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內容簡介:

本書全面介紹了當前主流的電機和電源數字控制系統的基本原理、相關控制技術理論和市場應用場景，并針對電機和電源數字控制系統的架構，分享了電機和電源數字控制用的微控制器的基本資源需求，以及市場上主流廠商的*新技術發展狀況。此外，對基于微控制器的控制軟件編程技術及相關調試技術也進行了總結闡述。除了理論介紹，本書篇幅上著墨于工程實踐的角度出發，介紹基于恩智浦半導體微控制器實現的主流電機類型和電源拓撲的控制案例，分享了實際工程開發中有關微控制器控制的應用經驗和方法。其中電機控制的應用內容包括永磁同步電機（PMSM）的無位置傳感器矢量控制（FOC）和有位置傳感器的伺服控制、基于轉子磁鏈定向的交流異步電機（ACIM）矢量控制、無刷直流電機的無位置傳感器控制、開關磁阻電機的無位置傳感器峰值電流檢測控制、步進電機的位置開環細分控制和位置閉環伺服控制；電源控制部分則包括以圖騰柱無橋式PFC 變換器和LLC DC/DC 諧振變換器為例的AC/DC 控制，以及符合無線充電聯盟（WPC）Qi 標準的15W 感應式無線充電系統的控制。本書面向已具備一定電機、電源、控制和微控制器基本知識的讀者，可為高校電氣、電力電子專業的研究生和企業工程技術人員提供參考和借鑒。

作者簡介:

工業和信息化部人才交流中心（以下簡稱中心）創建于1985年1月，1992年10月成為獨立事業法人單位，工業和信息化部所屬的黨政機關一類事業單位(正局級)，是經中央機構編制委員會辦公室批準，國家事業單位登記管理局注冊登記，是工業和信息化部在人才培養、人才交流、智力引進、國際交流、會議展覽等方面的支撐機構；也是人力資源和社會保障部、工業和信息化部“全國信息專業技術人才知識更新工程”及“信息化工程師”項目實施承辦單位。

目錄:第1 章 電力電子技術應用綜述????????????????????????????????????????????? 001
1．1 電力電子技術發展現狀??????????????????????????????????????????????????? 002
1．2 市場應用場景??????????????????????????????????????????????????????????????? 005
1．3 未來發展方向展望????????????????????????????????????????????????????????? 010
1．4 小結??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 011
第2 章 電機和電源控制簡介????????????????????????????????????????????????? 013
2．1 常見電機類型及其控制技術????????????????????????????????????????????? 014
2．1．1 直流電機????????????????????????????????????????????????????????????? 014
2．1．2 交流電機????????????????????????????????????????????????????????????? 016
2．2 常見電力電子變換拓撲??????????????????????????????????????????????????? 020
2．2．1 整流電路????????????????????????????????????????????????????????????? 021
2．2．2 降壓斬波電路?????????????????????????????????????????????????????? 024
2．2．3 升壓斬波電路??????????????????????????????????????????????????????? 025
2．2．4 升降壓斬波電路???????????????????????????????????????????????????? 025
2．2．5 諧振變換器電路???????????????????????????????????????????????????? 026
2．3 感應式無線充電技術?????????????????????????????????????????????????????? 029
2．4 小結??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 031
第3 章 電機和電源控制中的微控制器技術介紹?????????????????????? 033
3．1 典型電機和電源數字控制系統架構???????????????????????????????????? 034
3．2 電機和電源控制中的微控制器技術概況?????????????????????????????? 036
3．2．1 電機和電源控制中的微控制器技術發展現狀???????????????? 037
3．2．2 電機和電源控制中的微控制器技術發展趨勢???????????????? 041
3．2．3 恩智浦半導體電機和電源微控制器產品路線規劃
及主要特點?????????????????????????????????????????????????????????? 043
3．3 小結??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 046
第4 章 控制軟件編程基礎及相關調試技術????????????????????????????? 049
4．1 數字控制軟件編程基礎??????????????????????????????????????????????????? 050
4．1．1 信號數字化處理???????????????????????????????????????????????????? 050
4．1．2 變量定標????????????????????????????????????????????????????????????? 052
4．1．3 參數標幺表示??????????????????????????????????????????????????????? 053
4．2 實時控制軟件架構實現簡介????????????????????????????????????????????? 054
4．2．1 狀態機???????????????????????????????????????????????????????????????? 054
4．2．2 時序調度機制??????????????????????????????????????????????????????? 057
4．3 實時控制軟件開發及調試???????????????????????????????????????????????? 058
4．3．1 實時控制軟件庫的應用??????????????????????????????????????????? 058
4．3．2 實時調試工具??????????????????????????????????????????????????????? 064
4．3．3 相關調試技巧??????????????????????????????????????????????????????? 068
4．4 小結??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 070
第5 章 永磁同步電機的數字控制?????????????????????????????????????????? 071
5．1 永磁同步電機的數學模型???????????????????????????????????????????????? 072
5．1．1 三相永磁同步電機數學模型???????????????????????????????????? 073
5．1．2 兩相靜止坐標系的數學模型???????????????????????????????????? 074
5．1．3 兩相轉子同步坐標系的數學模型?????????????????????????????? 075
5．1．4 坐標變換????????????????????????????????????????????????????????????? 077
5．2 永磁同步電機的磁場定向控制?????????????????????????????????????????? 078
5．2．1 電流控制環????????????????????????????????????????????????????????? 079
5．2．2 轉速控制環????????????????????????????????????????????????????????? 082
5．3 最大轉矩電流比和弱磁控制????????????????????????????????????????????? 083
5．3．1 最大轉矩電流比控制????????????????????????????????????????????? 084
5．3．2 弱磁控制????????????????????????????????????????????????????????????? 087
5．4 無位置傳感器控制????????????????????????????????????????????????????????? 092
5．4．1 基于反電動勢的位置估計??????????????????????????????????????? 092
5．4．2 基于高頻信號注入的位置估計????????????????????????????????? 096
5．4．3 基于定子磁通的位置估計??????????????????????????????????????? 099
5．5 電機控制所需的微控制器資源?????????????????????????????????????????? 102
5．5．1 脈沖寬度調制器（PWM） ?????????????????????????????????????? 103
5．5．2 模/數轉換器（ADC） ???????????????????????????????????????????? 105
5．5．3 正交解碼器（DEC） ????????????????????????????????????????????? 105
5．5．4 定時器（Timer） ?????????????????????????????????????????????????? 106
5．5．5 PWM 和ADC 硬件同步?????????????????????????????????????????? 106
5．6 典型永磁同步電機控制方案????????????????????????????????????????????? 107
5．6．1 帶位置傳感器的伺服控制??????????????????????????????????????? 107
5．6．2 無位置傳感器的磁場定向控制????????????????????????????????? 109
5．6．3 典型案例分析―風機控制???????????????????????????????????? 110
5．7 小結??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 125
第6 章 無刷直流電機的數字控制?????????????????????????????????????????? 127
6．1 無刷直流電機模型????????????????????????????????????????????????????????? 128
6．1．1 無刷直流電機的本體結構???????????????????????????????????????? 128
6．1．2 無刷直流電機的數學模型???????????????????????????????????????? 129
6．2 六步換相控制及所需的微控制器資源????????????????????????????????? 131
6．2．1 無刷直流電機六步換相控制的基本原理?????????????????????? 131
6．2．2 六步換相PWM 調制方式及其對電壓和電流的影響??????? 133
6．2．3 六步換相無傳感器控制??????????????????????????????????????????? 138
6．2．4 六步換相控制所需的微控制器資源???????????????????????????? 140
6．3 典型無刷直流電機控制方案????????????????????????????????????????????? 141
6．3．1 基于KE02 的無刷直流電機無位置傳感器控制????????????? 142
6．3．2 基于MC9S08SU16 的無人機電調解決方案?????????????????? 148
6．4 小結??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 152
第7 章 開關磁阻電機的數字控制?????????????????????????????????????????? 153
7．1 開關磁阻電機的基本工作原理?????????????????????????????????????????? 154
7．1．1 電機結構????????????????????????????????????????????????????????????? 154
7．1．2 電磁轉矩的產生???????????????????????????????????????????????????? 155
7．1．3 繞組反電動勢??????????????????????????????????????????????????????? 157
7．2 兩相SRM 的數字控制???????????????????????????????????????????????????? 158
7．2．1 PWM 控制下的繞組導通模式??????????????????????????????????? 159
7．2．2 電壓控制方法??????????????????????????????????????????????????????? 160
7．2．3 檢測電流峰值的無位置傳感器控制方法?????????????????????? 161
7．2．4 電機從靜止開始起動?????????????????????????????????????????????? 163
7．2．5 電機從非靜止時開始起動???????????????????????????????????????? 166
7．2．6 兩相SRM 數字控制所需的微控制器資源??????????????????? 166
7．3 典型方案分析―高速真空吸塵器???????????????????????????????????? 167
7．3．1 系統介紹????????????????????????????????????????????????????????????? 167
7．3．2 相電流與母線電壓的檢測??????????????????????????????????????? 170
7．3．3 電機的控制流程??????????????????????????????????????????????????? 175
7．3．4 峰值電流的檢測方法????????????????????????????????????????????? 184
7．4 小結??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 185
第8 章 交流感應電機的數字控制?????????????????????????????????????????? 187
8．1 交流感應電機模型????????????????????????????????????????????????????????? 188
8．1．1 交流感應電機的本體結構??????????????????????????????????????? 188
8．1．2 交流感應電機的控制方法概述????????????????????????????????? 190
8．1．3 交流感應電機的數學模型??????????????????????????????????????? 191
8．2 轉子磁鏈定向控制????????????????????????????????????????????????????????? 194
8．2．1 最大轉矩電流比控制????????????????????????????????????????????? 196
8．2．2 交流感應電機弱磁控制?????????????????????????????????????????? 198
8．2．3 定子電壓解耦?????????????????????????????????????????????????????? 199
8．2．4 帶位置傳感器時轉子磁鏈位置估算??????????????????????????? 200
8．2．5 無位置傳感器控制???????????????????????????????????????????????? 201
8．3 典型交流感應電機控制方案????????????????????????????????????????????? 206
8．3．1 控制環路介紹?????????????????????????????????????????????????????? 207
8．3．2 低成本電流及轉速采樣實現方案?????????????????????????????? 209
8．3．3 轉子時間常數校正???????????????????????????????????????????????? 214
8．3．4 應用軟件設計?????????????????????????????????????????????????????? 215
8．3．5 系統時序設計?????????????????????????????????????????????????????? 216
8．4 小結??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 218
第9 章 步進電機的數字控制????????????????????????????????????????????????? 219
9．1 步進電機工作原理????????????????????????????????????????????????????????? 220
9．1．1 步進電機的結構簡介?????????????????????????????????????????????? 220
9．1．2 步進電機的工作原理簡介???????????????????????????????????????? 221
9．2 位置開環的細分控制及所需的微控制器資源???????????????????????? 223
9．2．1 細分控制????????????????????????????????????????????????????????????? 223
9．2．2 驅動電路和PWM 方法??????????????????????????????????????????? 225
9．2．3 步進電機位置開環的控制結構?????????????????????????????????? 228
9．3 位置閉環的矢量控制及所需的微控制器資源???????????????????????? 229
9．3．1 步進電機矢量控制????????????????????????????????????????????????? 229
9．3．2 步進電機弱磁控制????????????????????????????????????????????????? 231
9．3．3 步進伺服的典型控制結構???????????????????????????????????????? 234
9．3．4 轉速計算原理及結合微控制器的應用????????????????????????? 235
9．4 典型步進電機控制方案??????????????????????????????????????????????????? 239
9．5 小結??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 245
第10 章 AC/DC 變換器的數字控制??????????????????????????????????????? 247
10．1 AC/DC 變換器工作原理????????????????????????????????????????????????? 248
10．1．1 PFC 基本工作原理??????????????????????????????????????????????? 249
10．1．2 LLC 諧振變換器基本工作原理???????????????????????????????? 251
10．2 PFC 的數字控制??????????????????????????????????????????????????????????? 254
10．2．1 控制策略??????????????????????????????????????????????????????????? 254
10．2．2 電流控制器設計?????????????????????????????????????????????????? 255
10．2．3 PFC 數字控制所需的微控制器資源?????????????????????????? 257
10．3 LLC 的數字控制?????????????????????????????????????????????????????????? 259
10．3．1 控制策略??????????????????????????????????????????????????????????? 259
10．3．2 LLC 諧振變換器數字控制所需的微控制器資源?????????? 262
10．4 典型案例分析―高效服務器電源?????????????????????????????????? 263
10．4．1 圖騰柱無橋PFC 系統實現????????????????????????????????????? 264
10．4．2 LLC 諧振變換器系統實現????????????????????????????????????? 268
10．5 小結????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 274
第11 章 感應式無線充電的數字控制????????????????????????????????????? 275
11．1 感應式無線充電工作原理?????????????????????????????????????????????? 276
11．1．1 能量的傳輸方式?????????????????????????????????????????????????? 277
11．1．2 通信方式及解調簡介???????????????????????????????????????????? 279
11．2 無線充電標準Qi ????????????????????????????????????????????????????????? 281
11．2．1 通信方式詳述????????????????????????????????????????????????????? 281
11．2．2 系統控制??????????????????????????????????????????????????????????? 283
11．3 Qi 標準感應式無線充電微控制器??????????????????????????????????? 289
11．3．1 無線充電微控制器介紹????????????????????????????????????????? 289
11．3．2 Qi 標準無線充電發射器硬件模塊???????????????????????????? 291
11．3．3 無線充電發射器軟件架構及重要功能實現????????????????? 293
11．3．4 無線充電重要功能的數字實現方式?????????????????????????? 296
11．4 無線充電典型應用??????????????????????????????????????????????????????? 301
11．4．1 消費及工業類無線充電發射器???????????????????????????????? 301
11．4．2 車載無線充電發射器???????????????????????????????????????????? 303
11．4．3 恩智浦半導體無線充電發射器主要模塊???????????????????? 305
11．4．4 恩智浦半導體無線充電接收器簡介?????????????????????????? 312
11．4．5 系統主要性能指標??????????????????????????????????????????????? 315
11．5 小結????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 318
參考文獻???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 319