前言

交流电动机变频调速控制技术是近代世界范围内的重大技术进步之一，广泛应用于交流电动机的速度控制。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节能效果，广泛的适用范围及其他许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

为提高变频调速系统的性能，针对交流电动机的数学模型具有高阶、多变量、强耦合、非线性、参数时变的特点，20世纪70年代西门子公司的工程师F.Blachke首先提出交流异步电动机矢量控制理论，用来解决电动机的转矩控制问题，其基本思想是通过矢量坐标变换将一台异步电动机等效为直流电动机进行控制，从而获得与直流调速系统相媲美的静、动性能。目前，矢量控制技术已用在SIEMENS、ABB、AB、GE、FUJI等国际化大公司及国内一些电气设备公司制造的变频器中，使交流调速系统的动态性能与直流调速相媲美。但在运行中常出现控制性能不稳定现象，其原因有二：

一是没有针对交流电动机模型的复杂性采用相应有效的控制理论与控制方法，通常是在高度假设的条件下，按照经典控制理论设计控制器。

二是矢量控制系统对电动机的参数依赖性很大，检测误差及参数时变等因素会造成磁场定向坐标的偏差，从而导致解耦控制失效。因此，转矩的实际控制效果难以达到理论分析的结果，使调速系统的控制精度降低、动态性能变差，不能很好地满足现代化生产的需要。

继矢量控制方法之后，发展起来的是直接转矩控制。直接转矩控制的本质是在电动机定子坐标系中，采用空间矢量的分析方法，直接计算和控制电动机的电磁转矩，采用“砰-砰”控制。虽然直接转矩控制器简单，但增加了较大的脉动转矩分量；没有电流环，不能做电流保护，实际系统中需要加限流措施；对定子参数依赖大。

为了进一步提高交流电动机的控制性能，国内外学者开始将非线性控制理论应用到交流电动机控制系统中，取得了一定的进展。为推动交流电动机非线性控制的研究，开发高性能交流电动机控制系统，本书作者结合国内外学者将非线性控制理论在交流电动机中的应用成果，系统地论述了交流电动机的动态数学模型、各种非线性控制理论及其在交流电动机控制中的应用。

本书分为7章。第1章介绍了交流电动机非线性控制的现状及趋势；第2章论述了交流电动机在各种坐标系中的数学模型及空间矢量模型；第3章首先讨论系统反馈线性化设计方法，随后论述了反馈线性化设计方法在交流电动机中的应用；第4章首先讨论Backstepping设计方法，随后论述了Backstepping设计方法在交流电动机控制中的应用；第5章简介了逆系统方法，论述了基于逆系统方法的交流电动机控制策略；第6章介绍了无源控制理论、交流异步电动机无源控制数学模型，论述了交流异步电动机及交流永磁同步电动机无源控制策略；第7章介绍了自抗扰控制方法，论述了自抗扰控制技术在交流异步电动机及交流永磁同步电动机中的应用。

此书由北京科技大学李华德教授担任主审。清华大学黄立培教授、北京交通大学郑琼林教授对此书的编写提出许多有益的建议，使本书内容选取和编写更加合理，保证了此书的质量和科学性。本书的出版得到了北京市教育委员会科技发展重点项目/北京市自然科学基金重点项目（B类）（KZ200710772015）及北京高等教育教学名师项目的资助。

此书除选用自己的一些研究成果外，还选用了国内外学者对交流电动机非线性控制研究成果，在此表示衷心的感谢。

由于本人的写作能力和学术水平有限，书中难免存有不妥之处，敬请读者给予批评指正。

作者

2009年7月