本书以新能源汽车广泛配置的永磁同步电机为主，兼顾交流异步电机，详细讲述了电驱动控制策略。第1章介绍了新能源汽车的国内外发展状况，讨论了新能源汽车电驱动系统的技术需求、挑战、发展现状及趋势；第2章对新能源汽车驱动电机进行了较为全面的介绍；第3章简要介绍了矢量控制技术、直接转矩控制技术和模型预测控制技术，并对基于D分割法的可视化分析在矢量控制中的应用进行了介绍；第4 章对制约异步电机矢量控制性能的参数失配和磁场定向偏差问题进行了讲解；第5章介绍了转矩跟踪控制、弱磁控制、转矩脉动抑制以及参数辨识和自整定等永磁同步电机矢量控制中的基本理论；第6~9章内容以永磁同步电机为例，聚焦定子电流控制，从连续域中电流解耦、自抗扰控制到离散化建模、离散域电流调节器设计，继而针对新能源汽车场景中的低载波比问题讲述了基于有源阻尼架构的离散域电流控制策略；第10章讲述了基于锁相环同步的SHEPWM电流闭环控制方案，并针对电驱动宽范围调速需求讲述了多模式混合调制的平滑切换策略；第11~13章介绍了永磁同步电机初始位置辨识，低速运行区基于高频注入法的位置估计以及中高速区基于滑模观测器的位置估计方案；第14 章针对当前单台逆变器驱动电机所存在的技术瓶颈，讨论了开绕组拓扑方案。
本书不仅对新能源汽车电驱动系统初学者有着理论培养价值，对科研工作者有着学术参考价值，而且对工程技术人员也有着工程参考价值。

电力电子新技术系列图书序言
前言
第1章绪论1
1.1新能源汽车的发展状况2
1.1.1全球新能源汽车发展概况2
1.1.2国外新能源汽车发展概况4
1.1.3我国新能源汽车发展概况6
1.2新能源汽车概念及分类9
1.2.1新能源汽车及汽车的电气化9
1.2.2新能源汽车分类12
1.3新能源汽车电驱动系统19
1.3.1电驱动系统的技术需求与挑战20
1.3.2新能源汽车电驱动系统现状和发展趋势29
1.4本书的主要内容41
参考文献43
第2章新能源汽车驱动电机48
2.1直流电机48
2.1.1直流电机的工作原理与基本结构48
2.1.2直流电机的数学模型50
2.2交流异步电机51
2.2.1异步电机的工作原理与基本结构51
2.2.2异步电机的等效电路与数学模型54
2.2.3异步电机功率流55
2.3永磁同步电机56
2.3.1永磁同步电机的运行原理与基本结构56
2.3.2永磁同步电机的数学模型58
2.3.3永磁同步电机的运行特性60
2.4永磁无刷直流电机61
2.5磁阻电机62
2.6轴向磁通电机65
2.7双转子电机66
2.8多相电机68
2.9小结70
参考文献70
第3章电驱动系统控制技术71
3.1电驱动系统基本控制结构71
3.2交流电机矢量控制技术73
3.2.1矢量控制的基础——坐标变换理论73
3.2.2矢量控制原理75
3.2.3基于转子磁场定向的异步电机矢量控制76
3.2.4基于转子磁场定向的永磁同步电机矢量控制77
3.3基于D分割法的可视化分析79
3.3.1D分割法基本原理79
3.3.2矢量控制系统稳定性分析80
3.3.3频域和时域性能指标分析82
3.3.4连续域多目标可视化分析及设计83
3.4交流电机直接转矩控制技术84
3.4.1直接转矩控制原理85
3.4.2定子磁链控制86
3.4.3电磁转矩控制87
3.4.4电压矢量选择88
3.4.5矢量控制与直接转矩控制对比分析90
3.5模型预测控制技术91
3.5.1模型预测控制原理91
3.5.2基于参数辨识的模型预测控制92
3.5.3基于超局部模型的无参数模型预测控制94
3.5.4模型预测控制性能分析95
3.6小结96
参考文献96
第4章异步电驱动系统及参数辨识技术98
4.1异步电机数学模型及矢量控制99
4.1.1异步电机数学模型及特性分析99
4.1.2异步电机矢量控制技术101
4.2异步电机参数辨识技术研究现状103
4.2.1离线辨识技术103
4.2.2在线辨识技术105
4.3基于MRAS的转子时间常数辨识方案及其统一描述108
4.3.1转子时间常数偏差影响分析108
4.3.2基于Lyapunov理论的自适应律构造113
4.3.3基于Popov超稳定理论的自适应律构造115
4.3.4转子时间常数辨识的统一模型116
4.4MRAS辨识方案稳定性分析118
4.4.1基于无功功率模型的MRAS辨识方案119
4.4.2基于转矩模型的MRAS辨识方案128
4.4.3基于定子电流点乘转子磁链模型的MRAS辨识方案132
4.5电压模型估计磁链141
4.5.1基于低通滤波器的电压模型方案142
4.5.2基于直流偏置双闭环补偿的电压模型方案154
4.5.3转子时间常数和电感并行辨识158
4.6基于转子磁链模型的电阻和励磁电感辨识方案160
4.6.1基于终端滑模观测器的转子磁链辨识方案161
4.6.2转子电阻和励磁电感的并行辨识168
4.6.3转子电阻和励磁电感辨识的解耦177
4.7异步电机弱磁控制技术184
4.7.1异步电机弱磁运行约束条件及运行状态184
4.7.2典型的弱磁控制方案191
4.8小结197
参考文献197
第5章永磁电驱动系统及参数辨识技术206
5.1PMSM数学模型206
5.1.1传统PMSM数学模型206
5.1.2基于扩展反电动势的IPMSM数学模型207
5.1.3基于有效磁链的IPMSM数学模型208
5.2PMSM矢量控制209
5.2.1旋变及转子位置检测209
5.2.2矢量控制系统工作模式及设计212
5.3PMSM转矩跟踪控制技术218
5.3.1定子磁链与电磁转矩估算218
5.3.2参数灵敏性分析220
5.3.3转矩跟踪控制系统设计222
5.4PMSM弱磁控制技术224
5.4.1弱磁控制原理224
5.4.2典型弱磁控制方案230
5.4.3仿真分析232
5.5PMSM谐波及转矩脉动235
5.5.1磁链谐波235
5.5.2转矩脉动236
5.5.3转矩脉动抑制方案244
5.6基于粒子群优化算法(PSO)的PMSM参数辨识及控制参数的自整定技术254
5.6.1PSO基本原理254
5.6.2基于PSO的PMSM参数在线辨识255
5.6.3基于PSO的电流环参数优化方法262
5.6.4实验验证264
5.7小结271
参考文献271
第6章电机定子电流解耦及自抗扰控制技术275
6.1电流解耦控制策略275
6.1.1前馈解耦控制276
6.1.2反馈解耦控制279
6.1.3内模解耦控制283
6.1.4偏差解耦控制287
6.1.5复矢量解耦控制288
6.1.6典型电流解耦控制方案参数鲁棒性分析289
6.2扰动观测及自抗扰控制293
6.2.1自抗扰控制基本原理293
6.2.2扩张状态观测器及扰动观测295
6.2.3电流自抗扰控制299
6.3控制方案的实验研究305
6.4小结308
参考文献309
第7章电驱动系统离散域数学模型310
7.1对称磁路结构交流电机零阶保持离散化模型310
7.2非对称磁路结构交流电机离散化模型311
7.2.1零阶保持离散化模型312
7.2.2Euler法和Tustin法离散化模型313
7.2.3无矩阵指数函数计算的高精度离散化模型315
7.3逆变器数字控制延迟对模型的影响319
7.4模型精度对控制性能的影响321
7.5小结323
参考文献324
第8章直接基于离散化模型的定子电流控制策略326
8.1基于内模原理的离散域PI控制策略326
8.1.1内模控制器设计326
8.1.2性能评估及问题分析327
8.2典型有源阻尼策略的离散域设计332
8.2.1有源阻尼策略控制器设计332
8.2.2性能评估及问题分析334
8.3小结339
参考文献340
第9章基于有源阻尼架构的离散域电流控制策略341
9.1基于对象部分解耦的离散域控制策略341
9.1.1有源阻尼矩阵设计341
9.1.2电流控制器设计343
9.1.3性能分析344
9.2基于对象完全解耦的离散域控制策略349
9.2.1有源阻尼矩阵设计350
9.2.2电流控制器设计351
9.2.3性能分析352
9.2.4抗饱和设计357
9.3强参数鲁棒性离散域控制策略359
9.3.1参数鲁棒性评估360
9.3.2强参数鲁棒性有源阻尼矩阵及电流控制器设计362
9.3.3性能分析364
9.4小结368
参考文献369
第10章基于SHEPWM的电流闭环控制策略371
10.1异步调制策略低载波比下谐波畸变问题371
10.2SHEPWM基本原理及波形生成方法372
10.2.1SHEPWM基本原理373
10.2.2基于分区法的SHEPWM实现方式374
10.3SHEPWM过调制算法设计377
10.4谐波电流问题分析及处理381
10.4.1采样电流谐波分析381
10.4.2基波电流提取方法382
10.5基于锁相环的SHEPWM矢量控制系统分析及改进385
10.5.1相位校正及问题分析385
10.5.2锁相环模型及系统性能分析388
10.5.3锁相环设计方案391
10.6多模式混合调制平滑切换策略395
10.6.1异步调制开关频率平滑切换395
10.6.2同步调制策略间的平滑切换398
10.6.3异步调制和同步调制间平滑切换403
10.7小结406
参考文献407
第11章永磁同步电机转子磁场初始位置检测409
11.1常见的初始位置检测方法409
11.1.1转子预定位法410
11.1.2瞬时脉冲注入法410
11.1.3旋转高频电压注入法411
11.1.4高频脉振电压注入法413
11.2基于幅值解调的旋转高频注入法414
11.2.1传统旋转高频注入解调方案414
11.2.2基于三相电流幅值的解调方案415
11.2.3基于自调整轴系的幅值解调方案417
11.3基于直接信号解调的高频脉振注入法421
11.3.1传统解调方案性能分析421
11.3.2直接信号解调法423
11.3.3基于直接信号解调方案性能分析425
11.3.4锁相环参数设计426
11.4基于磁饱和效应的极性判断方法427
11.4.1极性判断方法概述427
11.4.2磁饱和效应及极性判断429
11.5PMSM电驱动接线故障自检测431
11.5.1旋转变压器接线故障检测431
11.5.2定子接线故障分析433
11.5.3旋转变压器与定子接线故障自检策略433
11.6小结436
参考文献436
第12章基于高频注入法的低速区PMSM转子位置观测438
12.1概述438
12.2基于动态坐标系的旋转高频注入法439
12.2.1非理想因素对传统旋转高频注入法的影响439
12.2.2基于动态坐标系的旋转高频注入法442
12.2.3基于旋转坐标系解调的统一补偿方案444
12.2.4高频信号频率选择445
12.3基于MAF-PLL解调的高频脉振注入法447
12.3.1MAF原理分析及实现447
12.3.2基于MAF-PLL的信号解调算法448
12.3.3分析与对比449
12.4高频注入法的统一可视化模型452
12.4.1高频注入机理分析及统一可视化模型452
12.4.2基于统一可视化模型的新型高频注入法454
12.5小结456
参考文献456
第13章PMSM中高速无位置传感器控制459
13.1概述459
13.1.1中高速PMSM转子位置观测方案459
13.1.2全速范围位置观测方案461
13.2基于一阶滑模观测器的PMSM中高速位置观测方案463
13.2.1基于常规一阶滑模观测器的中高速位置观测方案463
13.2.2基于等效控制量反馈滑模观测器的中高速位置观测方案465
13.2.3仿真分析467
13.3基于全阶滑模观测器的PMSM中高速位置观测方案470
13.3.1全阶滑模观测器的建立与稳定性分析方案470
13.3.2滑模抖振噪声分析471
13.3.3转子位置角估计与转速的耦合性分析472
13.3.4参数鲁棒性分析474
13.3.5仿真分析479
13.4基于全阶状态滑模观测器的PMSM中高速转子位置观测方案482
13.4.1全阶状态滑模观测器的建立与稳定性分析482
13.4.2全阶状态滑模观测器的特性分析484
13.4.3仿真研究485
13.5全速域位置融合方案486
13.5.1位置融合方案486
13.5.2实验结果489
13.6小结494
参考文献494
第14章开绕组电驱动拓扑及其控制497
14.1概述497
14.2三维空间矢量调制策略499
14.2.13D-SVPWM方案500
14.2.23D-AZSPWM方案512
14.3共母线开绕组拓扑523
14.3.1基本原理523
14.3.2零序电流及其抑制525
14.3.3实验验证530
14.4共中线开绕组拓扑534
14.4.1拓扑由来及其原理534
14.4.2实验验证538
14.5共中线悬浮电容混合开绕组拓扑540
14.5.1共中线混合开绕组永磁同步电机运行状态分析541
14.5.2仿真与实验546
14.5.33D-NFVPWM的局限及改进551
14.6小结554
参考文献555

从2001年国家“863计划”电动汽车重大专项，到2009年“十城千辆”工程的启动，到2014年免征新能源汽车车辆购置税政策出台，再到2017年“双积分政策”的落地，我国新能源汽车经历了萌芽期、示范推广期和市场培育期，最终迎来了全面市场化。2015年以来我国新能源汽车产销量和保有量持续稳居世界首位，2023年我国新能源汽车市场占据全球市场份额的66%，到2024年7月我国新能源乘用车国内销量首超燃油车，渗透率达51.1%。无论是纯电动汽车、混合动力汽车还是燃料电池汽车，电驱动系统都是其动力核心，对整车性能起到至关重要的作用。国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》，明确将驱动电机与电力电子作为发展新能源汽车的“三横”技术之一。随着新能源汽车的普及，新能源汽车的市场竞争也日趋激烈，对技术创新的需求也日趋强烈。
在此背景下，本书以工程实践为基础，较为全面地阐述了新能源汽车电驱动系统的关键技术。本书除理论分析外，还配备了较为详细的仿真和实验，以便读者能够更好地理解本书的理论分析，并开展相应的研究工作。本书不仅对初学者有着较好的理论培养价值，对科研工作者有着较好的学术参考价值，而且对工程技术人员也有着较好的工程参考价值。
本书在讲述驱动电机控制策略时主要以当前广泛配置的永磁同步电机为主，但考虑到交流异步电机在新能源商用车中的应用以及在多电机配置场景下的应用需求，也对交流异步电机控制问题，尤其是磁链定向问题进行了深入讲解，而且本书所讲述的基于离散化模型设计的低载波比控制理论也适用于交流异步电机。
本书共有14章内容，各章内容安排如下：第1章介绍了新能源汽车的国内外发展状况，讲述了新能源汽车的概念和分类，讨论了新能源汽车电驱动系统的技术需求、挑战、发展现状及趋势；第2章对新能源汽车的驱动电机，包括直流电机、交流异步电机、永磁同步电机、永磁无刷直流电机、磁阻电机、轴向磁通电机、双转子电机、多相电机等进行了较为全面的介绍，尤其对交流异步电机和永磁同步电机两款新能源汽车驱动电机的主力机型进行了较为深入的讲解；第3章在讲述新能源汽车电驱动系统基本控制结构的基础上，讲述了矢量控制技术、直接转矩控制技术和模型预测控制技术，并对基于D分割法的可视化分析在矢量控制中的应用进行了讲解；第4章在讲述交流异步电动机矢量控制的基础上，重点对困扰异步电机矢量控制性能的参数辨识和磁场定向问题进行了较为深入的讲解；第5章在对永磁同步电机数学模型进行简要介绍的基础上，讲述了永磁同步电机矢量控制、转矩跟踪控制、弱磁控制、转矩脉动抑制以及参数辨识等永磁同步电机控制中的基本理论；第6～9章内容以永磁同步电机为例，聚焦定子电流控制，从连续域中电流解耦、自抗扰控制到离散化建模、离散域电流调节器设计，继而针对新能源汽车场景中的低载波比问题讲述了基于有源阻尼架构的离散域电流控制策略，对矢量控制背景下交流电流的线性控制方案进行了较为深入的讲解；第10章针对低载波比场景下的开关谐波问题，讲述了SHEPWM策略，建立了基于锁相环SHEPWM的闭环控制数学模型，讨论了锁相环设计方案，并在此基础上，针对电驱动宽范围调速需求讲述了多模式混合调制的平滑切换策略；第11～13章讲述了永磁同步电机初始位置辨识，低速运行区基于高频注入法的位置估计以及中高速区基于滑模观测器的位置估计方案，为旋变安装位置的自动标定、运行状况监测提供了方案，为无传感器控制策略在新能源汽车电驱动中的应用进行了理论探索；第14章针对当前单台逆变器驱动电机所存在的技术瓶颈，讨论了开绕组拓扑方案，希望能够促进开绕组系统在新能源汽车电驱动系统中的应用。
本书由杨淑英负责统筹和定稿，并编写了第1章的1.2～1.4节，第3章的3.1、3.2节，第4～7章，第8章的8.1节，第14章；王奇帅编写了第8章的8.2、8.3节，第9章和第10章的10.1～10.5节；郭磊磊编写了第3章的3.3～3.6节和第13章的13.1节；李浩源编写了第11章的11.1～11.4节、第12章以及第13章中的13.2～13.6节；沈启平编写了第2章；于安博编写了第1章的1.1节，第10章的10.6、10.7节，第11章的11.5、11.6节，并参与了本书部分研究内容的实验过程和部分理论的工程实践。另外，本书部分研究内容由课题组毕业研究生完成，他们是丁大尉、曹朋朋、王顺、李一、邹仲杰、姚乐、王玉柱、陈庚、孙小晗、朱月婷、胡晓海、符焕、李婕、罗悍、蔡展鹏、姚楠、孟令军等，研究生兰春阳协助进行了图文整理和文字校对工作，在此一并表示感谢。
本书作者感谢合肥工业大学张兴教授的指导和帮助，感谢阳光电源股份有限公司王辉、霍炯、付凤超等对研究工作的支持和帮助，感谢阳光电源股份有限公司对研究的支持。
由于作者水平有限，编写时间仓促，内容涉及较多，部分技术尚在研究和快速发展中，书中难免有不足和错误之处，敬请读者批评指正。
作者