大功率變換器及工業傳動模型預測控制(精)/電氣與電子工程經典譯叢

作者：(瑞士)托拜厄斯·蓋爾|責編:李小平//閭洪慶|譯者:張永昌//宋文祥//徐偉
出版社：機械工業
ISBN：9787111816959

出版日期：2026/09/01
裝幀：精裝
頁數：463

人民幣：RMB 168 元售價：元

內容大鋼

本書首先介紹了工業電力電子系統市場和相關技術的發展趨勢，坐標變換、空間矢量、功率半導體器件等基礎知識，以及矢量控制、直接轉矩控制、載波調製和優化脈衝調製等經典控制和調製方法，為後續內容提供了合適的基礎。本書的核心部分則介紹了適用於低開關頻率大功率變換器和電機驅動領域的幾種控制演算法，解釋了長預測範圍預測控制的概念，介紹了基於滯環的模型預測轉矩控制和基於脈衝調製的模型預測控制的控制方法，以及各種方法的優化。採用本書介紹的方法可以使大功率變換器系統在低開關頻率下仍然具有優異的動態和穩態性能，從而能夠提高大功率變換器的功率輸出、降低電流畸變、減小濾波器體積、獲得極快的動態響應並保證在安全工作區域限制內的可靠運行。本書適合電力電子與電力傳動領域的研究生、教師、工程師和實踐者閱讀，尤其是對大功率變換器和工業傳動的從業人員具有較大的參考價值。

作者介紹

(瑞士)托拜厄斯·蓋爾|責編:李小平//閭洪慶|譯者:張永昌//宋文祥//徐偉

出版說明
譯者序
原書前言
縮略語中英文對照表
書中變數及符號等釋義
第1章  概述
  1.1  工業電力電子
    1.1.1  中壓變速傳動
    1.1.2  市場趨勢
    1.1.3  技術趨勢
  1.2  控制和調製策略
    1.2.1  要求
    1.2.2  最新策略
    1.2.3  挑戰
  1.3  模型預測控制
    1.3.1  控制問題
    1.3.2  控制原理
    1.3.3  優點及挑戰
  1.4  研究前景和動機
  1.5  主要成果
  1.6  本書概要
  1.7  預備知識
  參考文獻
第2章  工業電力電子
  2.1  預備知識
    2.1.1  三相系統
    2.1.2  標?值系統
    2.1.3  靜止坐標系
    2.1.4  旋轉坐標系
    2.1.5  空間矢量
  2.2  感應電機
    2.2.1  電機模型的空間矢量表示
    2.2.2  電機模型的矩陣表示
    2.2.3  電機模型的標?值表示
    2.2.4  電機模型的狀態空間表示
    2.2.5  電機諧波模型
  2.3  功率半導體器件
    2.3.1  集成門極換流晶閘管
    2.3.2  功率二極體
  2.4  多電平電壓源型逆變器
    2.4.1  中點鉗位逆變器
    2.4.2  五電平有源中點鉗位逆變器
  2.5  案例分析
    2.5.1  中點鉗位逆變器驅動系統
    2.5.2  有緩衝約束的中點鉗位逆變器驅動系統
    2.5.3  五電平有源中點鉗位逆變器驅動系統
    2.5.4  併網中點鉗位變換器系統
  參考文獻
第3章  經典控制與調製策略
  3.1  控制與調製策略的要求

    3.1.1  與電機相關的要求
    3.1.2  與電網相關的要求
    3.1.3  與變換器相關的要求
    3.1.4  總結
  3.2  控制與調製策略框圖
  3.3  基於載波的脈衝寬度調製
    3.3.1  單相基於載波的脈衝寬度調製
    3.3.2  三相基於載波的脈衝寬度調製
    3.3.3  總結與特性
  3.4  優化脈衝調製
    3.4.1  脈衝模式與諧波分析
    3.4.2  三電平變換器的優化問題
    3.4.3  五電平變換器的優化問題
    3.4.4  總結與特性
  3.5  脈寬調製的性能權衡
    3.5.1  電流總諧波畸變與開關損耗
    3.5.2  轉矩總諧波畸變與開關損耗
  3.6  感應電機驅動控制方法
    3.6.1  標量控制
    3.6.2  磁場定向控制
    3.6.3  直接轉矩控制
  附錄3.A  單相OPP的諧波分析
  附錄3.B  數學優化
    3.B.1  一般優化問題
    3.B.2  混合整數優化問題
    3.B.3  凸優化問題
  參考文獻
第4章  短步長預測控制
  4.1  單相阻感負載電路的預測電流控制
    4.1.1  控制問題
    4.1.2  電流軌跡預測
    4.1.3  優化問題
    4.1.4  控制演算法
    4.1.5  性能評估
    4.1.6  多步長預測
    4.1.7  總結
  4.2  三相感應電機的預測電流控制
    4.2.1  案例研究
    4.2.2  控制問題
    4.2.3  控制器模型
    4.2.4  優化問題
    4.2.5  控制演算法
    4.2.6  性能評估
    4.2.7  關於范數的選擇
    4.2.8  延遲補償
  4.3  三相非同步電機的預測轉矩控制
    4.3.1  案例研究
    4.3.2  控制問題
    4.3.3  控制器模型
    4.3.4  優化問題

    4.3.5  控制演算法
    4.3.6  代價函數分析
    4.3.7  轉矩與電流控制器的代價函數比較
    4.3.8  性能評估
  4.4  總結
  參考文獻
第5章  多步長預測控制
  5.1  預備知識
    5.1.1  案例研究
    5.1.2  控制器模型
    5.1.3  代價函數
    5.1.4  優化問題
    5.1.5  基於窮舉搜索的控制演算法
  5.2  整數二次規劃描述
    5.2.1  優化問題的向量描述
    5.2.2  無約束最小化求解
    5.2.3  整數二次規劃
    5.2.4  預測步長為1的直接模型預測控制
  5.3  一種求解優化問題的有效方法
    5.3.1  準備知識和關鍵特性
    5.3.2  改進的球形解碼演算法
    5.3.3  一個預測範圍為1的例子
    5.3.4  一個預測範圍為2的例子
  5.4  計算負擔
    5.4.1  離線計算
    5.4.2  在線預處理
    5.4.3  球形解碼
  附錄5.A  狀態空間模型
  附錄5.B  向量形式的代價函數推導
  參考文獻
第6章  多步長預測控制性能評估
  6.1  中點鉗位逆變器驅動系統性能評估
    6.1.1  性能評估框架
    6.1.2  開關頻率為250Hz時的性能對比
    6.1.3  閉環成本
    6.1.4  相對電流總諧波畸變率
    6.1.5  暫態運行
  6.2  基於直接求整的次優化模型預測控制
  6.3  帶LC濾波器的中點鉗位逆變器驅動系統性能評估
    6.3.1  案例研究
    6.3.2  控制器模型
    6.3.3  優化問題
    6.3.4  穩態運行
    6.3.5  暫態運行
  6.4  總結與討論
    6.4.1  穩態性能
    6.4.2  暫態性能
    6.4.3  代價函數
    6.4.4  控制目標
    6.4.5  計算複雜度

  附錄6.A  狀態空間模型
  附錄6.B  輸出參考向量計算
    6.B.1  第一步：定子頻率
    6.B.2  第二步：逆變器電壓
    6.B.3  第三步：輸出參考向量
  參考文獻
第7章  模型預測直接轉矩控制
  7.1  引言
  7.2  預備知識
    7.2.1  案例分析
    7.2.2  控制問題
    7.2.3  控制器模型
    7.2.4  開關動作
  7.3  控制問題的描述
    7.3.1  簡單優化問題
    7.3.2  約束條件
    7.3.3  代價函數
  7.4  模型預測直接轉矩控制
    7.4.1  定義
    7.4.2  優化問題的簡化
    7.4.3  開關時域的概念
    7.4.4  搜索樹
    7.4.5  基於窮舉的MPDTC演算法
  7.5  擴展方法
    7.5.1  對狀態軌跡和輸出軌跡進行分析
    7.5.2  線性擬合方法
    7.5.3  二次擬合方法
    7.5.4  二次插值擬合法
  7.6  總結和討論
  附錄7.A  NPC逆變器驅動系統的控制器模型
  參考文獻
第8章  模型預測直接轉矩控制的性能評估
  8.1  中點鉗位逆變器驅動系統的性能評估
    8.1.1  模擬設置
    8.1.2  穩態運行
    8.1.3  暫態運行
  8.2  ANPC逆變器驅動系統的性能評估
    8.2.1  控制器模型
    8.2.2  改進的MPDTC演算法
    8.2.3  模擬設置
    8.2.4  穩態運行
    8.2.5  暫態運行
  8.3  總結和討論
  附錄8.A  ANPC型逆變器驅動系統的控制器模型
  參考文獻
第9章  模型預測直接轉矩控制的分析與可行性
  9.1  目標集
  9.2  狀態反饋控制律
    9.2.1  預備知識
    9.2.2  給定轉子磁鏈矢量的控制律

    9.2.3  目標集邊緣的控制律
  9.3  死鎖現象分析
    9.3.1  死鎖的根本原因分析
    9.3.2  死鎖的位置
  9.4  死鎖的解決方法
  9.5  死鎖的避免
    9.5.1  死鎖避免策略
    9.5.2  性能評估
  9.6  總結和討論
    9.6.1  狀態反饋控制律的推導與分析
    9.6.2  死鎖的分析、解決與避免
  參考文獻
第10章  高效模型預測直接轉矩控制
  10.1  預備知識
  10.2  基於分支定界法的MPDTC
    10.2.1  概念和原理
    10.2.2  分支定界法的特性
    10.2.3  限制最大計算數
    10.2.4  高效MPDTC演算法
  10.3  性能評估
    10.3.1  案例研究
    10.3.2  穩態運行時的性能標準
    10.3.3  穩態運行時的計算指標
  10.4  總結和討論
  參考文獻
第11章  模型預測直接轉矩控制的推演
  11.1  模型預測直接電流控制
    11.1.1  案例研究
    11.1.2  控制問題
    11.1.3  定子電流邊界的描述
    11.1.4  控制器模型
    11.1.5  控制問題的描述
    11.1.6  MPDCC演算法
    11.1.7  性能評估
    11.1.8  整定
  11.2  模型預測直接功率控制
    11.2.1  案例研究
    11.2.2  控制問題
    11.2.3  控制器模型
    11.2.4  控制問題的描述
    11.2.5  性能評估
  11.3  總結和討論
    11.3.1  模型預測直接電流控制
    11.3.2  模型預測直接功率控制
    11.3.3  目標集
  附錄11.A  MPDCC中使用的控制器模型
  附錄11.B  有功和無功功率
  附錄11.C  MPDPC中使用的控制器模型
  參考文獻
第12章  模型預測脈衝模式控制

  12.1  最新控制方法
  12.2  優化脈衝模式
    12.2.1  概要、性能及計算
    12.2.2  磁鏈幅值與調製度的關係
    12.2.3  時間與角度的關係
    12.2.4  定子磁鏈參考軌跡
    12.2.5  查表法
  12.3  定子磁鏈控制
    12.3.1  控制目標
    12.3.2  控制原理
    12.3.3  控制問題
    12.3.4  控制方法
  12.4  MP3C演算法
    12.4.1  觀測器
    12.4.2  速度控制器
    12.4.3  轉矩控制器
    12.4.4  磁鏈控制器
    12.4.5  脈衝模式載入器
    12.4.6  參考磁鏈
    12.4.7  脈衝模式控制器
  12.5  MP3C求解方法
    12.5.1  基於二次規劃的MP3C
    12.5.2  基於無差拍控制的MP3C
  12.6  脈衝插入
    12.6.1  定義
    12.6.2  演算法
  附錄12.A  二次規劃
  附錄12.B  無約束求解
  附錄12.C  無差拍MP3C的轉換
  參考文獻
第13章  模型預測脈衝模式控制性能評估
  13.1  NPC逆變器驅動系統性能評估
    13.1.1  模擬設置
    13.1.2  穩態運行
    13.1.3  瞬態運行
  13.2  ANPC逆變器驅動系統實驗結果
    13.2.1  實驗設置
    13.2.2  分層控制結構
    13.2.3  穩態運行
  13.3  總結和討論
    13.3.1  與現有先進控制方法的區別
    13.3.2  討論
  參考文獻
第14章  模塊化多電平變換器的模型預測控制
  14.1  引言
  14.2  預備知識
    14.2.1  拓撲
    14.2.2  變換器非線性模型
  14.3  模型預測控制
    14.3.1  控制問題

    14.3.2  控制器結構
    14.3.3  線性預測模型
    14.3.4  代價函數
    14.3.5  硬約束與軟約束
    14.3.6  優化問題
    14.3.7  多電平基於載波的脈衝寬度調製
    14.3.8  平衡控制
  14.4  性能評估
    14.4.1  系統和控制參數
    14.4.2  穩態運行
    14.4.3  瞬態運行
  14.5  參數設計
    14.5.1  開環預測偏差
    14.5.2  閉環性能
  14.6  總結和討論
  附錄14.A  動態電流方程
  附錄14.B  變換器系統的控制器模型
  參考文獻
第15章  結論和總結
  15.1  直接模型預測方法的性能比較
    15.1.1  案例研究
    15.1.2  性能權衡曲線
    15.1.3  總結與討論
  15.2  控制和調製方法的評估
    15.2.1  基於SVM的FOC和VOC
    15.2.2  DTC和DPC
    15.2.3  基於參考值跟蹤的直接MPC
    15.2.4  帶邊界的直接MPC
    15.2.5  基於OPP的MP3C
    15.2.6  間接MPC
  15.3  結論
  15.4  展望
  參考文獻

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