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第1章 绪论1

1.1 什么是仿真1

1.2 模型与仿真1

1.2.1 物理模型和物理仿真2

1.2.2 数学模型和数学仿真2

1.2.3 建模与仿真2

1.2.4 系统辨识与参数估计2

1.3 系统辨识的步骤及方法3

1.3.1 系统辨识步骤3

1.3.2 参数估计的基本方法——最小二乘法3

1.3.3 加权最小二乘法5

1.4 仿真技术的应用5

1.5 计算机仿真技术5

1.5.1 模拟仿真6

1.5.2 数字仿真7

1.5.3 模拟仿真与数字仿真比较13

1.5.4 仿真稳定性与步长选择13

1.6 基本内容和学习方法16

第2章 仿真软件基础17

2.1 MATLAB介绍17

2.1.1 MATLAB的概况17

2.1.2 MATLAB产生的历史背景17

2.1.3 MATLAB的语言特点18

2.1.4 MTALAB的功能19

2.2 MATLAB入门20

2.2.1 MATLAB的安装与启动20

2.2.2 MATLAB的运行环境20

2.3 Simulink环境和模型库21

2.3.1 Simulink环境21

2.3.2 Simulink模型库中的模块23

2.3.3 电力系统模型库29

2.4 MATLAB简单仿真算例演示34

2.5 Ansoft介绍37

2.5.1 Ansoft的概况37

2.5.2 Ansoft各模块的简单介绍37

2.5.3 Ansoft的特点37

2.6 Ansoft入门38

2.6.1 Ansoft的安装与启动38

2.6.2 Ansoft的运行环境39

2.7 Ansoft电机仿真应用40

2.7.1 电机模型的建立40

2.7.2 材料属性与管理42

2.7.3 边界条件和激励源47

2.7.4 网格剖分和求解47

2.7.5 电磁场特性的可视化50

第3章 直流电机系统的仿真53

3.1 直流电机开环系统的仿真53

3.2 转速闭环控制系统的仿真57

3.2.1 带转速负反馈的直流调速系统57

3.2.2 带电流截止负反馈的直流调速系统59

3.3 转速电流双闭环控制系统的仿真60

3.3.1 按直流双闭环系统动态结构图的仿真61

3.3.2 使用Power System模块的直流双闭环系统仿真65

3.4 直流PWM-M可逆调速系统仿真67

3.4.1 H型主电路的仿真67

3.4.2 双极式控制直流PWM-M可逆调速系统仿真70

3.4.3 受限单极式PWM可逆系统仿真72

第4章 异步电机系统的仿真75

4.1 坐标变换理论75

4.1.1 三相静止坐标系和两相静止坐标系的变换75

4.1.2 两相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换75

4.1.3 三相静止轴系到两相同步旋转轴系的变换76

4.2 感应电机性能的数字仿真77

4.2.1 数学模型的建立77

4.2.2 感应电机连接正弦电压工作80

4.2.3 PWM变频器-感应电机系统仿真83

4.3 交流异步电机的磁链观测85

4.3.1 转子磁链计算的电流模型85

4.3.2 转子磁链的电压模型86

4.3.3 转子磁链模型的仿真86

4.4 交流异步电机的矢量控制仿真89

4.4.1 转差频率控制的异步电机矢量控制仿真89

4.4.2 带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制仿真93

4.4.3 无速度传感器的矢量控制仿真96

4.5 异步电机的软起动仿真99

第5章 基于有限元方法的电机系统仿真102

5.1 电机模型建立102

5.1.1 CAD电机仿真模型的绘制102

5.1.2 创建项目103

5.1.3 构建几何模型105

5.1.4 材料定义及分配109

5.1.5 激励源的添加109

5.1.6 加载边界条件111

5.1.7 运动选项设置112

5.1.8 求解选项参数设定114

5.2 空载电磁场分析116

5.2.1 空载场求解116

5.2.2 查看磁力线分布116

5.2.3 查看磁通密度云图分布118

5.2.4 获取气隙磁场波形118

5.3 负载特性分析121

5.3.1 负载运行激励源设定121

5.3.2 编辑外电路122

5.3.3 外电路与有限元连接128

5.3.4 负载仿真结果输出129

第6章 永磁电机系统的仿真134

6.1 永磁同步电机的仿真134

6.1.1 永磁同步电机的数学模型134

6.1.2 基于PWM的永磁同步电机矢量控制系统仿真138

6.1.3 无传感器永磁同步电机直接转矩控制系统仿真139

6.2 永磁无刷直流电机的仿真147

6.2.1 永磁无刷直流电机的数学模型147

6.2.2 永磁无刷直流电机变频调速系统仿真151

6.2.3 无传感器永磁无刷直流电机系统仿真152

第7章 电机系统的精确线性化仿真163

7.1 永磁同步电动机的状态反馈精确线性化控制163

7.1.1 永磁同步电动机精确线性化模型163

7.1.2 永磁同步电机非线性系统精确线性化条件163

7.1.3 坐标变换及转速输出函数164

7.1.4 控制器设计165

7.1.5 模型仿真研究167

7.1.6 小结167

7.2 电机系统渐进输出跟踪控制168

7.2.1 局部渐近稳定性168

7.2.2 渐近输出跟踪171

7.2.3 渐进跟踪参考模型输出174

7.2.4 永磁同步电机的参考模型匹配控制175

7.3 电机系统的非交互式控制181

7.3.1 输入输出解耦不变性181

7.3.2 状态反馈非交互式控制描述182

7.3.3 永磁同步电动机的非交互式控制188

参考文献196