出了最小铜耗控制和最小铁耗控制。目前，电机控制效率问题在各种场合都广受关注，为达到效率最优，需要综合运用上述电流控制策略。但此方案直接实现比较困难，相对行之有效的方式是首先对电机进行标定，然后使用查表法实现。

第3章介绍常用数字滤波器的原理及实现细节。滤波器在噪声抑制、信号提取及系统校正等方面有着不可或缺的作用。数字滤波器与模拟滤波器相比又有着其独有的特点，如周期性的频响特性、混叠效应及稳态响应的静差问题等。低通滤波器在电机控制中的应用最为广泛，本章着重介绍了其在频域的特点，并在具体的代码编写过程中给出了频域指标的工程计算方法。本章末介绍了几个比较典型的实战案例，读者可以看到滤波器在实践中是怎样使用的。

第4章介绍电机控制系统中典型的状态观测器。20世纪60年代，为解决状态不能直接测量的问题，有学者提出了状态观测器的概念和构造方法。此后，状态观测器技术蓬勃发展，各种理论不断涌现，并且在实际应用场合取得成功。本章以电机控制领域常用的龙伯格观测器和锁相环为例，简要地讨论了状态观测器的基本原理与结构。除此之外，本章还详细地介绍了几个和状态观测器相关的实战案例。其中，机械谐振抑制是工业控制和电动汽车等领域常见的问题；旋变软件解算技术可以替代旋变解算芯片，降低系统成本，具有重要的经济价值；IGBT的PN结结温估算技术可最大限度地发挥IGBT模块的性能，提高其可靠性。

第5章介绍电机关键参数的辨识算法及实现细节。参数辨识算法属于电机控制中比较独立的算法分支，也是近年来国内外学者一直研究的领域。本章介绍了永磁同步电机的电阻、电感、反电势、初始角的辨识。本章介绍的算法在电机未工作状态下运行，属于离线辨识算法。

第6章对实际中常见的一些应用和做法进行理论上的分析与探讨。这些应用和做法对于工程人员可能是司空见惯的，但是他们对于其背后的原理可能没有那么清楚。例如，电机低频或堵转运行时为什么要降载频运行？电机发电运行时的输出电压远低于母线电压，为什么反而能将能量回馈到母线上？同步电机缺相后能否继续运行？

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致谢

本书的编写经历了漫长而艰苦的过程，得到了很多人的支持。首先感谢我们的家人，是你们的无私支持才让本书得以问世；其次感谢一起合作的伙伴，你们给了我们很多灵感。

编著者
2024年于中国深圳