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内容简介
托拜厄斯·盖尔著的《大功率变换器及工业传动模型预测控制/国际电气工程先进技术译丛》首先介绍了工业电力电子系统市场和相关技术的发展趋势，坐标变换、空间矢量、功率半导体器件等基础知识，以及矢量控制、直接转矩控制、载波调制和优化脉冲调制等经典控制和调制方法，为后续内容提供了合适的基础。本书的核心部分则介绍了适用于低开关频率大功率变换器和电机驱动领域的几种控制算法，解释了长预测范围预测控制的概念，介绍了基于滞环的模型预测转矩控制和基于脉冲调制的模型预测控制的控制方法，以及各种方法的优化。采用本书介绍的方法可以使大功率变换器系统在低开关频率下仍然具有优异的动态和稳态性能，从而能够提高大功率变换器的功率输出、降低电流畸变、减小滤波器体积、获得极快的动态响应并保证在安全工作区域限制内的可靠运行。本书适合电力电子与电力传动领域的研究生、教师、工程师和实践者阅读，尤其是对大功率变换器和工业传动的从业人员具有较大的参考价值。
目 录
译者序 原书前言 缩略语中英文对照表 书中变量及符号等释义 第1篇 引言 第1章 概述 1.1 工业电力电子 1.1.1 中压变速传动 1.1.2 市场趋势 1.1.3 技术趋势 1.2 控制和调制策略 1.2.1 要求 1.2.2 最新策略 1.2.3 挑战 1.3 模型预测控制 1.3.1 控制问题 1.3.2 控制原理 1.3.3 优点及挑战 1.4 研究前景和动机 1.5 主要成果 1.6 本书概要 1.7 预备知识 参考文献 第2章 工业电力电子 2.1 预备知识 2.1.1 三相系统 2.1.2 标幺值系统 2.1.3 静止坐标系 2.1.4 旋转坐标系 2.1.5 空间矢量 2.2 感应电机 2.2.1 电机模型的空间矢量表示 2.2.2 电机模型的矩阵表示 2.2.3 电机模型的标幺值表示 2.2.4 电机模型的状态空间表示 2.2.5 电机谐波模型 2.3 功率半导体器件 2.3.1 集成门极换流晶闸管 2.3.2 功率二极管 2.4 多电平电压源型逆变器 2.4.1 中点钳位逆变器 2.4.2 五电平有源中点钳位逆变器 2.5 案例分析 2.5.1 中点钳位逆变器驱动系统 2.5.2 有缓冲约束的中点钳位逆变器驱动系统 2.5.3 五电平有源中点钳位逆变器驱动系统 2.5.4 并网中点钳位变换器系统 参考文献 第3章 经典控制与调制策略 3.1 控制与调制策略的要求 3.1.1 与电机相关的要求 3.1.2 与电网相关的要求 3.1.3 与变换器相关的要求 3.1.4 总结 3.2 控制与调制策略框图 3.3 基于载波的脉冲宽度调制 3.3.1 单相脉宽调制 3.3.2 三相载波脉宽调制 3.3.3 总结与特性 3.4 优化脉冲调制 3.4.1 脉冲模式与谐波分析 3.4.2 三电平变换器的优化问题 3.4.3 五电平变换器的优化问题 3.4.4 总结与特性 3.5 脉宽调制的性能权衡 3.5.1 电流总谐波畸变与开关损耗 3.5.2 转矩总谐波畸变与开关损耗 3.6 感应电机驱动控制方法 3.6.1 标量控制 3.6.2 磁场定向控制 3.6.3 直接转矩控制 附录3.A 单相OPP的谐波分析 附录3.B 数学优化 3.B.1 一般优化问题 3.B.2 混合整数优化问题 3.B.3 凸优化问题 参考文献 第2篇 基于参考值跟踪的直接模型预测控制 第4章 短步长预测控制 4.1 单相阻感负载电路的预测电流控制 4.1.1 控制问题 4.1.2 电流轨迹预测 4.1.3 优化问题 4.1.4 控制算法 4.1.5 性能评估 4.1.6 多步长预测 4.1.7 总结 4.2 三相感应电机的预测电流控制 4.2.1 案例研究 4.2.2 控制问题 4.2.3 控制器模型 4.2.4 优化问题 4.2.5 控制算法 4.2.6 性能评估 4.2.7 关于范数的选择 4.2.8 延迟补偿 4.3 三相异步电机的预测转矩控制 4.3.1 案例研究 4.3.2 控制问题 4.3.3 控制器模型 4.3.4 优化问题 4.3.5 控制算法 4.3.6 代价函数分析 4.3.7 转矩与电流控制器的代价函数比较 4.3.8 性能评估 4.4 总结 参考文献 第5章 多步长预测控制 5.1 预备知识 5.1.1 案例研究 5.1.2 控制器模型 5.1.3 代价函数 5.1.4 优化问题 5.1.5 基于穷举搜索的控制算法 5.2 整数二次规划描述 5.2.1 优化问题的向量描述 5.2.2 无约束最小化求解 5.2.3 整数二次规划 5.2.4 预测步长为1的直接模型预测控制 5.3 一种求解优化问题的有效方法 5.3.1 准备知识和关键特性 5.3.2 改进的球形解码算法 5.3.3 一个预测范围为1的例子 5.3.4 一个预测范围为2的例子 5.4 计算负担 5.4.1 离线计算 5.4.2 在线预处理 5.4.3 球形解码 附录5.A 状态空间模型 附录5.B 向量形式的代价函数推导 参考文献 第6章 多步长预测控制性能评估 6.1 中点钳位逆变器驱动系统性能评估 6.1.1 性能评估框架 6.1.2 开关频率为250Hz时的性能对比 6.1.3 闭环成本 6.1.4 相对电流总谐波畸变率 6.1.5 暂态运行 6.2 基于直接求整的次优化模型预测控制 6.3 带LC滤波器的中点钳位逆变器驱动系统性能评估 6.3.1 案例研究 6.3.2 控制器模型 6.3.3 优化问题 6.3.4 稳态运行 6.3.5 暂态运行 6.4 总结与讨论 6.4.1 稳态性能 6.4.2 暂态性能 6.4.3 代价函数 6.4.4 控制目标 6.4.5 计算复杂度 附录6.A 状态空间模型 附录6.B 输出参考向量计算 6.B.1 第一步:定子频率 6.B.2 第二步:逆变器电压 6.B.3 第三步:输出参考向量 参考文献 第3篇 有边界的直接模型预测控制 第7章 模型预测直接转矩控制 7.1 引言 7.2 预备知识 7.2.1 案例分析 7.2.2 控制问题 7.2.3 控制器模型 7.2.4 开关动作 7.3 控制问题的描述 7.3.1 简单优化问题 7.3.2 约束条件 7.3.3 代价函数 7.4 模型预测直接转矩控制 7.4.1 定义 7.4.2 优化问题的简化 7.4.3 开关时域的概念 7.4.4 搜索树 7.4.5 基于穷举的MPDTC算法 7.5 扩展方法 7.5.1 对状态轨迹和输出轨迹进行分析 7.5.2 线性拟合方法 7.5.3 二次拟合方法 7.5.4 二次插值拟合法 7.6 总结和讨论 附录7.A NPC型逆变器驱动系统的控制器模型 参考文献 第8章 模型预测直接转矩控制的性能评估 8.1 中点钳位逆变器驱动系统的性能评估 8.1.1 仿真设置 8.1.2 稳态运行 8.1.3 暂态运行 8.2 ANPC逆变器驱动系统的性能评估 8.2.1 控制器模型 8.2.2 改进的MPDTC算法 8.2.3 仿真设置 8.2.4 稳态运行 8.2.5 暂态运行 8.3 总结和讨论 附录8.A ANPC型逆变器驱动系统的控制器模型 参考文献 第9章 模型预测直接转矩控制的分析与可行性 9.1 目标集 9.2 状态反馈控制律 9.2.1 预备知识 9.2.2 给定转子磁链矢量的控制律 9.2.3 目标集边缘的控制律 9.3 死锁现象分析 9.3.1 死锁的根本原因分析 9.3.2 死锁的位置 9.4 死锁的解决方法 9.5 死锁的避免 9.5.1 死锁避免策略 9.5.2 性能评估 9.6 总结和讨论 9.6.1 状态反馈控制律的推导与分析 9.6.2 死锁的分析?解决与避免 参考文献 第10章 高效模型预测直接转矩控制 10.1 预备知识 10.2 基于分支定界法的MPDTC 10.2.1 概念和原理 10.2.2 分支定界法的特性 10.2.3 限制最大计算数 10.2.4 高效MPDTC算法 10.3 性能评估 10.3.1 案例研究 10.3.2 稳态运行时的性能标准 10.3.3 稳态运行时的计算指标 10.4 总结和讨论 参考文献 第11章 模型预测直接转矩控制的推演 11.1 模型预测直接电流控制 11.1.1 案例研究 11.1.2 控制问题 11.1.3 定子电流边界的描述 11.1.4 控制器模型 11.1.5 控制问题的描述 11.1.6 MPDCC算法 11.1.7 性能评估 11.1.8 整定 11.2 模型预测直接功率控制 11.2.1 案例研究 11.2.2 控制问题 11.2.3 控制器模型 11.2.4 控制问题的描述 11.2.5 性能评估 11.3 总结和讨论 11.3.1 模型预测直接电流控制 11.3.2 模型预测直接功率控制 11.3.3 目标集 附录11.A MPDCC中使用的控制器模型 附录11.B 有功和无功功率 附录11.C MPDPC中使用的控制器模型 参考文献 第4篇 基于脉冲宽度调制的模型预测控制 第12章 模型预测脉冲模式控制 12.1 最新控制方法 12.2 优化脉冲模式 12.2.1 概要?性能及计算 12.2.2 磁链幅值与调制度的关系 12.2.3 时间与角度的关系 12.2.4 定子磁链参考轨迹 12.2.5 查表法 12.3 定子磁链控制 12.3.1 控制目标 12.3.2 控制原理 12.3.3 控制问题 12.3.4 控制方法 12.4 MP3C算法 12.4.1 观测器 12.4.2 速度控制器 12.4.3 转矩控制器 12.4.4 磁链控制器 12.4.5 脉冲模式加载器 12.4.6 参考磁链 12.4.7 脉冲模式控制器 12.5 MP3C求解方法 12.5.1 基于二次规划的MP3C 12.5.2 基于无差拍控制的MP3C 12.6 脉冲插入 12.6.1 定义 12.6.2 算法 附录12.A 二次规划 附录12.B 无约束求解 附录12.C 无差拍MP3C的转换 参考文献 第13章 模型预测脉冲模式控制性能评估 13.1 NPC逆变器驱动系统性能评估 13.1.1 仿真设置 13.1.2 稳态运行 13.1.3 瞬态运行 13.2 ANPC逆变器驱动系统实验结果 13.2.1 实验设置 13.2.2 分层控制结构 13.2.3 稳态运行 13.3 总结和讨论 13.3.1 与现有先进控制方法的区别 13.3.2 讨论 参考文献 第14章 模块化多电平变换器的模型预测控制 14.1 引言 14.2 预备知识 14.2.1 拓扑 14.2.2 变换器非线性模型 14.3 模型预测控制 14.3.1 控制问题 14.3.2 控制器结构 14.3.3 线性预测模型 14.3.4 代价函数 14.3.5 硬约束与软约束 14.3.6 优化问题 14.3.7 多电平载波脉宽调制 14.3.8 平衡控制 14.4 性能评估 14.4.1 系统和控制参数 14.4.2 稳态运行 14.4.3 瞬态运行 14.5 参数设计 14.5.1 开环预测偏差 14.5.2 闭环性能 14.6 总结和讨论 附录14.A 动态电流方程 附录14.B 变换器系统的控制器模型 参考文献 第5篇 总结 第15章 结论和总结 15.1 直接模型预测方法的性能比较 15.1.1 案例研究 15.1.2 性能权衡曲线 15.1.3 总结与讨论 15.2 控制和调制方法的评估 15.2.1 基于SVM的FOC和VOC 15.2.2 DTC和DPC 15.2.3 基于参考值跟踪的直接MPC 15.2.4 带边界的直接MPC 15.2.5 基于OPP的MP3C 15.2.6 间接MPC 15.3 结论 15.4 展望 参考文献
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