前 言

          8年前,我的那本《( Control Theory of Electric Machinery(电机控制理论)》在韩国出版。在过去的8年间,这本书在韩国的销量已经超过了2500多本,其中一些作为部分韩国大学里的研究生课程教材,但是大多数是用来作为工业界的参考书。在出版了这本书以后,我收到了许多关于把这本书翻译成英文的鼓励和请求。但是我紧张的课程使我不得不一再推迟这些翻译工作。然而4年前,一些留学生和访问学者加入到了我的研究生课程中,他们需要一些学习资料,因此我把它翻译成了英文。辛勤工作了两年后,英文版的手稿得以出版。在翻译的过程中,书中的内容有所校正和更新。我希望对于这个领域中的学生和工程师们,本书能成为他们手中一本很好的参考书。

        现代技术,也就是今天所谓的信息技术,是以能源的稳定供应为前提的,尤其是最为广泛使用的电能。现代社会中的一些人认为只要我们需要,电能就可以源源不断地产出。然而,由于清洁的水和空气正在变得稀有,能供给我们的电能已经成为一种非常有限的资源。随着现代社会的发展,需要越来越多的电能。但是批量生产、输送和电能的低污染利用已经成为了一个非常困难的问题。电能要经历从生产,输送到最终使用等一系列环节。机械能的产生需要一些像石油、天然气、原子能和氢能等原始能源通过机电能量转换装置得到。更精确地说,各种能源变换为机械能后,再通过一个发电机将其转化为电能,电能的电压和频率根据适当的目的来进行控制。在发达国家,超过60%的电能再次转化为机械能供以后使用。因此,在电能的整个生产和消费过程中,工程上最为关键的领域是电压、电流、频率的有效控制和电机的恰当控制。在过去的30年里,我的学术兴趣是电机控制并且一直投身于该领域的研究与开发。本书用于和我的同行们共同分享这些经历。

          即便一些小的研究成果也不是一个人取得的,我把本书归功于其他人的共同努力。首先,我需要提到的是我在首尔国立大学读硕士和博士时的指导老师-Minho Park教授,是他打开了我通往电力电子和电机控制领域的大门。其次,是我最为尊敬的教授,同时也是我的岳父, Jongsoo Won。他教授了我电机的相关课程我也从他那里得到了很多该领域内的非常好的日常参考书。最后,我要感谢Thom-as Lipo教授,是他接收我作为麦迪逊市威斯康星大学的一名访问学者。在威斯康星大学的两年里,我对电机控制的理解和学习以非常快的速度在提升。我也非常感激在威斯康星大学的同志和同事们,以及首尔大学的一些教授和学生们,还有我访问过的一些学校。正是由于与这些人的交流探讨,オ会有今天这本书。通过交谈和讨论,我现在能够更加深刻地理解电机控制中的一些问题和解决方案。还有,要是没有我以前硕士生和博士生的辛勤工作,也就不会有这本书。他们宝贵的时间和付出都凝结在了这本书中,本书也总结和整理了我们在过去20年中的科研成果。值得一提的是,很多博士和硕士论文就是这本书的基础。第1、4、5、6和7章中的习题和附录A来源于我和工业界大量合作的研究成果,为此我要感谢这些公司和人员。

        本书将以下面的顺序展开:第1章论述了电气传动系统的特点和相关技术的发展趋势,并且第1章解释了一些贯穿全书的电机基础知识,也有对典型电机驱动负载特性的描述。在许多章节末尾的问题中,有一些我设计和测试过的电机系统实例。在解决这些问题的同时,也可以了解一些实际工业中的知识。

        在第2章中,探讨了电机的基本结构和运行原理,包括把电能转化为机械能的电动机和把机械能转化为电能的发电机。通过引入了一些电机的稳态等效电路来理解电机的稳态特性和稳态控制。也就是说,这里讨论的是一些从电动机角度来看的电机控制特性。另外,也将对基于功率半导体器件的功率变换器进行电路等效模型的建模。在第3章中,介绍了使用参考坐标理论进行交流电机中物理变量的变换。通过把时变微分方程变为时不变微分方程,使得交流电机的理解和分析变得容易。三相系统中a、b、c三相的电压、电流和磁通等电量可以转换为dq-n正交坐标下的变量,这里坐标轴之间的磁耦合为零。这样一来,在三相平衡运行时,三相系统可以仅通过d-q坐标下的参数容易地表达出来。彼此相互正交的dq轴参数可以通过一个复数容易地表示出来,并且复数的实部代表d轴参数,虚部代表q轴参数。从a、b、c三相到直角坐标下的变换可以通过复矢量代数来实现。本书中将会用到复矢量的概念。第4章中将论述电机和功率变换器的一些控制算法,因此本章是本书的精华。首先,将介绍有源阻尼的概念,它是一种状态反馈控制。接下来将描述在反馈方式中如何调节电流环、速度环和位置环。为了去调节这些物理量,会介绍用于变量测量的传感器,如电流传感器、位置/速度传感器。如果变量是不可测量的,那么为了调节电机的速度就会涉及状态观测器的相关知识。此外,还会介绍些提高电机控制性能的技巧。最后,会介绍检测交流电源相角的算法和控制功率变换器直流电压的算法。本章最后的大多数问题是来源于工业合作,解答这些问题会极大地提高对本章内容的理解和掌握