永磁同步电机驱动系统的信号与能量协调控制

The coordination control of signal and energy is urgently science problem for the permanent magnet synchronous motor (PMSM) drive system．The coordination control principles of the PMSM drive systems are established based on signal and energy conversion viewpoints. The PMSM drive systems can be viewed as signal and energy transformation devices with multi-port, upon signal and energy transformation, add up their signals and energies to determine control behavior of the full system. The project gives design methods of signal controller, energy controller and coordination control strategy. The signal controller achieves rapidly the position (or speed) tracking control of the PMSM drive systems, and the PMSM drive systems have good dynamic and steady state responses. The energy controller implements the energy optimization control of the PMSM drive systems, and it optimizes input-output energy and minimizes loss energy according to the load size of the PMSM. The signal and energy coordination control strategy realizes not only the position (or speed) tracking control of PMSM drive systems, but also the energy optimization control of PMSM drive systems, especially the four quadrants operation of the PMSM, controllable direct current bus voltage and grid-side unity power factor. The projection will provide new methods for the high performance control of PMSM drive systems, and it has important theoretical significance and practical use value.

永磁同步电机(PMSM)驱动系统的信号与能量协调控制是亟待解决的科学问题。本项目基于信号与能量变换观点，系统地建立PMSM驱动系统的协调控制原理。我们将PMSM驱动系统认为是多端口的信号与能量变换装置，依靠信号和能量变换，并向端口注入信号和能量来确定控制系统的行为。项目研究给出信号控制器、能量控制器和协调控制策略的设计方法。信号控制器实现PMSM驱动系统的位置(或转速)信号快速跟踪控制，使系统具有快速动态和稳态响应。能量控制器实现PMSM驱动系统的能量优化控制，根据电机负载大小，实时优化和控制系统的输入输出能量，并使系统的损耗能量最小。信号与能量协调控制策略既实现PMSM驱动系统的位置(或转速)信号快速跟踪控制，又实现输入输出能量优化控制，尤其是实现电机侧四象限运行、直流母线电压可控、网侧单位功率因数。本项目为PMSM驱动系统的高性能控制提供新的方法，具有重要的理论意义和应用价值。

随着制造业的快速发展，永磁同步电机(PMSM)驱动系统得到了广泛应用。然而，如何实现PMSM驱动系统位置(或速度)信号与输入输出能量的高性能协调控制，确保电机侧四象限运行、电网侧单位功率因数、能量优化控制，则成为国际控制界的研究热点和难点。. 现有的PMSM驱动系统控制方法，一类是基于信号控制观点；另一类是基于能量控制观点。在科学和工程领域，动态系统是一个信号变换与能量变换统一体，不仅需要信号控制，而且还需要能量控制。因此，永磁同步电机(PMSM)驱动系统的信号与能量协调控制是亟待解决的科学问题。本项目将PMSM看作为二端口(电气端口和机械端口)的非线性信号和能量变换装置，通过向端口注入信号和能量来确定控制系统的行为，从而实现了PMSM驱动系统的信号与能量协调控制，这为PMSM驱动系统控制提供新的方法，基于能量优化控制还可收到节能效果。. 本项目基于信号与能量控制观点，系统地建立了PMSM驱动系统的信号与能量协调控制原理。基于信号与能量协调控制，分别研究PMSM驱动系统位置(或速度)信号的快速跟踪控制、输入输出能量的优化控制，并实现电机侧四象限运行、直流母线电压可控、电网侧单位功率因数。本项目研究给出了信号控制器、能量控制器和协调控制策略的设计方法。信号控制器实现了PMSM驱动系统的位置(或转速)信号快速跟踪控制，使系统具有快速动态和稳态响应。能量控制器实现了PMSM驱动系统的能量优化控制，根据电机负载大小，实时优化和控制系统的输入输出能量，并使系统的损耗能量最小。信号控制器与能量控制器的协调控制策略既实现了PMSM驱动系统的位置(或转速)信号快速跟踪控制，又实现了输入输出能量优化控制，尤其是实现了电机侧四象限运行、直流母线电压可控、网侧单位功率因数。本项目为PMSM驱动系统的高性能控制提供了新的方法，具有重要的科学意义和应用价值。