永磁同步电机的复合优化控制策略及应用研究

AC permanent magnet synchronous motor(PMSM) servo system is a multivariable nonlinear and strongly coupled system, and there are always many unmeasured disturbances existed in operational conditions. As for the unlinear system in practical engineering, some theory and application problems on unlinear control methods and distuabance active control are researched in this project proposal. On the one hand, some feedback control methods is worthy to go and study to enhance the disturbance rejection property of the system, and the controllers are designed based on the preictive functional control(PFC) and finite-time control(FTC) from the optimization point of view. On the other hand, a composite controller with the feed-forward compensation item is a more effective way to meet the fast tracking.and resist disturbance greatly, two separate studies are presented about the theory and digital implementation on disturbance active control based on disturbance observer(DOB) and extended state observer(ESO). And the theory and experimental realization are used in the motor servo system under vector control and direct torque control.

交流永磁同步电机伺服系统为强耦合的非线性多变量系统，且运行过程中存在许多不能直接测量的扰动和参数不确定性等因素。本项目针对该非线性系统，研究基于非线性控制方法和干扰主动控制的若干理论及其应用问题。一方面，利用反馈控制方法提高系统的抗扰动性能值得不断探讨，从优化的角度，设计基于预测函数控制(PFC)和有限时间控制(FTC)的控制器；另一方面，结合前馈补偿控制的复合控制器方案是满足快速跟踪性能和提高系统抗扰动性能的更有效的方法，分别对基于扰动观测器(DOB)和扩张状态观测器(ESO)的主动控制理论研究和数字化实现方式进行研究。并将本项目的理论实验结果应用于矢量控制和直接转矩控制下的电机伺服系统。

交流伺服电机系统具有非线性、强耦合、强扰动的特点，需要对控制策略进行优化，并将先进的控制算法应用到工业过程。本项目首先从永磁同步电动机的运动控制和应用方面展开了研究工作，研究了永磁同步电动机在矢量控制方案下的滑模观测器方法，加入锁相环的无位置传感器技术和直接转矩控制方案下，定子电阻的改变对定子磁链观测器和电磁转矩带来的影响。同时，针对伺服电机的应用，发明了一种粉末电导率测试装置，其中的核心部件是电缸和测试台，采用电机与控制器实现精确的位置控制、速度控制和推力控制。另外，将非线性复合控制方法应用到了其它的自动控制系统，如多输入多输出的飞机控制系统和智能小车。将电机、电力电子变换及其控制有机的结合起来进行一体化分析，研究逆变电源对交流电机的影响和可控优化运行。项目进行过程中，研发了dSPACE配套的电机控制平台、3kwdsp电机开发平台和5kw逆变电源实验样机等实验平台，并开展相关的测试，为后续的工作奠定了基础。