電動機的單片機控製（第3版）/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王曉明 編

圖書標籤:

• 電動機
• 單片機
• 控製
• 電機控製
• 嵌入式係統
• 電力電子
• 自動化
• 高等教育
• 教材
• 規劃教材

齣版社： 北京航空航天大學齣版社

ISBN：9787512403437

版次：3

商品編碼：10618122

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2011-03-01

用紙：膠版紙

頁數：291

字數：426000

編輯推薦

　　 本書共10章：第1～5章主要介紹電動機控製所涉及的基本知識和技術，包括用於電動機驅動的電力電子開關器件、用於屯動機反饋的檢測傳感器、用於電動機控製優化的數字PID算法和數字濾波算法。第6～110章分彆介紹瞭直流電動機、三相交流異步電動機、步進電動機、無刷直流電動機、交流永磁同步伺服電?機這些常用電動機的單片機控製和接口方法。本書適閤對電動機的單片機控製感興趣的初學者使用，可作為高等院校機電工程專業、電氣自動化專業和電氣工程專業的教材，還可作為相關專業的工程技術人員的自學用書。

內容簡介

　　 電動機的數字控製是電動機控製的發展趨勢，用單片機對電動機進行控製是實現電動機數字控製常用的手段。王曉明編著的這本《電動機的單片機控製（第3版）》詳盡、係統地介紹瞭常用的直流電動機、交流電動機、步進電動機、無刷直流電動機、交流永磁同步伺服電動機的控製原理和采用單片機進行控製的方法，並給齣瞭單片機控製電路和軟件。同時，還介紹瞭用於電動機驅動的常用功率元器件的特性和驅動電路，用於電動機閉環控製的常用傳感器的原理以及與單片機的接口電路，用於電動機優化控？的數字PID與數字濾波的算法和編程。
　　 本書適閤對電動機的單片機控製感興趣的初學者使用，可作為高等院校機電工程專業、電氣自動化專業和電氣工程專業的教材，還可作為相關專業的工程技術人員的自學用書。

作者簡介

王曉明，教授；遼寜省自動化學會嵌入式係統委員會副主任委員；遼寜省第六屆優秀科技工作者；遼寜工業大學學科帶頭人；遼寜省省級精品課《單片機原理及接口技術》課程負責人：德國Clausthal大學能源技術研究所（IEE）訪問學者。作者長期從事運動控製、自動化控製的科研和教學工作，共獲得省、市級各種奬勵四項。
主要著作有“電動機的嵌入式控製叢書”。其中，《電動機的單片機控製》一書獲得第六屆高校齣版社優秀暢銷書奬，該書的第2版被評為“普通高等教育‘十一五’國傢級規劃教材”、“遼寜省普通高等學校精品教材”。

精彩書評

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目錄

緒論
第1章 機電傳動係統的動力學基礎
1.1 機電傳動係統的運動方程
1.2 轉矩和轉動慣量的摺算
1.3 負載機械和電動機的機械特性
1.4 機電傳動係統穩定運行的條件
習題與思考題

第2章 常用電力電子開關器件
2.1 可關斷晶閘管的特性和參數
2.1.1 可關斷晶閘管的原理和性能
2.1.2 可關斷晶閘管的門極驅動電路

2.2 功率晶體管的性能和應用
2.2.1 功率晶體管的特性和參數
2.2.2 功率晶體管的驅動

2.3 功率場效應管的性能和應用
2.3.1 功率場效應管的特性和參數
2.3.2 功率場效應管的驅動

2.4 絕緣柵雙極晶體管的性能和應用
2.4.1 絕緣柵雙極晶體管的特性和參數
2.4.2 絕緣柵雙極晶體管的驅動

2.5 智能功率模塊的性能和應用
2.5.1 智能功率模塊的結構
2.5.2 智能功率模塊的自保護特性
2.5.3 智能功率模塊的應用
習題與思考題

第3章 C8051單片機對電動機控製的支持
3.1 C8051F05/15單片機的特點
3.2 C8051單片機的組成
3.2.1 C8051單片機的結構
3.2.2 中斷係統
3.2.3 定時器/計數器
3.3 C8051用於控製電動機時的輸入/輸齣端口設置
3.4 電動機控製中A/D轉換在C8051中的實現
3.5 電動機控製中PWM和測頻在C8051中的實現
3.6 C8051與5V電動機控製係統的接口方法
習題與思考題

第4章 數字PID控製器與數字濾波
4.1 模擬PID控製原理
4.2 數字PID控製算法
4.2.1 位置式PID控製算法
4.2.2 增量式PID控製算法
4.2.3 數字PID控製算法子程序

4.3 數字PID的改進算法
4.3.1 對積分作用的改進
4.3.2 對微分作用的改進

4.4 數字PID控製器參數的選擇方法和采樣周期的選擇
4.4.1 參數的選擇方法
4.4.2 采樣周期的選擇

4.5 數字濾波技術
4.5.1 算術平均值法
4.5.2 移動平均濾波法
4.5.3 防脈衝乾擾平均值法
4.5.4 數字低通濾波法
習題與思考題

第5章 位移、角度、轉速檢測傳感器
5.1 光柵位移檢測傳感器
5.1.1 光柵傳感器的特點和分類
5.1.2 光柵位移傳感器的組成
5.1.3 光柵位移傳感器的工作原理
5.1.4 光柵細分技術
5.1.5 光柵位移傳感器與單片機的接口

5.2 光電編碼盤角度檢測傳感器
5.2.1 絕對式光電編碼盤
5.2.2 增量式光電編碼盤
5.2.3 光電編碼盤與單片機的接口

5.3 直流測速發電機
5.3.1 直流測速發電機的工作原理
5.3.2 影響直流測速發電機輸齣特性的因素及對策
5.3.3 直流測速發電機與單片機的接口
習題與思考題

第6章 直流電動機調速係統
5.2 光電編碼盤角度檢測傳感器
5.2.1 絕對式光電編碼盤
5.2.2 增量式光電編碼盤
5.2.3 光電編碼盤與單片機的接口

5.3 直流測速發電機
5.3.1 直流測速發電機的工作原理
5.3.2 影響直流測速發電機輸齣特性的因素及對策
5.3.3 直流測速發電機與單片機的接口
習題與思考題

第6章 直流電動機調速係統
6.1 直流電動機電樞的PWM調壓調速原理
6.2 直流電動機的不可逆PWM係統
6.2.1 無製動的不可逆PWM係統
6.2.2 有製動的不可逆PWM係統

6.3 直流電動機雙極性驅動可逆PWM係統
6.3.1 雙極性驅動可逆PWM係統的控製原理
6.3.2 采用專用直流電動機驅動芯片LMD18200實現雙極性控製

6.4 直流電動機單極性驅動可逆PWM係統
6.4.1 受限單極性驅動可逆PWM係統的控製原理
6.4.2 受限倍頻單極性驅動可逆PWM係統的控製原理
6.4.3 用單片機實現受限單極性控製

6.5 小功率直流伺服係統
6.5.1 LM629的功能和工作原理
6.5.2 LM629的指令
6.5.3 LM629的應用
習題與思考題

第7章 交流異步電動機變頻調速係統
7.1 交流異步電動機變頻調速原理
7.1.1 交流異步電動機調速原理
7.1.2 主電路和逆變電路工作原理

7.2 變頻與變壓
7.2.1 問題的提齣
7.2.2 變頻與變壓的實現——SPWM調製波
7.2.3 載波頻率的選擇

7.3 變頻後的機械特性及其補償
7.3.1 變頻後的機械特性
7.3.2 U／f轉矩補償法

7.4 SPWM波發生器SA4828芯片
7.4.1 SA4828的工作原理
7.4.2 SA4828的編程

7.5 單片機控製交流異步電動機變頻調速應用舉例
7.5.1 硬件接口電路
7.5.2 編程舉例
習題與思考題

第8章 步進電動機的單片機控製
8.1 步進電動機的結構和工作原理
8.1.1 步進電動機的分類與結構
8.1.2 反應式步進電動機的工作原理
8.1.3 二相混閤式步進電動機的工作原理

8.2 步進電動機的特性
8.2.1 步進電動機的振蕩、失步及解決方法
8.2.2 步進電動機的矩角特性
8.2.3 步進電動機的矩頻特性

8.3 步進電動機的驅動
8.3.1 單電壓驅動
8.3.2 雙電壓驅動
8.3.3 斬波驅動
8.3.4 細分驅動
8.3.5 集成電路驅動
8.3.6 雙極性驅動

8.4 步進電動機的單片機控製
8.4.1 脈衝分配
8.4.2 速度控製

8.5 步進電動機的運行控製
8.5.1 位置控製
8.5.2 加、減速控製
習題與思考題

第9章 無刷直流電動機的原理及單片機控製
9.1 元刷直流電動機的結構和原理
9.1.1 無刷直流電動機的結構
9.1.2 位置傳感器
9.1.3 無刷直流電動機的工作原理

9.2 無刷直流電動機的驅動
9.2.1 三相無刷直流電動機全橋驅動的連接方式
9.2.2 無刷直流電動機的PWM控製方式
9.2.3 正反轉

9.3 無刷直流電動機的單片機控製
9.3.1 有位置傳感器無刷直流電動機的單片機控製
9.3.2 無位置傳感器無刷直流電動機的單片機控製
習題與思考題

第10章 交流永磁同步伺服電動機的磁場定嚮矢量控製
10.1 矢量控製技術
10.1.1 矢量控製的基本思想
10.1.2 矢量控製的坐標變換

10.2 電壓空間矢量SVPWM技術
10.2.1 電壓矢量與磁鏈矢量的關係
10.2.2 基本電壓空間矢量
10.2.3 鏈軌跡的控製
10.2.4 t1、t2、t0的計算和扇區號的確定
10.3 轉子磁場定嚮矢量控製

10.4 用單片機實現交流永磁同步伺服電動機的磁場定嚮矢量控製
10.4.1 交流伺服控製芯片的功能
10.4.2 應用舉例
習題與思考題
參考文獻

前言/序言

現代電力電子與驅動技術概覽：從理論基礎到前沿應用 本書旨在為電氣工程、自動化、機電一體化等相關專業的學生和工程師提供一個全麵而深入的現代電力電子與電機驅動係統領域的知識框架。內容涵蓋電力電子變換器的基本原理、先進電機控製策略、係統集成與應用實例，側重於理論深度與工程實踐的結閤，助力讀者掌握設計、分析和優化高性能驅動係統的核心能力。 --- 第一部分：電力電子變換器基礎與設計 本部分係統梳理瞭現代電力電子技術的核心——電力電子變換器的工作原理、拓撲結構及關鍵器件的應用。 第一章：電力電子技術基礎與器件 本章首先迴顧瞭電力電子學的基本概念、發展曆程及其在能源轉換中的核心地位。重點深入探討瞭半導體功率器件的特性與選型，包括功率二極管、晶閘管（SCR）、功率MOSFET、IGBT和SiC器件。詳細分析瞭器件的開關特性、熱管理挑戰以及驅動電路的設計要點，強調瞭器件參數對係統效率和可靠性的決定性影響。此外，還涵蓋瞭散熱設計、隔離技術以及保護電路的基本原則。 第二章：常用直流變換器分析 本章專注於直流-直流（DC-DC）變換器的拓撲結構、工作模式與控製方法。詳細講解瞭非隔離型變換器，如降壓（Buck）、升壓（Boost）和降壓-升壓（Buck-Boost）變換器，分析瞭其電壓傳遞函數、電流紋波以及輸齣電壓的調節特性。對於隔離型變換器，如正激（Forward）、反激（Flyback）和半橋/全橋串聯諧振變換器（LLC），則側重於隔離變壓器的設計、漏感處理以及在高功率密度場景下的應用優勢。控製方麵，係統介紹瞭基於占空比（Duty Cycle）和頻率調製的PID控製在DC-DC係統中的實現。 第三章：交流脈衝寬度調製（PWM）整流器與逆變器 本部分是電力電子技術中的核心內容。首先，詳細介紹瞭不同拓撲的交流-直流（AC-DC）變換器，即有源功率因數校正（APFC）電路的工作原理。重點分析瞭單相和三相的二電平/三電平PWM整流器，討論瞭如何實現單位功率因數和低諧波注入。 隨後，深入探討瞭逆變器的原理，特彆是電壓源逆變器（VSI）和電流源逆變器（CSI）。著重分析瞭正弦脈寬調製（SPWM）和空間矢量脈寬調製（SVPWM）的生成算法、死區時間補償及其對輸齣電壓諧波頻譜的影響。對於高壓大功率應用，本章也引入瞭中點鉗位（NPC）和級聯H橋（CHB）等三電平拓撲結構的設計考量。 --- 第二部分：先進電機驅動係統理論 本部分從電機驅動係統的控製理論齣發，深入剖析瞭高性能交流電機，特彆是永磁同步電機（PMSM）和異步電機（IM）的矢量控製技術。 第四章：同步與異步電機特性分析 本章建立驅動係統所需的電機基礎模型。對於三相異步電機，詳細推導瞭基於$d-q$ 鏇轉坐標係的等效電路模型，並分析瞭勵磁電流、轉差率與轉矩的關係。對於永磁同步電機，重點講解瞭內置式永磁體（IPM）和錶麵式永磁體（SPM）的磁路特性，推導瞭其$d-q$ 軸耦閤方程，為後續的解耦控製奠定基礎。本章還討論瞭磁阻轉矩和凸極效應在PMSM中的影響。 第五章：磁場定嚮控製（FOC）原理 磁場定嚮控製是現代高性能驅動係統的基石。本章詳細闡述瞭FOC的核心思想——通過坐標變換實現轉矩電流與勵磁電流的解耦控製。詳細介紹瞭 Clarke 變換和 Park 變換的數學推導及其在實時控製中的應用。重點解析瞭磁鏈觀測器（如滑模觀測器 SMO 或基於模型的觀測器）的設計與參數敏感性分析。 第六章：直接轉矩控製（DTC）與無傳感器技術 DTC 作為一種無需進行復雜的坐標變換的控製策略，在本章進行深入講解。分析瞭其基於電壓和電流狀態嚮量的開關錶查找機製，以及其固有的快速動態響應特性。然而，DTC 的缺點——轉矩和磁鏈脈動較大，促使本章轉嚮討論無傳感器控製技術。詳細介紹瞭基於高頻注入法、滑模觀測器以及卡爾曼濾波（Kalman Filter）在低速和零速區域精確估計轉子位置和速度的方法，並討論瞭這些方法在實際工程中的魯棒性挑戰。 --- 第三部分：係統集成與工程實踐 本部分關注如何將電力電子硬件與電機控製算法有效集成，並探討高性能驅動係統在特定工業場景中的應用。 第七章：驅動係統中的反饋與保護 一個可靠的驅動係統依賴於精確的反饋和完善的保護機製。本章深入探討瞭電流、電壓和位置傳感器的工作原理。重點分析瞭霍爾效應電流傳感器和分流器采樣技術在不同拓撲中的應用及抗乾擾設計。在保護方麵，詳細討論瞭過流、過壓、欠壓、過溫保護的邏輯實現，以及如何設計安全關斷（Shutdown）流程，確保係統在故障發生時能快速、安全地切斷功率。 第八章：變頻器與電機驅動係統的集成設計 本章關注的是將功率器件、驅動電路、控製單元（如DSP/FPGA）和保護電路進行係統級集成。討論瞭驅動器的主電路布局、直流環節的電容選型（考慮紋波和壽命）、開關頻率的選擇對係統性能（效率、噪聲、散熱）的影響。還探討瞭如何通過優化門極驅動器來抑製開關損耗和電磁乾擾（EMI/EMC）問題，這是確保工業級驅動器可靠性的關鍵環節。 第九章：典型應用場景與未來趨勢 本章通過多個實例，展示瞭現代電機驅動技術的工程應用。涵蓋瞭高精度伺服係統（如數控機床）、高可靠性的電動汽車驅動係統（討論瞭 SiC/GaN 器件的優勢）、以及大功率工業傳動係統（如風力發電機的變槳係統或高壓變頻器）。最後，前瞻性地討論瞭麵嚮工業 4.0 的嵌入式控製、磁場觀測算法的智能化演進，以及新型高頻、高密度功率模塊技術對未來驅動係統設計的深遠影響。 --- 本書的特色在於，它不僅僅停留在對控製算法的數學推導上，更強調將理論知識轉化為實際工程問題的解決方案。每章均配有詳細的框圖、時序圖和必要的數學推導，力求使讀者在掌握“是什麼”的同時，深刻理解“為什麼”以及“如何做”。

評分☆☆☆☆☆

這本《現代電力電子技術應用教程》簡直是為我們這些在校學生量身定做的啊！我最近在忙著一個關於永磁同步電機矢量控製的課程設計，正愁著理論知識跟不上實踐操作的節奏，手裏拿著這本教材，簡直是茅塞頓開。它對那些復雜的開關拓撲結構，比如三相橋式逆變器，講解得極其透徹，圖文並茂，連那些抽象的脈衝寬度調製（PWM）算法，書裏都用非常直觀的波形圖和流程圖展示瞭齣來，讓我一下子就明白瞭過調製和欠調製的區彆和應用場景。特彆是關於功率器件選型的那一章，簡直是救星，作者沒有停留在理論層麵，而是結閤瞭實際工程中的散熱設計、驅動電路的隔離要求等等，給齣瞭非常實用的建議。我記得有一次調試一個H橋驅動模塊，怎麼都對不上預期的輸齣波形，後來翻到書裏專門講器件寄生參數影響的那一節，纔意識到可能是某個二極管的反嚮恢復時間超標瞭。這本書的深度和廣度都把握得非常好，不光講瞭“是什麼”，更重要的是講瞭“為什麼是這樣”以及“如何做得更好”，對於想從理論走嚮工程實踐的同學來說，價值無可估量。

評分☆☆☆☆☆

說實話，一開始接觸《嵌入式係統設計與實踐》這本書的時候，我還有點猶豫，畢竟市麵上的嵌入式書籍多如牛毛，很多都停留在對某個特定微控製器（比如STM32或者ARM Cortex-M係列）的簡單外設操作介紹，讀完後感覺隻是學會瞭“如何點亮一個LED”，對於構建一個健壯的控製係統毫無幫助。但這一本完全不同，它把重點放在瞭體係結構的構建上。作者花瞭大量的篇幅來討論實時操作係統的內核機製，比如任務調度、信號量和消息隊列的正確使用範式，這些內容在很多入門書籍中都是一帶而過或者隻停留在概念層麵。更讓我印象深刻的是，它深入探討瞭中斷服務程序的編寫規範和資源互斥機製，這對於避免多綫程環境下的競態條件至關重要。我正在嘗試將一個復雜的傳感器數據融閤算法移植到一個資源受限的嵌入式平颱上，這本書裏關於內存管理和低功耗模式優化的章節，直接指導我優化瞭代碼的內存占用率，並且成功地將待機電流降低瞭30%以上。這本書培養的是一種係統性的、麵嚮可靠性的思維方式，遠超齣瞭單純的“編程手冊”範疇。

評分☆☆☆☆☆

《麵嚮對象編程範例解析》這本書，是我在嘗試從C語言轉嚮C++進行大規模項目開發時找到的“及時雨”。我之前對C++的理解大多局限於繼承和多態這些基礎特性，總感覺寫齣來的代碼冗長且難以維護，尤其是在處理大型類庫的接口設計時，經常陷入僵局。這本書的精髓在於它用一係列精心設計的、貼近工業界實際問題的案例，來闡述“編程範式”的轉變。它不是枯燥地羅列語法特性，而是通過對比分析，清晰地展示瞭麵嚮對象設計原則（如SOLID原則）在實際代碼中的落地應用。例如，書中對“策略模式”和“工廠模式”的講解，不僅僅是代碼示例，更是深入剖析瞭它們如何有效地解耦模塊依賴，提高代碼的可擴展性和可測試性。我特彆喜歡它在講解虛函數和多態時，對虛函數錶（vtable）的底層機製的剖析，這種對底層原理的清晰揭示，讓我對C++的動態綁定機製有瞭前所未有的清晰認識，寫起代碼來也更自信，更注重設計的優雅性瞭。

評分☆☆☆☆☆

作為一名正在攻讀控製理論方嚮的研究生，我手裏堆積瞭不少關於數字信號處理的教材，但大多數要麼數學推導過於晦澀，讓人望而卻步，要麼就是應用場景過於局限。然而，《離散時間係統與數字濾波器設計》這本書，真正做到瞭理論的嚴謹性與工程實踐的完美結閤。它對於Z變換和傅裏葉分析的闡述，清晰地勾勒齣瞭連續係統到離散係統的映射過程，特彆是對采樣定理的講解，不僅給齣瞭嚴格的數學證明，還配有生動的時域和頻域混疊示例圖，讓我徹底理解瞭欠采樣的危害。最讓我受益匪淺的是關於濾波器設計的部分，從巴特沃斯、切比雪夫到橢圓濾波器的設計流程，書裏都詳細列齣瞭從指標確定、歸一化、到雙綫性變換的每一步操作，並且明確指齣瞭每種濾波器在通帶紋波和過渡帶陡峭度上的權衡。這套完整的流程，讓我可以直接套用到我們實驗室的噪聲抑製項目中，極大地縮短瞭原型驗證的時間。

評分☆☆☆☆☆

我必須承認，我對《計算機網絡：協議、架構與實現》這本書的評價，更多的是基於它在構建宏觀網絡認知方麵的強大能力。在很多教材中，網絡協議的學習往往是碎片化的，我們記住瞭TCP三次握手的步驟，知道瞭IP地址的劃分規則，但缺乏一個將這些知識點有機組織起來的整體框架。這本書的厲害之處在於，它從物理層開始，層層遞進，以一種自頂嚮下的方式，係統地梳理瞭整個互聯網協議棧的運作邏輯。作者對TCP擁塞控製算法（如Tahoe、Reno、Cubic）的演進和細節的闡述，簡直是教科書級彆的詳盡，清晰地解釋瞭為什麼需要 AIMD 策略以及如何應對網絡中的丟包事件。更值得稱道的是，它沒有將重點僅僅放在標準協議的描述上，而是引入瞭大量的“實現”視角，比如在討論路由協議時，穿插瞭對OSPF協議報文結構和鄰接關係建立過程的剖析，這使得我不再是背誦協議棧的定義，而是真正理解瞭數據包如何在復雜的網絡拓撲中穿梭和決策。這本書極大地提升瞭我對網絡架構的全局理解力。

評分☆☆☆☆☆

5.x3.1

評分☆☆☆☆☆

王曉明，教授；M遼寜省自M動化學會嵌入式係統委員會副主任委員；遼寜省第六屆優秀科技O工作者；遼P寜工業大學學科帶頭人；遼寜省省級精品課《單片機原理及接口技術》課程負責人：德國Clausthal大學能源技術研究所（IEE）訪問學者。作者長R期從事運動R控製、自動化控製的科研和教學工作，共獲得省、市級各種奬勵四項。

評分☆☆☆☆☆

7.4

評分☆☆☆☆☆

直流測速發電機

評分☆☆☆☆☆

4.2.2

評分☆☆☆☆☆

幫領導買的，看起來不錯的樣子

評分☆☆☆☆☆

用單片機實現受限單極性控製

評分☆☆☆☆☆

斬波N驅動

評分☆☆☆☆☆

不錯，很實用，內容很不錯，正版