1、1永磁同步電機伺服系統(tǒng)非線性控制策略的研究【作者】 劉棟良； 【導(dǎo)師】 趙光宙； 【作者基本信息】 浙江大學(xué)， 控制理論與控制工程， 2005， 博士【摘要】 永磁同步電機(PMSM)伺服系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和航天技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛,由于其自身的結(jié)構(gòu)和運行特點,PMSM具有許多獨特的優(yōu)點,本論文主要從控制策略和實際系統(tǒng)兩個方面對永磁同步電機伺服系統(tǒng)進行了全面而深入的研究。 首先分析了永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型,并對交流伺服系統(tǒng)中關(guān)鍵的空間矢量脈寬調(diào)制原理及實現(xiàn)進行了論述。 考慮到永磁同步電機是一個復(fù)雜耦合的非線性系統(tǒng),應(yīng)用直接反饋線性化理論,通過對輸出變量進行李微分,得到所需的的坐標變換和非線性

2、系統(tǒng)狀態(tài)反饋實現(xiàn)了永磁同步電機的輸入輸出線性化,同時實現(xiàn)了系統(tǒng)的解耦。它與傳統(tǒng)的PID控制相比,有很好的跟蹤性能。針對負載擾動對系統(tǒng)的影響,增加了負載轉(zhuǎn)矩擾動觀測器來減小負載擾動的影響。最后,考慮到實際電機參數(shù)變化及負載擾動等不確定因素的影響,提出了灰色預(yù)測與反饋線性化相結(jié)合的方法來降低電機參數(shù)及不確定因素對系統(tǒng)控制器的影響。 針對永磁同步電動機這一非線性系統(tǒng),結(jié)合反推控制應(yīng)用在永磁同步電動機位置伺服系統(tǒng)中,跟蹤位置給定信號。其設(shè)計參數(shù)少,便于工程實現(xiàn);另外反推控制是從Lyapunov穩(wěn)定性出發(fā)來設(shè)計的,因此能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。考慮永磁同步電動機實際運行過程中參數(shù)的變化,提出自適應(yīng)與反推控制

3、相結(jié)合的控制策略,能夠有效抑制系統(tǒng)參數(shù)變化對系統(tǒng)速度跟蹤伺服性能的影響。 為了降低成本,提高系統(tǒng)的可靠性,利用永磁同步電動機定子交軸電流和轉(zhuǎn)速度方程來構(gòu)造了一降維線性Luenberger觀測器來獲得電機轉(zhuǎn)速,采用反推控制來設(shè)計速度和電流控制器。通過仿真表明,這一方法是可行的,且系統(tǒng)具有快速的速度跟蹤和轉(zhuǎn)矩響應(yīng), 依托浙江省科技計劃重點項目“基于DSP控制的平縫機智能控制系統(tǒng)”,把反推控制策略應(yīng)用與實際系統(tǒng)中,取得了良好的效果,并完成了項目的研制。2永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)控制策略研究【作者】 盧達； 【導(dǎo)師】 趙光宙； 【作者基本信息】 浙江大學(xué)， 控制理論與控制工程， 2013， 博士【摘要】

4、二十世紀八十年代以來,永磁同步電機以其體積小、損耗低、可靠性高、維護方便等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于交流調(diào)速系統(tǒng)中。不斷多樣化和復(fù)雜化的應(yīng)用場合,對交流調(diào)速系統(tǒng)的控制策略提出了更高的要求。本文通過對永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)的控制策略的深入研究,力圖從多方向促進系統(tǒng)在高性能要求場合的應(yīng)用。本文的主要工作和成果有：1、介紹了研究背景和基礎(chǔ)。首先對交流調(diào)速系統(tǒng)控制策略的發(fā)展歷程進行了綜述,著重介紹了模糊控制、自抗擾控制和模型預(yù)測控制在交流調(diào)速系統(tǒng)中的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。其次描述了永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型和兩種基本控制系統(tǒng),并對比了這兩種系統(tǒng)的控制效果。2、詳細分析了零矢量在模糊直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中的作用原理和特點,改進

5、了模糊直接轉(zhuǎn)矩控制的模糊規(guī)則庫、轉(zhuǎn)矩隸屬度函數(shù)和電壓隸屬度函數(shù),保證了零矢量在模糊直接轉(zhuǎn)矩控制中可以充分發(fā)揮保持電磁轉(zhuǎn)矩的功能,有效減小了轉(zhuǎn)矩脈動。仿真和實驗結(jié)果驗證了本文提出的包含零矢量的永磁同步電機模糊直接控制算法的有效性。3、針對近似離散最速反饋控制函數(shù)(fhan函數(shù))作為自抗擾控制系統(tǒng)非線性控制算法時參數(shù)難于整定的問題,首先分析了fhan函數(shù)的控制機理,并據(jù)此提出了改進的自抗擾控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)明確了fhan函數(shù)中包含的可調(diào)參數(shù)的物理意義,從而為按照實際要求確定參數(shù)值提供了理論依據(jù)。當(dāng)存在時滯或需要更大的穩(wěn)定裕度時,只需對其中一個參數(shù)微調(diào)即可。因此,采用本文改進的自抗擾控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6、,大大簡化了參數(shù)整定過程。仿真和實驗結(jié)果驗證了改進算法的有效性。4、針對傳統(tǒng)模型預(yù)測控制計算量大、難以在采樣周期較短的永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用的難題,本文提出了遞推模型預(yù)測控制策略。與傳統(tǒng)模型預(yù)測控制中迭代求解操作變量不同,遞推模型預(yù)測控制首先采用迭代學(xué)習(xí)算法求取操作變量第一項,隨后采用遞推Levenberg Marquardt算法求出操作變量其它項。分別計算了傳統(tǒng)模型預(yù)測控制和遞推模型預(yù)測控制的時間復(fù)雜度,并分析了遞推模型預(yù)測控制的收斂性,從而理論上說明了提出算法的有效性。仿真結(jié)果表明本文提出的遞推模型預(yù)測控制的計算量比傳統(tǒng)模型預(yù)測控制大為減小,基于遞推模型預(yù)測控制的永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)具

7、有優(yōu)良的動靜態(tài)性能。3基于耗散哈密頓系統(tǒng)的永磁同步電機控制研究【作者】 裘君； 【導(dǎo)師】 趙光宙； 【作者基本信息】 浙江大學(xué)， 控制理論與控制工程， 2009， 博士【摘要】 自二十世紀80年代以來,永磁同步電機以其體積小、功率密度大、效率高、維護簡單等優(yōu)點,越來越廣泛地被應(yīng)用于交流伺服系統(tǒng)中,利用交流伺服電動機構(gòu)成的系統(tǒng)也越來越呈現(xiàn)多樣化和復(fù)雜化,對伺服系統(tǒng)提出了更高的控制要求。永磁同步交流伺服技術(shù)隨之得到了迅速發(fā)展,但是大多數(shù)方案復(fù)雜且不易實現(xiàn)。近來,系統(tǒng)鎮(zhèn)定的能量整形方法開始受到了學(xué)者們的關(guān)注,將閉環(huán)系統(tǒng)的能量存儲函數(shù)作為系統(tǒng)的Lyapunov函數(shù)來設(shè)計,在保留原有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上

8、,使得系統(tǒng)穩(wěn)定性分析更加簡單,設(shè)計的閉環(huán)系統(tǒng)物理意義更加明確。本文的研究工作主要是圍繞耗散哈密頓實現(xiàn)在永磁同步矢量控制系統(tǒng)中的應(yīng)用開展的。全文的結(jié)構(gòu)概括如下：1.介紹了本文的研究背景。首先綜述了交流電機控制策略的發(fā)展歷程,研究現(xiàn)狀。隨后介紹了能量整形方法的發(fā)展,理論基礎(chǔ)以及應(yīng)用。最后基于課題背景闡述了研究永磁同步伺服系統(tǒng)先進控制策略的必要性。2.介紹了微分流形、輸入輸出穩(wěn)定性、耗散性、保守性等概念的定義和穩(wěn)定性判據(jù)一些重要理論。隨后引入了端口受控耗散哈密頓系統(tǒng)無源控制方法和反饋耗散哈密頓實現(xiàn)方法。然后對本文的研究對象：永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型進行了介紹,同時對不同的電流控制方法進行了比較。3.基

9、于端口受控耗散哈密頓的無源控制實現(xiàn)方法,首先對永磁同步電機進行了端口耗散哈密頓模型建模,在設(shè)計負載擾動觀測器的基礎(chǔ)上,設(shè)計了速度反饋鎮(zhèn)定控制器,提出增益參數(shù)切換方法,提高了控制系統(tǒng)的動態(tài)性能。其次利用前饋補償控制器,提出了基于能量整形思路的位置伺服控制方案。4.基于反饋耗散哈密頓實現(xiàn)方法,設(shè)計了永磁同步電機速度控制器,利用增益調(diào)度控制方法,提高了系統(tǒng)的動態(tài)性能。提出滑模變結(jié)構(gòu)-反饋耗散哈密頓混合控制方法,在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性能的同時,增加了系統(tǒng)在動態(tài)變化過程中的魯棒性能。針對伺服系統(tǒng)高性能控制時對電機參數(shù)的高精度要求,利用自適應(yīng)反饋耗散哈密頓實現(xiàn)方法,設(shè)計出結(jié)合轉(zhuǎn)子磁鏈更新律的永磁同步電機速度控制

10、器,提高了伺服系統(tǒng)的控制精度。5.針對在非線性預(yù)測控制中,通常對非線性系統(tǒng)難以進行求解Taylor級數(shù)的問題,本文利用自動微分理論,對永磁同步電機非線性數(shù)學(xué)模型進行Taylor展開,建立了基于Taylor級數(shù)的衡量指標函數(shù),利用自動微分理論的靈敏度矩陣求解方法,將自動微分方法應(yīng)用到了永磁同步電機的預(yù)測控制設(shè)計中。6.基于課題背景,介紹了交流伺服系統(tǒng)實驗平臺的組成,并進行了實驗波形分析。4永磁直線同步電機控制策略的研究【作者】 鄒積浩； 【導(dǎo)師】 朱善安； 【作者基本信息】 浙江大學(xué)， 控制理論與控制工程， 2005， 博士【摘要】 為滿足現(xiàn)代高性能伺服驅(qū)動系統(tǒng)的需要,設(shè)計出響應(yīng)快、魯棒性好、實

11、現(xiàn)方便并具有一定的自適應(yīng)能力和較強的抗干擾能力的控制器,本文對永磁直線同步電動機的控制策略進行了研究。在對永磁同步電動機的數(shù)學(xué)模型和控制理論進行全面、深入研究的基礎(chǔ)上,吸收相關(guān)學(xué)科的新思想、新理論和新技術(shù),建立了永磁直線同步電機進給系統(tǒng)的理論模型,并采用理論分析與計算機仿真相結(jié)合的方法,系統(tǒng)地進行了研究。 本文的研究內(nèi)容包括: 第一章回顧了直線電機的發(fā)展歷程,介紹了直線交流伺服系統(tǒng)的特點、應(yīng)用及存在的問題,闡述了研究高速數(shù)控永磁直線同步電機直線進給系統(tǒng)的重要意義;針對現(xiàn)代交流驅(qū)動與伺服系統(tǒng)發(fā)展的趨勢,闡述了永磁直線同步電機直線進給系統(tǒng)的重要意義。本章在總結(jié)永磁直線同步電機直線進給系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

12、及控制策略發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上,介紹了本博士論文的主要研究內(nèi)容。 第二章首先闡述了統(tǒng)一電機轉(zhuǎn)矩公式及矢量控制的基礎(chǔ),簡要分析了永磁直線同步電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,并基于電機統(tǒng)一理論給出了永磁直線同步電機空間矢量變換公式及其相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,以此推導(dǎo)出永磁直線同步電機d-q軸模型及推力公式,最后以空間電壓矢量(SVPWM)方法對其進行了轉(zhuǎn)子磁場定向控制建立了仿真模型。 第三章主要分析了直線永磁同步電機推力直接控制的各個組成部分的基本原理及實現(xiàn)方法,指出磁鏈和轉(zhuǎn)矩控制的原理和不足。在對電壓空間矢量對推力的直接作用進行分析的基礎(chǔ)上,提出了幾種不同的基于電壓預(yù)測的方法:基于推力的電壓預(yù)測控制、模糊直接推力

13、電壓預(yù)測控制等。并基于Matlab/Simulink建立了永磁直線同步電機推力直接控制的仿真模型,仿真結(jié)果分析證實,與傳統(tǒng)的DTC方法相比,這些方法不但保持了快速響應(yīng)的特點,而且穩(wěn)態(tài)運行時的磁鏈、推力脈動得到明顯的改善。 盡管直接推力控制具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)的特點,但對電機參數(shù)精度要求很高,而電機又是一種非線性系統(tǒng)且運行過程存在電機參數(shù)及負載擾動的不確定性,因此第四章介紹了具有響應(yīng)快、魯棒性好、設(shè)計實現(xiàn)方便等優(yōu)點的滑模變結(jié)構(gòu)控制方法與直接推力控制相結(jié)合的性能優(yōu)良的控制器。 考慮到電機是一種非線性系統(tǒng)及運行過程中參數(shù)擾動的不確定性,第五章首先介紹了非線性控制系統(tǒng)的特點及研究方法,分析了非線性系

14、統(tǒng)穩(wěn)定性的Lyapunov5永磁交流伺服系統(tǒng)及其控制策略研究【作者】 許振偉； 【導(dǎo)師】 蔣靜坪； 【作者基本信息】 浙江大學(xué)， 控制理論與控制工程， 2003， 博士【摘要】 永磁同步電機(PMSM)伺服系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和航天技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，由于其自身的結(jié)構(gòu)和運行特點，PMSM的具有很多獨特的優(yōu)點，本文主要從控制理論和實際系統(tǒng)兩個方面對永磁同步電機伺服系統(tǒng)進行了全面而深入的研究，并完成了一臺數(shù)控銑床的研制。 首先對PMSM伺服系統(tǒng)進行了建模，在研究了其物理方程、轉(zhuǎn)矩方程和等效電路的基礎(chǔ)上提出了PMSM的數(shù)學(xué)模型并對仿真技術(shù)進行了簡單的介紹。 基于內(nèi)模控制，設(shè)計了電流環(huán)解耦控制器，改

15、善了電流環(huán)性能，而且控制器只有一個可調(diào)參數(shù)，簡化了設(shè)計。對于嵌入式PMSM，根據(jù)在電流幅值一定的條件下最大輸出轉(zhuǎn)矩與(為等效電流矢量和q軸之間的相位角)之間的關(guān)系，將磁阻轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為輸出轉(zhuǎn)矩從而提高了輸出轉(zhuǎn)矩，改善了系統(tǒng)的控制性能；在速度環(huán)采用單步模型算法控制，其計算量比較少，提高了系統(tǒng)的實時性和魯棒性。 針對傳統(tǒng)控制方法對電機數(shù)學(xué)模型依賴性強的缺點，結(jié)合模糊控制實時性好和預(yù)測控制魯棒性強的優(yōu)點構(gòu)造了模糊預(yù)測控制器，可以解決模糊控制器不具有消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的問題，大大提高了控制系統(tǒng)的性能。由于傳統(tǒng)的基于閥值進行控制策略切換的方法使得系統(tǒng)具有很大的擾動，所以本文設(shè)計了一種基于模糊規(guī)則進行切換的控制

16、策略，很好地解決了兩種控制在切換時發(fā)生的擾動的問題，仿真和試驗結(jié)果都證明該控制策略的有效性。 為了降低成本，簡化系統(tǒng)，本文采用低分辨率的霍爾元件作為PMSM伺服系統(tǒng)的位置傳感器，采用基于磁鏈觀測法的低分辨率位置傳感器控制技術(shù)，來估計電機轉(zhuǎn)子的實時位置和轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)電流的正弦換向，減小轉(zhuǎn)矩脈動。理論分析和仿真結(jié)果都證明了該控制方法的有效性。 結(jié)合浙江省科技計劃重點項目“新一代智能型數(shù)控機床的研制“(合同號001101061)，本文作者作為浙江大學(xué)”數(shù)控系統(tǒng)“研究小組主要成員參加了該項目中數(shù)控機床的研制，并已于2002年10月完成了試制工作，經(jīng)過近10個月的加工試生產(chǎn)，系統(tǒng)運行平穩(wěn)可靠。目前該項目已

17、經(jīng)通過了省級鑒定。6永磁同步電機控制策略及算法融合研究【作者】 劉紅偉； 【導(dǎo)師】 吳欽章； 范永坤； 【作者基本信息】 中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）， 信號與信息處理， 2014， 博士【摘要】 隨著電力電子技術(shù)、微型計算機技術(shù)、稀土永磁材料學(xué)科、自動控制理論、智能控制理論等理論和技術(shù)的快速發(fā)展，高效能、高功率密度的永磁同步電動機正廣泛應(yīng)用于工業(yè)、航空航天、國防軍事等領(lǐng)域的運動控制系統(tǒng)中，以永磁同步電動機為執(zhí)行機構(gòu)的全數(shù)字永磁同步伺服系統(tǒng)正在逐步取代直流電動機、步進電動機運動系統(tǒng)而成為伺服驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展方向。然而，由于永磁同步伺服系統(tǒng)受電機多變量耦合性和參數(shù)變化、外部負載擾動、惡劣環(huán)

18、境等因素的影響，要獲得高性能、寬調(diào)速范圍的永磁同步伺服系統(tǒng)，必須對永磁同步電動機的模型進行深入的分析，研究先進的控制策略與控制手段，使系統(tǒng)具有較強的環(huán)境適應(yīng)性和抗擾動能力。本論文的主要工作就是圍繞高性能的全數(shù)字永磁同步伺服系統(tǒng)控制策略的研究而展開的，論文的主要內(nèi)容如下：對正弦波永磁同步電動機的電磁過程、矩角特性進行了分析，建立了三種坐標系下的定子磁鏈方程、電壓方程和電磁轉(zhuǎn)矩方程，為控制策略的分析提供了理論鋪墊。目前，正弦波永磁同步電動機伺服控制系統(tǒng)主流的控制策略有按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制策略和按定子磁鏈定向直接轉(zhuǎn)矩控制策略。系統(tǒng)地分析了永磁同步電動機按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制策略的基本原理和實現(xiàn)

19、方法，搭建了id=0的矢量控制策略的仿真模型，并對電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的PI調(diào)節(jié)器參數(shù)進行了整定，特別解析了電流環(huán)帶寬和調(diào)節(jié)器參數(shù)的關(guān)系。分析了初始零位偏差對轉(zhuǎn)速環(huán)性能影響，利用勞斯判據(jù)對存在初始零位偏差的轉(zhuǎn)速環(huán)的穩(wěn)定性進行了判定，仿真和實驗結(jié)果表明，隨著初始零位偏差的增大，轉(zhuǎn)速環(huán)的響應(yīng)性能和抗擾性能將會變差。在總結(jié)常用的限幅策略的基礎(chǔ)上提出了一種新的限幅方法，理論分析了證明了該方法的有效性和優(yōu)良性。對按定子磁鏈定向的直接轉(zhuǎn)矩控制策略進行了原理性的分析，在常規(guī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方案的基礎(chǔ)上對定子磁鏈幅值的給定機制進行了改良，仿真表明，這種新的定子磁鏈幅值給定機制使得電磁轉(zhuǎn)矩的階躍響應(yīng)性能達到最優(yōu)。分析比

20、較了按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制和按定子磁鏈定向的直接轉(zhuǎn)矩控制兩種方案的控制結(jié)構(gòu)上的異同點和電磁轉(zhuǎn)矩環(huán)的階躍響應(yīng)性能，融合二者的優(yōu)點，研究了按定子磁鏈定向的電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)的控制算法，仿真和實驗驗證了該方法的有效性和階躍響應(yīng)的優(yōu)越性。最后搭建了全數(shù)字永磁同步電動機伺服控制系統(tǒng)的硬件平臺并在硬件平臺上實現(xiàn)了矢量控制算法、直接轉(zhuǎn)矩控制算法及融合算法。實驗結(jié)果也在一定程度上驗證了三種控制算法的優(yōu)缺點。設(shè)計了21位雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器解碼作為全數(shù)字永磁同步電動機的伺服控制系統(tǒng)的反饋通道。實驗中搭建測試平臺，用自準直儀和多面棱鏡對該測角系統(tǒng)精度進行測量。結(jié)果表明，測角誤差均方根值達到20角秒，經(jīng)系統(tǒng)誤差

21、修正后整個系統(tǒng)測角誤差均方根值達到9.46角秒。最后本文對測角系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差產(chǎn)生原因進行了分析。7永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制若干關(guān)鍵問題研究【作者】 張曉光； 【導(dǎo)師】 孫力； 【作者基本信息】 哈爾濱工業(yè)大學(xué)， 電機與電器， 2014， 博士【摘要】 永磁同步電機具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高和運行可靠等諸多優(yōu)點在數(shù)控機床、航空航天和機器人研究等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而永磁同步電機是一個強耦合、多變量、非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，為了滿足在復(fù)雜工作環(huán)境下高可靠性與高性能的控制要求，需要解決參數(shù)攝動、外部擾動等不確定性因素所帶來的諸多問題。本文以復(fù)雜工作環(huán)境下永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)為研究對象，開展基

22、于滑模變結(jié)構(gòu)控制理論的非線性控制策略、擾動自抑制控制技術(shù)、無位置傳感器運行方法及逆變器故障診斷技術(shù)的相關(guān)研究，探討高性能與高可靠性永磁同步電機驅(qū)動控制的實現(xiàn)途徑與策略，具有理論與工程應(yīng)用雙重價值。首先，建立了永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型，并對滑模變結(jié)構(gòu)等速趨近律與指數(shù)趨近律進行了分析。指出其趨近速度與滑模抖振水平存在的矛盾問題，在其基礎(chǔ)上提出了兩種新型滑模趨近律，在有效抑制傳統(tǒng)滑模趨近律抖振現(xiàn)象的同時進一步提高了趨近速度，解決了現(xiàn)有趨近律存在的矛盾問題。給出了基于趨近律的轉(zhuǎn)速與電流滑?？刂破髟O(shè)計方法與過程，構(gòu)建了永磁同步電機滑模調(diào)速系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)控制性能。其次，深入分析了擾動對系統(tǒng)控制性能影響，以

23、擾動量作為系統(tǒng)擴展?fàn)顟B(tài)提出了一種擴展滑模擾動觀測器，給出了觀測器參數(shù)選取原則。所提出的擾動觀測器能夠同時對內(nèi)部參數(shù)攝動與外部負載擾動進行準確估計，并且其具有的一階濾波功能可以有效抑制滑模抖振。為了克服系統(tǒng)參數(shù)攝動、外部擾動等不確定性對電機控制性能的影響，結(jié)合所提出的擾動觀測器與滑模速度控制器提出了一種抗擾動復(fù)合控制策略。該策略將擾動觀測器實時估計的系統(tǒng)擾動量前饋輸入到滑模速度控制器中，提高了永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)的抗擾動能力。再次，為增強系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)能力、提高系統(tǒng)可靠性，分析基于傳統(tǒng)滑模觀測器的永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置與速度估計方法，并指出其存在的低通濾波器影響觀測精度的問題，在高階滑?？刂婆c終端滑

24、?？刂苹A(chǔ)上提出了一種二階混合終端滑模觀測器，并對其滑?？刂坡蛇M行了設(shè)計，所提出的新型觀測器在有效抑制滑模固有抖振現(xiàn)象的同時避免了傳統(tǒng)滑模觀測器中低通濾波環(huán)節(jié)的引入，提高了轉(zhuǎn)子位置與速度的觀測精度。同時，在其基礎(chǔ)上進一步分析了永磁同步電機參數(shù)攝動對觀測器估計結(jié)果幅值與相位的影響；最后，為了進一步提高永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)的可靠性，構(gòu)建了永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)混合邏輯動態(tài)模型與滑模電壓觀測器，在此基礎(chǔ)上提出一種無電壓傳感器永磁同步電機逆變器開路故障診斷方法，該方法首先獲取混合邏輯動態(tài)模型提供的先驗電壓信息與電壓觀測器估計電壓信息之間的殘差，然后對電壓殘差進行分析與評價從而提取故障信息，所提方法實現(xiàn)了

25、永磁同步電機逆變器開關(guān)管開路故障的準確定位與診斷，解決了電壓傳感器帶來的增加系統(tǒng)潛在故障源與環(huán)境適應(yīng)性差等問題。8永磁同步電機傳動系統(tǒng)的幾類非線性控制策略研究及其調(diào)速系統(tǒng)的實現(xiàn)【作者】 侯利民； 【導(dǎo)師】 張化光； 【作者基本信息】 東北大學(xué)， 電力電子與電力傳動， 2010， 博士【摘要】 以永磁同步電機為執(zhí)行電機,采用高性能控制策略的控制系統(tǒng)目前已成為電氣傳動控制系統(tǒng)的一個主流發(fā)展方向。永磁同步電機是一個多變量、非線性、時變被控對象,控制系統(tǒng)受電機參數(shù)變化、外部負載擾動、對象未建模和非線性動態(tài)等不確定性的影響,要獲得高性能的永磁同步電機控制系統(tǒng),必須研究先進的控制策略以解決這些不確定性的影

26、響。近年來,國內(nèi)外學(xué)者圍繞如何提高其控制系統(tǒng)的性能、降低成本等問題上,采用了一些先進的非線性控制策略進行了大量的研究和實踐,取得了較為豐富的成果。然而對于永磁同步電機控制系統(tǒng)來說,單一先進的非線性方法只能針對某一類問題有效,不能普遍適用。因此,尋求有效的永磁同步電機綜合非線性控制方法成為本論文的主要研究內(nèi)容。論文依托國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)重點項目資助的電氣傳動及控制系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的研發(fā)(課題編號：2006AA04Z183),對永磁同步電機控制系統(tǒng)的速度控制、位置控制問題以及轉(zhuǎn)子位置自檢測問題進行了研究,立足獲得具有適應(yīng)性、可靠性、抗干擾能力和魯棒性較強的高性能永磁同步電機控制系統(tǒng)。

27、具體工作如下：1、針對無源控制方法使控制器設(shè)計簡單和系統(tǒng)穩(wěn)定性分析更加容易的特點,從能量角度分析永磁同步電機的控制器設(shè)計,采用互聯(lián)、阻尼配置的無源性控制方法,提出了一種新穎的基于端口受控耗散哈密頓(PCHD)方法的永磁同步電機無源滑?？刂葡到y(tǒng),其速度外環(huán)由滑模速度控制器實現(xiàn),電流內(nèi)環(huán)由無源控制器實現(xiàn),利用一種滑模觀測器估計速度。通過仿真驗證了策略的有效性。2、為了解決滑?？刂拼嬖诘亩墩駟栴}和在系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上增強魯棒性問題,提出了帶速度估計的自適應(yīng)模糊滑模軟切換的永磁同步電機魯棒無源控制方法。該方法利用雙曲正切函數(shù)代替符號函數(shù)設(shè)計了自適應(yīng)模糊滑模軟切換速度控制器,實現(xiàn)了軟切換連續(xù)控制,削弱了

28、滑模控制存在的抖振現(xiàn)象,通過設(shè)計魯棒無源電流控制器,在系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上增強了魯棒性,采用自適應(yīng)滑模觀測器進行速度和轉(zhuǎn)子位置的估計。通過仿真驗證了策略的有效性。3、為了對速度控制系統(tǒng)未知狀態(tài)和不確定干擾項的實時作用量進行估計并實現(xiàn)前饋補償,進一步提高系統(tǒng)的抗擾能力,提出了兩種新穎的帶有擴張狀態(tài)觀測器的永磁同步電機速度控制方法。一種方法是針對滑模變結(jié)構(gòu)控制要求整個系統(tǒng)的攝動必須在一定范圍內(nèi),而且這個范圍與整體控制效果相互制約的這一問題,提出了帶擴張狀態(tài)觀測器補償?shù)淖赃m應(yīng)滑模調(diào)節(jié)的永磁同步電機自抗擾-無源控制方法,其速度環(huán)采用一種自適應(yīng)滑?？刂破?利用擴張狀態(tài)觀測器觀測系統(tǒng)的干擾,并進行前饋補償,

29、電流環(huán)采用了以無源控制為基礎(chǔ),自抗擾控制技術(shù)為輔的融合控制策略。另一種方法是從基于解耦模型控制策略的逆系統(tǒng)方法對變化很快的外部擾動抑制效果不理想的角度出發(fā),借助于擴張狀態(tài)觀測器的優(yōu)勢,構(gòu)建了帶擴張狀態(tài)觀測器補償?shù)淖赃m應(yīng)逆系統(tǒng)綜合控制器,有效的實現(xiàn)了電流與轉(zhuǎn)速解耦控制。通過仿真驗證了兩種策略的有效性。4、針對永磁同步電機位置控制系統(tǒng)追求定位的快速性、準確性和無超調(diào)的目標要求,按照雙環(huán)結(jié)構(gòu)的理念設(shè)計了三環(huán)位置控制系統(tǒng),采用一階系統(tǒng)的自抗擾控制策略構(gòu)成位置外環(huán)控制器,采用自適應(yīng)反步法構(gòu)成速度環(huán)、電流環(huán)控制器的三環(huán)系統(tǒng),增強了系統(tǒng)的魯棒性,保證了速度控制精度。針對三環(huán)位置控制系統(tǒng),通過仿真驗證控制策略

30、的有效性。5、針對全速度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)子位置自檢測問題,提出了一種將脈振高頻電壓信號注入法和模型參考自適應(yīng)法有機結(jié)合的新型無速度傳感器的復(fù)合方法,進而分別設(shè)計了永磁同步電機無速度傳感器的SVPWM調(diào)制的id=0矢量控制系統(tǒng)和最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。通過設(shè)計速度切換方案,實現(xiàn)了速度的平穩(wěn)過渡。此復(fù)合方法解決了單一方法不能在全速度范圍內(nèi)同時兼顧良好的動態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能的問題。通過仿真驗證了兩種策略的有效性。6、依托國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)資助的項目,搭建了22kW永磁同步電機id=0矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的實驗平臺,重點對網(wǎng)絡(luò)化的綜合自動化測試單元進行了介紹。通過實驗驗證了系統(tǒng)的性能指標達到了目標要求。9永

31、磁同步電機多參數(shù)在線辨識研究【作者】 劉侃； 【導(dǎo)師】 章兢； 【作者基本信息】 湖南大學(xué)， 控制理論與控制工程， 2011， 博士【摘要】 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,永磁同步電機(PMSM)由于具有運行效率高、高起動力矩、高功率/轉(zhuǎn)矩密度等性能,已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于高性能精確伺服、航天航空、風(fēng)力發(fā)電和車載混合動力系統(tǒng)里。而在基于永磁同步電機的控制系統(tǒng)里,控制器設(shè)計往往需要精確的電機參數(shù)值來輔助設(shè)計,如無速度傳感器控制、矢量控制最優(yōu)PI值設(shè)計、電壓源逆變器非線性因素在線辨識/補償?shù)?。但是隨著溫度、負載和磁飽和程度的變化,永磁同步電機的定子電感、繞組電阻和轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值等參數(shù)值大小都會隨之而變化(

32、偏離常溫下設(shè)計值)。其中,溫度對永磁電機參數(shù)的影響(尤其是定子繞組電阻和轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值)是最明顯也是最常見的。對于定子繞組來說,溫度的上升會導(dǎo)致繞組電阻值變大,而對于轉(zhuǎn)子永磁來說,溫度的上升會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值下降。當(dāng)電機實際參數(shù)值相對于常溫下的設(shè)計參數(shù)值發(fā)生比較大變化時,會對所設(shè)計的控制系統(tǒng)性能造成很大影響,甚至?xí)屍錈o法工作。因此,現(xiàn)在主流的研究趨勢是通過系統(tǒng)辨識理論,利用量測的電機終端信號如定子繞組電流、電壓和轉(zhuǎn)速來估算定子繞組電阻和轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值的大小,進而在線調(diào)整控制器參數(shù)和間接估算定子繞組和轉(zhuǎn)子永磁的溫度。本文對該類技術(shù)進行了深入和全面的研究,提出該技術(shù)的核心是要解決“兩個問

33、題”,并在這“兩個問題”的基礎(chǔ)上提出“三個解決方案”,最終在一套基于矢量控制的表面式永磁同步電機試驗平臺上進行了驗證。該技術(shù)的兩個核心問題為：(1)辨識算法所用參考/可變模型秩數(shù)的問題。本文首先分析了永磁同步電機穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下的欠秩方程,指出一個滿秩的參考/可變模型才能確保電機參數(shù)辨識算法收斂于實際值,并用理論和試驗分析了現(xiàn)有基于電機穩(wěn)態(tài)欠秩模型的參數(shù)辨識方法的利弊。基于現(xiàn)有電機穩(wěn)態(tài)欠秩模型參數(shù)辨識方案,分別設(shè)計了基于模型參考自適應(yīng)(MRAS)和Adaline神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的永磁同步電機在線參數(shù)辨識器進行驗證分析。(2)電機參數(shù)辨識算法精度受電壓源逆變器(voltage source inverte

34、r, VSI)非線性因素補償影響的問題。本文首先通過理論和試驗分析了VSI非線性因素補償對電機各種參數(shù)辨識精度的影響,并證明相對于定子繞組電阻辨識和電感辨識,在額定轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值辨識受VSI非線性因素補償精度的影響最小。其次,推導(dǎo)了PI調(diào)節(jié)器給定參考電壓和逆變器非線性因素等效電壓在永磁同步電機轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的狀態(tài)方程模型,基于該模型提出了一個可以在線估算id=0控制時的逆變器非線性因素等效電壓值的方案。綜合對“兩個問題”的理論和實驗分析,可以知道永磁同步電機參數(shù)辨識技術(shù)的核心問題有兩點：構(gòu)建一個滿秩的參考/可變辨識模型和合理的電壓源逆變器(VSI)非線性因素補償方案。圍繞該兩點問

35、題,本文進一步提出了三個參數(shù)辨識方案。這三個方案都考慮了算法所用參考/可變模型的秩數(shù),都能保證辨識算法正確收斂于電機實際參數(shù)值。其次,該三個方案都考慮了電壓源逆變器非線性因素的影響,并在辨識器設(shè)計里綜合了相應(yīng)的補償方案。三個方案如下：(1)提出誤差分析法,設(shè)計了適用于隱極式永磁同步電機參數(shù)辨識的簡化滿秩模型。該方案只需要注入一個d軸弱磁電流脈沖,就能在線檢測出永磁同步電機的定子電感,繞組電阻和轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值。利用該方案,設(shè)計了基于Adaline神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和基于免疫克隆算法的在線辨識器并通過試驗進行了驗證。(2)針對恒轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩負載控制,設(shè)計了滿秩的表面式永磁同步電機辨識方案。該方案只需要注入一

36、個d軸正電流脈沖,就能獲得一個滿秩的參考/可變模型。該方案不用測量負載轉(zhuǎn)矩大小,利用恒轉(zhuǎn)矩方程抵消了交直軸電感和轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值因為注入d軸正電流脈沖而導(dǎo)致的變化,因此能夠在線同時辨識轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值和定子繞組電阻值。利用該方案,設(shè)計了基于Adaline神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和基于免疫克隆算法的在線辨識器并通過試驗進行了驗證。(3)研究了通過埋入熱電偶在線監(jiān)測定子繞組電阻變化,減少永磁同步電機穩(wěn)態(tài)模型待辨識參數(shù)數(shù)量的方案。在id=0控制時,該方案能夠構(gòu)建滿秩的參考/可變模型來在線辨識轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值的變化。利用本文所提適用于id=O控制的電壓源逆變器非線性因素辨識/補償方案,該方法能夠精確在線辨識轉(zhuǎn)子永磁磁

37、鏈幅值隨溫度的變化。綜上所述,本文通過理論和實驗分析了永磁同步電機參數(shù)辨識技術(shù)的兩點核心問題,并針對該兩點核心問題設(shè)計了三套永磁同步電機參數(shù)辨識方案,并在實驗里進行了驗證。該三套參數(shù)辨識方案適用于不同的應(yīng)用場合,具有很好的理論意義和實用價值。10基于現(xiàn)代控制理論的永磁同步電機控制研究【作者】 錢苗旺； 【導(dǎo)師】 譚國?。?【作者基本信息】 中國礦業(yè)大學(xué)， 電力電子與電力傳動， 2013， 博士【摘要】 永磁同步電動機具有體積小、重量輕；結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠；損耗小，效率高等優(yōu)點。目前，永磁電機已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、國防、制造業(yè)以及日常生活的各個領(lǐng)域。但是，永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型具有非線性、強耦合的

38、特點，實現(xiàn)電機的高性能控制十分困難。為了提高永磁同步電機的控制性能，實現(xiàn)電機的高性能控制，本文做了一些相關(guān)的工作。提出了一種三相電壓型PWM整流器反步控制策略。通過對虛擬反饋控制和Lyapunov函數(shù)的構(gòu)造，使得系統(tǒng)的每個狀態(tài)分量都具有一定的漸進性，進而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的全局漸進穩(wěn)定。通過仿真證明了反步控制策略比傳統(tǒng)的PI控制擁有更好的控制性能，該結(jié)果也通過實驗進行了進一步驗證。提出了一種基于ICPSO算法的永磁同步電機H2/H混合控制策略。首先在傳統(tǒng)CPSO算法的基礎(chǔ)上，將種群的全局次優(yōu)引入算法的更新公式，得到了改進的ICPSO算法。然后，通過混合靈敏度方法以及ICPSO算法求取擁有最優(yōu)H2/H

39、混合性能指標的控制器，從而實現(xiàn)永磁同步電機的H2/H混合控制。通過仿真證明了H2/H混合控制策略比傳統(tǒng)的PI控制擁有更好的控制性能，該結(jié)果也通過實驗進行了進一步驗證。提出了一種基于微分幾何方法的永磁同步電機反饋線性化控制策略。根據(jù)反饋線性化的原理，對永磁同步電機系統(tǒng)進行了坐標變換和狀態(tài)反饋，實現(xiàn)了系統(tǒng)的線性化。對線性化后的系統(tǒng)采用線性魯棒方法設(shè)計了控制器。最后通過永磁同步電機在低速及高速兩種工況下的仿真和實驗證明了反饋線性化控制策略較之PI控制和H2/H混合控制均具有更好的控制效果和抗負載擾動性能。提出了一種基于差分卡爾曼濾波（CDKF）的永磁同步電機無傳感器控制方法。差分卡爾曼濾波采用Sti

40、rling插值對系統(tǒng)方程進行近似，能夠達到二階精度。本文將CDKF方法用于永磁同步電機轉(zhuǎn)速和位置的估計，仿真和實驗結(jié)果證明了采用CDKF實現(xiàn)永磁同步電機無傳感器控制，轉(zhuǎn)速和角度估計精度都高于傳統(tǒng)的擴展卡爾曼濾波（EKF）方法，系統(tǒng)無傳感器控制效果良好。11永磁同步電機變頻驅(qū)動魯棒控制策略研究【作者】 張輝； 【導(dǎo)師】 譚國??； 【作者基本信息】 中國礦業(yè)大學(xué)， 電力電子與電力傳動， 2011， 博士【摘要】 永磁同步電機具有高效率、高功率密度、高轉(zhuǎn)矩電流比、可靠性好、環(huán)境適應(yīng)性強等優(yōu)點,在工業(yè)領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。目前永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)廣泛采用雙閉環(huán)PI控制器。PI控制器以單輸入單輸出線

41、性時不變系統(tǒng)為主要控制對象,而永磁同步電機為非線性多輸入多輸出系統(tǒng),理論上魯棒控制器更適合永磁同步電機的控制。本文以交-直-交變頻驅(qū)動永磁同步電機為研究對象,針對永磁同步電機的魯棒控制策略開展深入研究,建立了雙PWM交-直-交變頻驅(qū)動控制系統(tǒng),實現(xiàn)了前端可控整流和機側(cè)矢量控制,具有網(wǎng)側(cè)高功率因數(shù)低諧波運行,能量雙向流動,機側(cè)控制性能優(yōu)良的特點。本文提出了一種三相PWM整流器H魯棒控制策略?；赑WM整流器的數(shù)學(xué)模型,建立了滿足H魯棒控制標準型的增廣狀態(tài)方程;采用PSO算法解決H魯棒控制中權(quán)函數(shù)的選擇問題,實現(xiàn)了H魯棒控制器的參數(shù)整定和系統(tǒng)優(yōu)化;依據(jù)Riccati不等式的正定解,計算得出控制器參

42、數(shù)。仿真和實驗證明了所提出的控制策略比PI控制器擁有更好的控制性能。本文提出了一種永磁同步電機H魯棒控制策略。構(gòu)造了永磁同步電機H魯棒控制標準型,依據(jù)永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型,建立了增廣狀態(tài)方程;利用PSO算法進行參數(shù)整定和優(yōu)化,根據(jù)Riccati不等式的正定解,計算得到控制器參數(shù)。仿真和實驗證明了該控制策略的有效性。本文提出了一種基于L2增益的永磁同步電機非線性魯棒控制策略。采用反步法求解控制器,將永磁同步電機系統(tǒng)分解成兩個子系統(tǒng),并根據(jù)耗散不等式理論,構(gòu)造出合適的存儲函數(shù),分別證明了由反步法所得到的兩個子系統(tǒng)的虛擬鎮(zhèn)定函數(shù)滿足L2增益的非線性魯棒控制器的兩個設(shè)計要求,從而使所得到的非線性魯棒

43、控制器在系統(tǒng)沒有外界干擾時是漸進穩(wěn)定的;在系統(tǒng)存在外界干擾時,可以有效抑制干擾。仿真和實驗證明了基于L2增益的永磁同步電機非線性魯棒控制較之于PI控制和線性H魯棒控制具有更好的抗負載擾動能力。本文提出了一種基于注入脈振電壓法的新型永磁同步電機初始位置檢測方法。對永磁同步電機注入脈振電壓,不斷改變電壓注入位置,通過檢測電流iq的大小來判斷轉(zhuǎn)子d軸位置;根據(jù)所產(chǎn)生的電流的直流偏置來判斷N-S極性。該方法魯棒性強,不需要采用較多濾波器,實驗證明了該方法具有較高的檢測精度。該論文有圖73幅,表2個,參考文獻169篇。12礦用電機車的永磁同步電機控制關(guān)鍵技術(shù)研究【作者】 鄭昌陸； 【導(dǎo)師】 曹家麟； 【

44、作者基本信息】 上海大學(xué)， 控制理論與控制工程， 2013， 博士【摘要】 傳統(tǒng)的礦用電機車大都采用直流串勵電動機作為牽引電機，控制采用串電阻調(diào)速或斬波調(diào)速，少部分電機車采用三相異步電動機作為牽引電機，控制采用變頻調(diào)速控制，以上系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、便于操作、初期投入低等優(yōu)點，在國內(nèi)礦用電機車中得到廣泛的應(yīng)用。隨著礦山企業(yè)對安全高效、環(huán)保和節(jié)能提出更高的要求，采用高新技術(shù)替代傳統(tǒng)技術(shù)顯得尤為迫切。利用永磁同步電動機作為牽引電機的控制方案，具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高、安全性能好、系統(tǒng)可靠等優(yōu)點，在礦山牽引行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。本文針對礦用電機車牽引的要求以及使用頻繁、環(huán)境惡劣等特點，以無傳感器永磁同步電

45、動機的牽引控制系統(tǒng)作為研究對象，圍繞礦用機車牽引實踐中存在的關(guān)鍵問題，研究相關(guān)控制方法并應(yīng)用于無傳感器永磁同步電動機的調(diào)速裝置，通過大量的工業(yè)現(xiàn)場實踐工作，使得牽引系統(tǒng)達到了工程應(yīng)用的要求。本文研究注重理論和實踐相結(jié)合，緊扣礦用電機車控制的實際問題，研究工作主要包括以下幾個方面：1、無傳感器永磁同步電動機需要準確地獲取轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速信息，本文研究和探討了一種較為簡便易行的方案，即基于鎖相環(huán)（PLL）原理的轉(zhuǎn)子位置估計器。進一步地，本文鑒于三相交流電機數(shù)學(xué)模型的共性，提出將原先廣泛應(yīng)用于異步電機的靜態(tài)補償電壓模型（SCVM）方案應(yīng)用于永磁同步電機的轉(zhuǎn)子位置估計方法。結(jié)果表明采用這種轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速

46、估計的永磁同步電機無傳感器矢量控制系統(tǒng)表現(xiàn)出較好的動靜態(tài)性能。2、對于如何實現(xiàn)在電動機低速甚至零速條件下仍然能夠?qū)D(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)有效控制，本文研究了兩種基于高頻信號注入的內(nèi)置式永磁同步電機（IPMSM）無傳感器低速控制方法，即高頻脈振電壓注入法和高頻旋轉(zhuǎn)電壓注入法。這兩種控制方法都是采用額外注入高頻電壓信號的方式，通過對電機高頻電流響應(yīng)進行適當(dāng)?shù)男盘柼幚砗筇崛〕鲇糜谵D(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速估計的偏差信號，所設(shè)計的高頻注入仿真模型能夠?qū)崿F(xiàn)電機低速甚至零速狀態(tài)的穩(wěn)定有效運行，仿真和實際應(yīng)用結(jié)果表明兩種方法對電機轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速都具有良好的跟蹤效果。3、針對永磁電動機調(diào)速裝置相對封閉，散熱性能差的實際問題，論文

47、提出采用降低開關(guān)頻率的永磁同步電機復(fù)矢量控制方法。通過建立永磁同步電機無傳感器矢量控制模型，對不同調(diào)節(jié)器性能的評估分析表明，采用直接設(shè)計法的離散復(fù)矢量電流控制器具有較強的魯棒性，其性能表現(xiàn)最優(yōu)。通過應(yīng)用該方法，使得調(diào)速裝置在實際應(yīng)用過程中降低了發(fā)熱量，有效解決了設(shè)備應(yīng)用過程中因溫升過高而頻繁保護的問題，提高了系統(tǒng)的可靠性。4、無傳感器永磁同步電動機初始位置檢測的準確性直接決定著電動機的啟動特性，論文探討了基于高頻脈振電壓注入和高頻旋轉(zhuǎn)電壓注入的內(nèi)置式永磁同步電機的兩種轉(zhuǎn)子初始位置檢測方法，能夠在電機的電流響應(yīng)中得到準確的轉(zhuǎn)子初始位置，仿真和實際應(yīng)用表明所設(shè)計的初始位置仿真模型的有效性和可行性，

48、解決了無傳感器條件下內(nèi)置式永磁同步電動機轉(zhuǎn)子初始位置檢測這一關(guān)鍵問題。5、通過大量的牽引試驗和現(xiàn)場工程應(yīng)用表明，以高性能數(shù)字信號處理器為硬件核心，設(shè)計滿足逆變器控制和電機車控制的調(diào)速器控制電路，將如何獲取轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速信息、如何實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制、如何降低功率器件開關(guān)頻率等關(guān)鍵控制技術(shù)應(yīng)用于調(diào)速裝置中，有效解決了電機車采用無傳感器永磁同步電動機控制的相關(guān)關(guān)鍵問題。工程應(yīng)用表明，電機車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加合理，防爆性能可靠，具有電制動功能，啟動平滑，剎車距離短；無論驅(qū)動過程還是制動過程，均為無級調(diào)速，機械沖擊小，極大降低了機械磨損，維護工作量大大降低；同時機車的續(xù)航里程大大提高，提高了機車的使用效率。

49、總之，采用永磁同步電動機及其控制系統(tǒng)的礦用電機車具有安全、高效、節(jié)能等優(yōu)點。13永磁電動機控制系統(tǒng)若干問題的研究【作者】 劉軍； 【導(dǎo)師】 俞金壽； 【作者基本信息】 華東理工大學(xué)， 控制理論與控制工程， 2010， 博士【摘要】 隨著永磁材料、電力電子技術(shù)、先進控制技術(shù)的發(fā)展,永磁電動機由于結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、損耗小、效率高等優(yōu)點而引起人們的重視,并在國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等方面獲得越來越廣泛的應(yīng)用。根據(jù)永磁電動機感應(yīng)電動勢和驅(qū)動電流的不同,永磁電動機可以分為無刷直流電動機(Brushless DC Motor, BLDCM)和永磁同步電動機(Permanent Magnet Sy

50、nchronous Motor, PMSM)。BLDCM由于功率密度高、控制簡單、成本低等優(yōu)點在電動汽車、家用電器等領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用,缺點是存在轉(zhuǎn)矩脈動大、鐵心附加損耗大,在高精度、高性能要求的伺服驅(qū)動系統(tǒng)中(尤其是低速直驅(qū)場合)的應(yīng)用受到很大制約；PMSM由于具有功率因數(shù)高、動態(tài)響應(yīng)快、調(diào)速范圍寬且運行平穩(wěn)、過載能力強等優(yōu)點,逐步成為現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中驅(qū)動電機的主體,但其控制系統(tǒng)相對復(fù)雜,控制系統(tǒng)出現(xiàn)的各種問題一直是學(xué)者的研究焦點。論文在分析研究現(xiàn)有永磁電動機控制方式的基礎(chǔ)上,對永磁電動機控制系統(tǒng)若干問題進行了較為深入研究,主要研究成果如下：1.在詳細介紹無刷直流電動機結(jié)構(gòu)、工作原理、數(shù)學(xué)模

51、型以及三相六狀態(tài)PWM控制方式的基礎(chǔ)上,分析比較了五種PWM斬波方式的工作特點,給出了無刷直流電動機四象限運行的實現(xiàn)方法；針對制動時采用的低速能量回饋制動控制方法,提出了一種用來釋放多余回饋能量的電壓泵升電路,仿真和實驗結(jié)果表明了電路的正確性和可行性。2.給出基于旋轉(zhuǎn)坐標系dq坐標軸的永磁同步電機的各種矢量控制策略,并針對傳統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器與位置調(diào)節(jié)器無法滿足高性能永磁同步電動機快速動態(tài)響應(yīng)的特點,提出在傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上,速度調(diào)節(jié)器引入變控制方式與微分負反饋相結(jié)合、位置調(diào)節(jié)器采用變控制方式的方法,仿真和實驗結(jié)果均表明雙變控制方式能夠有效地優(yōu)化系統(tǒng)的快速動態(tài)響應(yīng)性能。3.從永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型

52、出發(fā),著重分析了無位置傳感器永磁同步電動機的控制方法。結(jié)合滑模變結(jié)構(gòu)控制方法,設(shè)計了滑模狀態(tài)觀測器,實現(xiàn)永磁同步電機無傳感器轉(zhuǎn)子位置和速度進行估算；并通過測量電機的靜態(tài)三相電感和電阻參數(shù),給出計算永磁同步電機dq坐標系下電感參數(shù)(Ld、Lq)、相電阻rs及磁鏈系數(shù)f計算方法,通過實驗驗證,該方法正確可行。4.針對無位置傳感器永磁同步電機起動困難問題,從永磁同步電機數(shù)學(xué)模型及電穩(wěn)態(tài)原理出發(fā),建立永磁同步電機電穩(wěn)態(tài)模型觀測器,實現(xiàn)低速轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速估算,該方法可以有效地實現(xiàn)無位置傳感器永磁同步電機穩(wěn)定起動,具有算法簡單、起動電流小、切換平滑、可靠性高等優(yōu)點,實驗結(jié)果表明了該方法的正確性和有效性。5

53、.針對利用滑模變結(jié)構(gòu)實現(xiàn)永磁同步電機無傳感器矢量控制存在的滑模抖動問題,提出在反電動勢輸出端引入擴展卡爾曼濾波器,并引用飽和函數(shù)sat(s)代替符號切換函數(shù)sign(s),使得滑模觀測器反電勢波形更加平滑和準確,轉(zhuǎn)子位置估算更加準確,仿真結(jié)果驗證了算法的正確性和可行性。14基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機控制策略的研究【作者】 李鴻儒； 【導(dǎo)師】 顧樹生； 王建輝； 【作者基本信息】 東北大學(xué)， 控制理論與控制工程， 2001， 博士【摘要】 近年來,隨著稀土永磁材料、電力電子器件、微處理器、變頻器設(shè)計技術(shù)和控制理論的飛速發(fā)展,永磁同步電機在中、低容量的運動控制中得到了廣泛應(yīng)用。然而,由于永磁同步電

54、機驅(qū)動系統(tǒng)受電機參數(shù)變化、外部負載擾動、對象未建模和非線性動態(tài)等不確定性的影響,要獲得高性能的永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng),必須研究先進的控制策略以解決這些不確定性的影響,使系統(tǒng)具有較強的自適應(yīng)能力和抗干擾能力。本文在對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及算法研究的基礎(chǔ)上,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在非線性、不確定性系統(tǒng)控制和辨識方面優(yōu)越的性能,結(jié)合PID控制、自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制等方法的優(yōu)點,對永磁同步電機速度、位置控制問題以及無傳感器控制問題進行了研究,克服了永磁同步電機系統(tǒng)參數(shù)變化和外界擾動等不確定性的不良影響。理論分析和實驗仿真結(jié)果證明了所提出方法的有效性。主要內(nèi)容概括如下:1.對永磁同步電機的矢量控制技術(shù)進行了系統(tǒng)的分析

55、,深入地剖析了i_d=0控制的機理,指出矢量控制只是一種靜態(tài)解耦,并非完全解耦,永磁同步電機的i_d=0控制實質(zhì)是一種矢量解耦控制,可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩線性化控制。2.對遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法進行了研究。首先對對角遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的BP算法進行了修正,簡化了算法。然后在盡量保留對角遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點的基礎(chǔ)上,根據(jù)生物神經(jīng)元之間連接的特點,提出一種準對角遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)于對角遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。再后對對角遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和準對角遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提出了遞推預(yù)報誤差學(xué)習(xí)算法,并且針對遞推預(yù)報誤差學(xué)習(xí)算法的不足進行了改進,改進的遞推預(yù)報誤差學(xué)習(xí)算法提高了收斂速度,但增加了計算的復(fù)雜性,并且權(quán)的訓(xùn)

56、練需要集中運算,沒有發(fā)揮神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并行結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。最后,提出了并行遞推預(yù)報誤差學(xué)習(xí)算法,在收斂性變化不大的情況下,把計算分配到網(wǎng)絡(luò)的每個神經(jīng)元,完全符合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并行結(jié)構(gòu)的特點,而且計算量也只是改進的遞推預(yù)報誤差學(xué)習(xí)算法的一小部分。3.對永磁同步電機傳動系統(tǒng)提出了兩種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)控制方法。15船舶電力推進永磁同步電機非線性反步控制器設(shè)計與優(yōu)化研究【作者】 楊明； 【導(dǎo)師】 王興成； 【作者基本信息】 大連海事大學(xué)， 控制理論與控制工程， 2012， 博士【摘要】 船舶電力推進系統(tǒng)由于具有節(jié)約空間、減少燃油消耗和提高船舶性能等優(yōu)點,成為未來船舶動力系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。推進電機作為船舶電力推進

57、系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分,其性能高低一定程度上決定了船舶電力推進系統(tǒng)性能的好壞。船舶電力推進永磁同步電機具有高能量密度等特點,能夠較好地滿足電力推進系統(tǒng)的需求,應(yīng)用較為廣泛。同時,永磁同步推進電機為非線性強耦合系統(tǒng),其負載轉(zhuǎn)矩受到多變海洋環(huán)境的影響也時刻發(fā)生著改變。因此永磁同步電機的非線性控制技術(shù)是提高船舶電力推進系統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文以自適應(yīng)反步法控制為基礎(chǔ),結(jié)合模糊控制理論和粒子群優(yōu)化技術(shù),對永磁同步推進電機非線性控制器設(shè)計與優(yōu)化算法進行研究。本文主要工作包括以下幾個方面：1.在介紹船舶電力推進系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及各部分的工作機理的基礎(chǔ)上,建立永磁同步推進電機和柴油發(fā)電機組的計算機仿真模型,并進行

58、永磁同步電機負載轉(zhuǎn)矩擾動和參數(shù)不確定情況下的仿真試驗,以作為永磁同步電機非線性自適應(yīng)反步控制器設(shè)計與優(yōu)化的基礎(chǔ)。2.針對負載轉(zhuǎn)矩擾動和d-q軸電感不確定問題,提出永磁同步電機帶微分的自適應(yīng)積分反步控制策略,并分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過構(gòu)造適當(dāng)?shù)睦钛牌罩Z夫函數(shù),推導(dǎo)出帶d-q軸電流誤差微分項的自適應(yīng)律和帶d-q軸電流誤差積分項的控制律,并引入抗飽和積分器,提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。仿真和實驗結(jié)果表明算法具有良好的抗干擾能力和魯棒性能。3.為進一步提高永磁同步電機的速度響應(yīng)和魯棒性能,結(jié)合模糊理論,提出永磁同步電機模糊自整定反步控制策略,并根據(jù)電機運行狀態(tài)的變化規(guī)律,提出了模糊推理模塊的比例和量化因子、隸屬

59、度函數(shù)和模糊規(guī)則的設(shè)計方法。仿真和實驗結(jié)果表明算法的有效性。4.由于帶微分項的自適應(yīng)積分反步控制器參數(shù)較多,所以參數(shù)整定較為困難。針對這一問題,提出控制器參數(shù)的自適應(yīng)權(quán)重粒子群優(yōu)化算法,并根據(jù)優(yōu)化算法的收斂性分析,確定自適應(yīng)權(quán)重和加速因子的取值范圍。隨后提出了一種單目標優(yōu)化算法求解多目標優(yōu)化問題的方法。仿真和實驗結(jié)果表明該優(yōu)化算法能夠有效整定控制器參數(shù)。5.針對模糊自整定反步控制器參數(shù)優(yōu)化問題,提出一種新的混合粒子群優(yōu)化算法,并給出收斂性證明。該算法在標準粒子群速度更新公式中增加了鄰域最優(yōu)部分,引入自適應(yīng)加速因子和動態(tài)鄰域,以防止算法早熟,保證算法的收斂。同時由于變異操作和多次重啟機制的存在使粒子具有較強的局部搜索和跳出局部極值點的能力?；诖怂惴捌涫諗織l件,結(jié)合模糊反步控制器的特點,確定算法搜索空間、慣性權(quán)重和加速因子值。仿真和實驗結(jié)果表明該算法能夠有效地優(yōu)化模糊自整定反步控制器參數(shù)。6.建立dSPACE永磁同步電機