車用電機驅動技術

張碩 北京理工大學副教授，研究方向為智能網聯車輛與電驅動，長期針對各種電驅動平臺（如電動大客車、純電動乘用車、電動飛機等）的電機驅動系統進行研究。

前言
第1章緒論
1.1車用電機驅動系統的類型與結構…001
1.1.1車用電機驅動系統的組成…001
1.1.2驅動電機的主要類型…002
1.1.3驅動電機的結構…002
1.1.4電機控制器的主要類型…004
1.1.5電機控制器的結構…005
1.2車用電機驅動系統的 外發展趨勢…008
1.2.1驅動電機的發展趨勢…008
1.2.2電機控制器的發展趨勢…009
1.2.3電驅動總成技術的發展趨勢…010
習題…012
參考文獻…012
第2章車用電機驅動系統理論基礎
2.1電機的定義與主要分類…013
2.2電機中電路的基本參數和定律…013
2.2.1電路基本參數…013
2.2.2歐姆定律…015
2.2.3基爾霍夫 定律…015
2.2.4基爾霍夫第二定律…015
2.3電機中磁路的基本物理量…015
2.4電機中磁路的基本定律…018
2.4.1磁路歐姆定律…019
2.4.2磁路基爾霍夫 定律…019
2.4.3磁路基爾霍夫第二定律…020
2.5電機中的基本電磁定律…021
2.5.1安培環路定律和全電流定律…021
2.5.2電磁感應定律…022
2.5.3畢奧-薩伐爾定律與安培定律…024
2.5.4電磁力定律…024
2.6電機的制造材料…025
2.6.1材料分類…025
2.6.2導體的集膚效應…026
2.6.3鐵磁材料性質…026
2.7磁場與磁能…029
2.7.1單線圈勵磁…029
2.7.2雙線圈勵磁…033
2.8電機的機電能量轉換…035
2.8.1基本原理…035
2.8.2機電能量轉換方式…036
2.9電機的電磁轉矩生成與控制…039
2.9.1電磁轉矩的生成與控制…039
2.9.2空間矢量與矢量控制…043
習題…047
參考文獻…048
第3章功率電子與變換技術
3.1功率半導體器件…049
3.1.1金屬氧化物場效應晶體管（MOSFET）…049
3.1.2 緣柵雙極型晶體管（IGBT）…050
3.2整流技術…051
3.2.1單相橋式二極管電容濾波整流電路…052
3.2.2三相橋式二極管電容濾波整流電路…053
3.3逆變技術…055
3.3.1脈沖寬度調制（PWM）原理…055
3.3.2單相電壓源逆變器工作原理及其脈沖寬度調制技術…056
3.3.3三相電壓源逆變器工作原理及其脈沖寬度調制技術…058
習題…061
參考文獻…061
第4章永磁同步電機控制
4.1永磁同步電機的結構與工作原理…062
4.1.1永磁同步電機轉子永磁體結構…062
4.1.2永磁同步電機工作原理…063
4.1.3永磁同步電機電磁功率與電磁轉矩…064
4.2永磁同步電機動態數學模型…065
4.2.1ABC三相靜止坐標系下的數學模型…065
4.2.2αβ兩相靜止坐標系下的數學模型…066
4.2.3dq兩相旋轉坐標系下的數學模型…067
4.2.4永磁體轉子凸極比的影響…068
4.3永磁同步電機矢量控制…068
4.3.1矢量控制基本原理…069
4.3.2零d軸電流控制…070
4.3.3 轉矩電流比（MTPA）控制…071
4.3.4單位功率因數控制（UPF）…072
4.4空間矢量脈寬調制（SVPWM）…073
4.4.1SVPWM基本原理…073
4.4.2SVPWM計算過程…074
4.4.3PWM波生成…077
4.4.4死區時間和逆變器非線性的影響…078
4.5永磁同步電機直接轉矩控制…079
4.5.1直接轉矩控制的理論基礎…080
4.5.2直接轉矩控制的實現方式…080
4.5.3考慮磁鏈限制的電壓矢量選擇表…081
習題…083
參考文獻…083
第5章永磁同步電機預測控制
5.1模型預測控制基本原理…084
5.2永磁同步電機預測控制…086
5.2.1采用磁場定向控制的模型預測電流控制…087
5.2.2永磁同步電機無差拍預測電流控制…089
5.3延時補償及參數敏感性分析…090
5.3.1延時補償…090
5.3.2參數敏感性分析…093
5.3.3參數失配改善及擾動抑制方法…094
5.4永磁同步電機無速度傳感器控制…099
5.4.1反電動勢計算法…099
5.4.2電流模型自適應法…100
5.4.3外加信號註入法…102
習題…104
參考文獻…104
第6章永磁同步電機弱磁控制
6.1弱磁原因…105
6.2弱磁控制原理…105
6.2.1電壓極限圓…106
6.2.2電流極限圓…106
6.2.3弱磁控制原理…107
6.2.4 轉矩電流比控制…110
6.2.5 轉矩電壓比控制…112
6.3幾種典型的弱磁控制方式…114
6.3.1前饋開環法弱磁控制…115
6.3.2查表法弱磁控制…115
6.3.3電壓幅值調節法弱磁控制…115
6.3.4梯度下降法弱磁控制…117
6.3.5單電流調節器弱磁控制…121
習題…124
參考文獻…125
第7章永磁同步電機的標定
7.1永磁同步電機參數標定…126
7.1.1永磁同步電機電阻標定…126
7.1.2永磁同步電機電感標定…127
7.1.3永磁同步電機磁鏈標定…128
7.1.4永磁同步電機極對數標定…129
7.1.5永磁同步電機轉動慣量標定…130
7.2永磁同步電機轉子零位標定…131
7.2.1A相定位轉子零位標定方法…131
7.2.2平均值轉子零位標定方法…133
7.3永磁同步電機全域MAP標定…134
7.3.1MTPA曲線標定…134
7.3.2MTPA轉折速度標定…134
7.3.3弱磁區域工作點標定…136
習題…138
參考文獻…138
第8章永磁同步電機仿真建模
8.1參數化建模…140
8.1.1參數化建模定義…140
8.1.2參數化建模優點…141
8.2轉速外環控制…142
8.2.1轉速外環控制組成…142
8.2.2轉速外環控制工作原理…142
8.3電流內環控制…143
8.3.1PI控制器…143
8.3.2DPCC控制器…145
8.3.3dq坐標系到αβ坐標系轉換模塊…147
8.4SVPWM模塊…148
8.5逆變器模塊…150
8.6PMSM模塊…152
習題…153
參考文獻…154
第9章其他驅動電機及控制
9.1永磁無刷直流電機結構與工作原理…155
9.1.1永磁無刷直流電機的結構…155
9.1.2永磁無刷直流電機的工作原理…156
9.2永磁無刷直流電機控制…158
9.2.1永磁無刷直流電機的數學模型…158
9.2.2永磁無刷直流電機的控制策略…160
習題…164
參考文獻…164
1.本書以清晰的邏輯框架、豐富的技術細節與創新的教學方法，構建了車用電機驅動技術的全景圖譜。無論是夯實專業基礎，還是探索技術突破，均是新能源汽車領域不可多得的讀本。 2.本書從電機驅動系統的設計制造、控制策略到仿真建模與標定測試，全面覆蓋永磁同步電機、無刷直流電機等主流技術，結合功率電子變換、預測控制、弱磁控制等前沿方法，助力讀者掌握從理論到應用的完整知識體系。 3.依托北京理工大學科研團隊與行業專家聯合編寫，融入新工科教育理念與成果導向（OBE）模式，通過案例分析、專題討論與實踐結合，培養兼具學科知識、工程能力與創新思維的覆合型人才。 4.本書以MATLAB仿真建模、參數標定、控制算法優化等實踐內容為特色，輔以大量圖表與公式推導，幫助讀者突破電機電磁特性分析、動態模型構建、覆雜工況控制等技術難點，提升解決實際工程問題的能力。另外深入探討了延時補償、參數敏感性分析、無傳感器控制等熱點問題，解析弱磁控制、全域MAP標定等關鍵技術，為提升電動汽車動力性、經濟性與安全性提供系統化解決方案。 5.本書可作為普通高等教育車輛工程、新能源汽車等相關專業的教材，也可供相關專業研究生及工程技術人員參考。