• 將特種電機及其驅動控制系統作為一個整體來講解，以適應其機電一體化和智能化的發展趨勢。

• 突出夯實基礎、拓寬視野的特點，以適應新時期高水平研究型大學的教學要求。

• 融入啟發式教學和研究型學習的教學思想，培養學生分析問題和解決問題的能力。

微電子技術、電子計算機技術、電力電子技術和材料科學的飛速發展推動了特種電機的發展。電機技術所依托的理論和技術基礎已遠不限于電磁理論，還包括控制理論、系統理論、計算機技術、信號處理技術、電力電子技術和材料科學等，形成了各學科互相滲透、互相交叉甚至互相融合的現象�？梢哉f，現代特種電機技術是集電機技術、材料科學、計算機技術、現代控制理論、微電子技術和電力電子技術等現代科學技術的進步于一體的新技術。

在編寫《特種電機及其控制（第二版）》一書時，作者嘗試將特種電機本體及其驅動控制系統作為一個整體來講解，以適應其機電一體化和智能化的發展趨勢；突出夯實基礎、拓寬視野的特點，以適應新時期高水平研究型大學的教學要求；將啟發式教學和探究型學習的教學思想融入教材中，采用提出問題、分析問題、解決問題的寫作方式，希望學生能夠從中領會各類知識的綜合應用技巧，培養分析問題和解決問題的能力。

本書主要介紹了無刷直流電動機、開關磁阻電動機、步進電動機和超聲波電機這些新型的機電一體化電機的原理、分析、設計與控制，并介紹了直線電機和盤式電機的原理及其結構特殊性。為了便于教學，在保持全書系統性和完整性的基礎上，各章自成體系，各院校可以根據具體需要，有重點地選擇其中一種或幾種電機組織教學。

針對大部分學生對控制系統設計無從下手的現象，本書通過剖析電機控制系統開發實例，引導學生掌握電機控制系統的設計方法。從電機控制系統的設計原則和系統構成方法講起，通過對基于單片機的無刷直流電動機控制系統、基于DSP的開關磁阻電機控制系統和基于單片機的步進電動機控制系統三個實例的分析，采用自上而下、由內到外、逐步細化的設計方法和實現過程，最后給出完整的軟、硬件設計實例。給出的實例全部是作者多年從事相關研究的成果，學生不僅可以通過實例學習掌握電機控制系統的設計方法，還可以將其直接應用于工程實踐。

本書由大連理工大學孫建忠教授和白鳳仙副教授共同編寫。綜合了作者多年從事特種電機及其控制相關研究的成果，特別是本書第2章吸收了作者主持的自然科學基金項目“新型轉子無齒槽開關磁阻電機伺服系統的研究”（項目編號：50977005）的部分成果。作者歷年指導的研究生宋偉官、邵長久、盛瑞明、熊慧文、鄒喜、韓笑、施飛、張淑興、王瑩、許偉、劉博強、羅亞琴、李默竹、婁偉、劉杰、魯浩、何月飛、張凱等人在讀期間均為本書做出了貢獻。本書第一版出版后，許多讀者來信、來電探討特種電機的相關問題，并對本書提出了許多有益的建議，在此對熱心的讀者深表感謝。本書在編寫中參考了國內外有關的研究成果和文獻，對這些文獻的作者也一并致謝。

由于作者學識有限，書中難免存在失誤或不當之處，懇請廣大讀者批評指教。

編 者

2013年4月

再版前言

緒論 1
1 特種電機的定義與類型 1
2 特種電機的應用 2
3 特種電機的發展方向 3
4 本課程的內容簡介和使用說明 5
參考文獻 5
第1章 無刷直流電動機及其控制系統 6
學習指導 6
1.1 無刷直流電動機系統 6
1.1.1 無刷直流電動機的組成 6
1.1.2 無刷直流電動機的基本工作原理 10
1.1.3 無刷直流電動機與永磁同步電動機 12
1.1.4 無刷直流電動機的特點 14
1.1.5 無刷直流電動機的發展概況 15
1.1.6 無刷直流電動機的應用與研究動向 15
1.2 電機本體的基本問題 16
1.2.1 永磁材料特性與轉子結構 16
1.2.2 定子繞組 23
1.3 三相無刷直流電動機的主電路及其
工作方式 26
1.3.1 星形連接三相半橋主電路 27
1.3.2 星形連接三相橋式主電路 28
1.3.3 角形連接三相橋式主電路 30
1.4 無刷直流電動機的電樞反應 32
1.5 無刷直流電動機的分析 33
1.5.1 無刷直流電動機的數學模型 33
1.5.2 無刷直流電動機的反電動勢 35
1.5.3 無刷直流電動機穩態性能的
動態模擬 35
1.5.4 無刷直流電動機穩態性能的
簡化分析 37
1.6 無刷直流電動機的運行特性 38
1.6.1 機械特性 38
1.6.2 調節特性 39
1.6.3 工作特性 39
1.7 無刷直流電動機的轉矩脈動 39
1.7.1 轉矩脈動的定義及引起轉矩脈動
的原因 39
1.7.2 換相與轉矩脈動 41
1.8 無刷直流電動機轉子位置信號的檢測 45
1.8.1 轉子位置傳感器 45
1.8.2 常用的無位置傳感器位置檢測方法 48
1.8.3 利用反電動勢檢測轉子位置 50
1.9 無刷直流電動機的控制原理及其實現 53
1.9.1 無刷直流電動機控制系統原理 53
1.9.2 PWM調制方式 55
1.9.3 正反轉運行控制 61
1.9.4 控制系統的實現 64
1.10 無刷直流電動機控制專用集成電路
及其應用 67
1.10.1 無刷直流電動機專用集成電路 67
1.10.2 無刷直流電動機控制器MC33033
的應用 69
1.10.3 無位置傳感器無刷直流電動機
控制器ML4428的應用 72
1.11 無刷直流電動機的單片機控制 76
1.11.1 電機控制用微控制器的選擇 76
1.11.2 基于AVR單片機的電動車用無刷
直流電動機控制系統 77
1.11.3 基于AVR單片機的電動車用無刷
直流電動機控制軟件設計 81
1.11.4 基于AVR單片機的電動車用無刷
直流電動機控制例程 88
1.12 基于DSP的無刷直流電動機無位置
傳感器控制 97
1.12.1 TMS320LF2407的事件管理器簡介 98
1.12.2 反電動勢過零點檢測 99
1.12.3 無位置傳感器控制中無刷直流
電動電機的起動 103
1.12.4 IR2130驅動器及其與DSP和
逆變器的接口 104
1.12.5 電流信號的檢測 105
1.12.6 故障處理與保護電路 107
1.12.7 控制方法與軟件 109
本章小結 110
練習與思考 110
技能擴展 110
參考文獻 111
第2章 開關磁阻電機及其控制系統 113
學習指導 113
2.1 開關磁阻電動機傳動系統 113
2.1.1 開關磁阻電動機傳動系統的組成 113
2.1.2 開關磁阻電動機的工作原理 114
2.1.3 開關磁阻電動機的相數與結構 116
2.1.4 開關磁阻電動機傳動系統的特點 119
2.1.5 開關磁阻電動機的發展概況 120
2.1.6 開關磁阻電機的應用與研究動向 121
2.2 開關磁阻電機的基本方程與性能分析 124
2.2.1 SR電機的基本方程 124
2.2.2 基于理想線性模型的SR電動機
分析 126
2.2.3 考慮磁路飽和時SR電動機的分析 130
2.3 開關磁阻電動機的控制原理 132
2.3.1 SR電動機的運行特性 132
2.3.2 SR電動機的基本控制方式 133
2.3.3 SR電動機的起動運行 136
2.3.4 SR電動機的四象限運行控制 137
2.4 開關磁阻電動機的功率變換器 138
2.4.1 功率變換器常見的主電路形式 139
2.4.2 功率開關器件和續流二極管
的選用 142
2.4.3 SR電動機的功率變換器設計實例 143
2.5 開關磁阻電動機傳動系統的信號檢測 147
2.5.1 位置信號檢測 147
2.5.2 速度檢測 152
2.5.3 電流檢測 155
2.6 基于TMS320LF2407 DSP的開關磁阻
電動機控制器 158
2.6.1 基于TMS320LF2407 DSP的
SRD控制器硬件 158
2.6.2 基于TMS320LF2407 DSP的
SRD控制策略及其實現 165
2.7 基于TMS320LF2407 DSP的開關磁阻
電動機控制軟件 167
2.7.1 控制系統程序設計結構 167
2.7.2 軟件抗干擾措施 170
2.7.3 SRD控制軟件C語言例程 171
2.8 開關磁阻電機的電磁設計 198
2.8.1 電磁負荷與主要尺寸的關系 198
2.8.2 主要尺寸的確定 200
2.8.3 平均轉矩計算 202
2.8.4 繞組連接 203
2.8.5 算例 204
2.9 開關磁阻發電機 209
2.9.1 開關磁阻發電機系統的組成 209
2.9.2 開關磁阻發電機的工作原理 211
2.9.3 開關磁阻發電機的能量傳遞 212
2.9.4 開關磁阻發電機的控制策略 213
本章小結 214
練習與思考 216
技能擴展 216
參考文獻 216
第3章 步進電動機及其控制 219
學習指導 219
3.1 步進電動機的結構與工作原理 219
3.1.1 步進電動機的工作原理 219
3.1.2 反應式步進電動機 221
3.1.3 永磁式和混合式步進電動機 223
3.1.4 步進電動機的特點 225
3.2 反應式步進電動機的特性 225
3.2.1 步進電動機的靜態特性 225
3.2.2 步進電動機的單步運行 228
3.2.3 步進電動機的連續運行和
動態特性 229
3.3 步進電動機驅動控制器的構成 233
3.4 步進電動機的功率驅動電路 234
3.4.1 單極性驅動電路 234
3.4.2 雙極性驅動電路 237
3.5 步進電動機的角度細分控制 240
3.5.1 角度細分控制原理 240
3.5.2 角度細分控制的電路實現 241
3.5.3 細分控制專用集成電路 243
3.6 步進電動機的單片機控制 244
3.6.1 脈沖分配 244
3.6.2 步進電動機的速度控制 248
3.6.3 步進電動機的加減速與
定位控制 248
3.7 基于AVR單片機的兩相混合式步進
電動機控制實例 250
3.7.1 控制系統硬件 250
3.7.2 控制軟件例程 253
本章小結 261
練習與思考 261
參考文獻 262
第4章 直線電動機 263
學習指導 263
4.1 直線電動機概述 263
4.1.1 直線電動機的原理與分類 263
4.1.2 直線電動機傳動的特點 265
4.1.3 直線電動機的發展 265
4.2 直線感應電動機 266
4.2.1 直線感應電動機的基本原理 266
4.2.2 直線感應電動機的結構特點 267
4.3 直線直流電動機 268
4.3.1 永磁式 268
4.3.2 電磁式 269
本章小結 269
練習與思考 270
技能擴展 270
參考文獻 270
第5章 盤式電機 271
學習指導 271
5.1 盤式電機概況 271
5.2 盤式直流電機 272
5.2.1 盤式直流電機的結構特點 272
5.2.2 盤式直流電機的基本電磁關系 274
5.3 盤式永磁同步電機的結構和特點 275
5.3.1 盤式永磁同步電機的常見結構 275
5.3.2 盤式無刷直流電動機 277
本章小結 277
練習與思考 278
技能擴展 278
參考文獻 278
第6章 超聲波電動機 279
學習指導 279
6.1 超聲波電動機概況 279
6.1.1 超聲波電動機的基本原理 279
6.1.2 超聲波電動機的發展 280
6.1.3 超聲波電動機的優點及其應用 281
6.1.4 超聲波電機存在的問題及
研究重點 282
6.2 超聲波電動機的常見結構與分類 283
6.2.1 超聲波電動機的常見結構 283
6.2.2 超聲波電動機的分類 286
6.3 行波型超聲波電動機的運行機理 287
6.3.1 行波的形成 287
6.3.2 超聲波電動機的調速機理 288
6.4 行波型超聲波電動機的驅動控制 290
6.4.1 行波型超聲波電動機的調速
控制方法 290
6.4.2 逆變器主回路 291
6.4.3 頻率跟蹤技術 291
本章小結 292
練習與思考 293
技能擴展 293
參考文獻 293

1. 運動控制系統安裝調試與運行 [張燕 李蘭云 王愛林]
2. 飛行控制系統與設備（活頁式） [主編　鄢立]
3. 汽車電控技術（第二版） [主編 王林超 徐剛]
4. PLC控制系統的設計與維護 [李敏 鹿業勃 許洪龍]
5. 交直流調速控制系統調試與維護 [主編 梁強 邱陽 許洪龍]
6. 單片機應用系統設計安裝與調試 [主編 田浩鵬]
7. 生產過程控制系統安裝與調試 [主編 許郢]
8. PLC控制系統設計安裝與調試 [趙偉]
9. 特種電機及其控制 [孫建忠 白鳳仙 編著]
10. 電機拖動與電氣技術實驗指導書 [苑尚尊 賀春玲 主編]