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本书以MWORKS.Syslab科学计算环境和MWORKS.Sysplorer系统建模仿真环境为基础，阐述了电力电子与电机系统的建模理论、仿真方法和工程应用。首先介绍MWORKS仿真平台及其Syslab科学计算和Sysplorer系统建模仿真两大核心环境的主要功能，梳理典型电力电子器件与电机的基本特性及数学模型，结合Modelica建模规范与同元自研模型库，给出直流电机、交流电机、整流器、逆变器等关键部件的建模方法。重点围绕电力电子变换器与电机控制系统的MWORKS建模实现，通过典型案例进行模型性能分析与对比。在此基础上，引入最优化算法与群优化算法，探讨其在工程实践中的应用路径与实现过程。本书面向电气工程及相关专业的高等院校学生、科研人员与工程技术人员，致力于为读者提供系统化的MWORKS电力电子与电机系统的建模、仿真和控制应用指导，为推动我国工业软件生态建设与关键技术自主化进程提供理论支撑和实用参考。

第1章  MWORKS仿真平台介绍	1
1.1  MWORKS概述	2
1.2  Syslab介绍	3
1.3  Syslab的基本操作	4
1.3.1  文件夹和文件的基本操作	5
1.3.2  代码的基本操作	7
1.3.3  命令行窗口与工作区的基本操作	10
1.4  从MATLAB到Syslab	12
1.4.1  M命令行窗口的启动与路径设置	12
1.4.2  M脚本的运行与调试	14
1.4.3  Syslab与M函数对标表	15
1.5  Sysplorer介绍	15
1.6  Sysplorer的基本操作	17
1.6.1  Sysplorer物理建模	17
1.6.2  Sysplorer框图建模	23
1.6.3  从Simulink到Sysblock	27
1.7  本章小结	29
第2章  电力电子器件与电机的基本特性及数学模型	30
2.1  电力电子器件的基本特性与建模	31
2.1.1  功率二极管	31
2.1.2  晶闸管	36
2.1.3  MOSFET	40
2.1.4  IGBT	43
2.2  坐标变换	45
2.2.1  综合矢量	45
2.2.2  Clarke变换	47
2.2.3  Park变换	50
2.3  脉宽调制技术	53
2.3.1  SPWM	53
2.3.2  SVPWM	56
2.4  电机的数学模型与运行特性分析	60
2.4.1  直流电机的数学模型与运行特性	60
2.4.2  三相异步电机的数学模型与运行特性	63
2.4.3  三相永磁同步电机的数学模型与运行特性	66
2.5  本章小结	69
第3章  基于MWORKS的电力电子变换电路仿真	70
3.1  整流电路（AC/DC）	71
3.1.1  单相桥式全控整流电路	71
3.1.2  三相桥式全控整流电路	77
3.1.3  不控整流电路	82
3.2  斩波电路（DC/DC）	85
3.2.1  BUCK电路	86
3.2.2  BOOST电路	88
3.2.3  BUCK-BOOST电路	90
3.2.4  Cuk电路	91
3.3  逆变电路（DC/AC）	93
3.3.1  单相逆变电路	93
3.3.2  三相逆变电路	97
3.4  AC/AC变换电路	102
3.4.1  单相交流调压电路	103
3.4.2  三相交流调压电路	106
3.5  本章小结	109
第4章  基于MWORKS的电机系统仿真	110
4.1  直流电机控制系统	111
4.2  异步电机控制系统	114
4.2.1  异步电机V/f控制	114
4.2.2  异步电机FOC	118
4.2.3  异步电机DTC	122
4.3  永磁电机控制系统	128
4.3.1  BLDCM控制	129
4.3.2  PMSM FOC实现	134
4.3.3  PMSM DTC实现	138
4.3.4  PMSM MPC实现	144
4.4  本章小结	150
第5章  基于MWORKS的伺服系统控制器设计	151
5.1  基于PID的伺服系统三环控制	152
5.1.1  伺服系统的基本概念	152
5.1.2  三环伺服系统的数学模型	153
5.1.3  三环伺服系统的PID控制算法	155
5.1.4  基于前馈补偿的PID控制算法	159
5.2  基于状态观测器的PID控制	161
5.2.1  基于LSO的PID控制	162
5.2.2  基于ESO的PID控制	164
5.3  自抗扰控制器设计	167
5.4  本章小结	171
第6章  基于MWORKS的最优化算法与群优化算法	172
6.1  一维搜索算法	173
6.1.1  最优化问题的数学模型	173
6.1.2  黄金分割法	174
6.1.3  斐波那契数列法	175
6.1.4  二分法	177
6.1.5  牛顿法	179
6.2  线性优化算法	180
6.2.1  单纯形法	180
6.2.2  两阶段单纯形法	183
6.3  蚁群优化算法	186
6.3.1  ACO的原理	186
6.3.2  基于ACO的PID参数整定	187
6.4  PSO	196
6.4.1  基本PSO的仿真	196
6.4.2  基于PSO的应用实例	198
6.5  本章小结	200
参考文献	201

在工业4.0与智能制造浪潮的推动下，工业软件已成为支撑现代工业体系数字化转型的核心基础设施。作为我国自主研发的系统级仿真平台，MWORKS不仅承载着打破国外技术垄断、实现工业软件自主可控的战略使命，更以多学科协同设计与全生命周期管理的创新理念，为电气、自动化、航空航天、能源等关键领域提供了国产化解决方案。尤其在电气领域，MWORKS通过高精度建模能力与开放性生态，正在重塑高性能电力电子与电机系统仿真的技术范式。
Syslab和Sysplorer分别是MWORKS面向多领域工业产品的科学计算、系统建模仿真环境，全面支持多领域物理统一建模规范Modelica，支持多种可视化建模方式，提供嵌入代码生成功能，是系统建模与仿真通用软件。因此，为使电气工程领域的广大学生、科研人员和工程技术人员能够了解、掌握与应用这一软件，学会用MWORKS开展电气工程，特别是电力电子与电机系统的建模与仿真，作者编写了此书。
本书共6章，涵盖电力电子与电机系统建模与仿真的基本理论、方法及应用实践，主要内容如下。
（1）介绍MWORKS的基本功能，重点介绍科学计算环境Syslab和系统建模与仿真环境Sysplorer的主要功能。
（2）介绍典型电力电子器件与电机的基本特性及数学模型，并结合Modelica建模规范和同元自研模型库，对直流电机、交流电机、整流器、逆变器等进行概述。
（3）分别针对各类电力电子变换器、交/直流电机及其控制系统开展基于MWORKS的建模方法介绍，通过典型案例对上述模型的性能进行分析与对比。
（4）分别讨论电力电子和电机驱动控制系统中常见的控制策略与算法，并引入最优化算法与群优化算法，阐述上述算法在电力电子与电机系统中的应用。
本书由颜建虎、单梁和戚志东共同编著，张威航、王泓典、索梓铜、刘鑫、张加诚、侯传林、冯奕、吴家鹏、曹忠博、樊一赛等参与了本书的编写和相关案例的建模与仿真工作。其中，颜建虎负责本书的编写组织和大纲编制，单梁和戚志东参与了大纲的编制，颜建虎、单梁和戚志东完成了本书的统稿与编辑。各章编写任务具体分工如下：第1、2章由颜建虎、冯奕负责，第3章由戚志东、吴家鹏、曹忠博、樊一赛负责，第4章由颜建虎、张威航、王泓典负责，第5、6章由单梁、索梓铜、刘鑫、张加诚、侯传林负责。
本书在编写过程中得到了同元软控单航、金正国、吴莹等工程师的大力支持，还得到了东南大学林鹤云教授、南京航空航天大学阳辉教授、南京邮电大学梁彦副教授、河海大学金平副教授的无私帮助，他们给出了许多富有建设性的宝贵建议和意见，在此表示衷心的感谢。
南京理工大学教务处、研究生院、自动化学院、创新创业教育学院在教学改革和课程建设方面给予了大力支持，创造了良好的条件；电子工业出版社的编辑对本书的出版给予了细心的指导和审阅，在此一并表示感谢。
由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。
本书采用的MWORKS版本为2025a，发布时间为2025年2月27日。


颜建虎?   
于南京理工大学

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