永磁同步电机博士论文目录概述.docx

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1、1永磁同步电机伺服系统非线性控制策略的研究【作者】 刘栋良； 【导师】 赵光宙； 【作者根本信息】 浙江大学， 控制理论与控制工程， 2005， 博士【摘要】 永磁同步电机(PMSM)伺服系统在工农业生产和航天技术等领域的应用十分广泛,由于其自身的结构和运行特点,PMSM具有许多独特的优点,本论文主要从控制策略和实际系统两个方面对永磁同步电机伺服系统进行了全面而深入的研究。 首先分析了永磁同步电机的数学模型,并对交流伺服系统中关键的空间矢量脉宽调制原理及实现进行了论述。 考虑到永磁同步电机是一个复杂耦合的非线性系统,应用直接反应线性化理论,通过对输出变量进行李微分,得到所需的的坐标变换和非线性

2、系统状态反应实现了永磁同步电机的输入输出线性化,同时实现了系统的解耦。它与传统的PID控制相比,有很好的跟踪性能。针对负载扰动对系统的影响,增加了负载转矩扰动观测器来减小负载扰动的影响。最后,考虑到实际电机参数变化及负载扰动等不确定因素的影响,提出了灰色预测与反应线性化相结合的方法来降低电机参数及不确定因素对系统控制器的影响。 针对永磁同步电动机这一非线性系统,结合反推控制应用在永磁同步电动机位置伺服系统中,跟踪位置给定信号。其设计参数少,便于工程实现;另外反推控制是从Lyapunov稳定性出发来设计的,因此能够保证系统的稳定性。考虑永磁同步电动机实际运行过程中参数的变化,提出自适应与反推控制

3、相结合的控制策略,能够有效抑制系统参数变化对系统速度跟踪伺服性能的影响。 为了降低本钱,提高系统的可靠性,利用永磁同步电动机定子交轴电流和转速度方程来构造了一降维线性Luenberger观测器来获得电机转速,采用反推控制来设计速度和电流控制器。通过仿真说明,这一方法是可行的,且系统具有快速的速度跟踪和转矩响应, 依托浙江省科技方案重点工程“基于DSP控制的平缝机智能控制系统,把反推控制策略应用与实际系统中,取得了良好的效果,并完成了工程的研制。2永磁同步电机调速系统控制策略研究【作者】 卢达； 【导师】 赵光宙； 【作者根本信息】 浙江大学， 控制理论与控制工程， 2021， 博士【摘要】 二

4、十世纪八十年代以来,永磁同步电机以其体积小、损耗低、可靠性高、维护方便等优点,被广泛应用于交流调速系统中。不断多样化和复杂化的应用场合,对交流调速系统的控制策略提出了更高的要求。本文通过对永磁同步电机调速系统的控制策略的深入研究,力图从多方向促进系统在高性能要求场合的应用。本文的主要工作和成果有：1、介绍了研究背景和根底。首先对交流调速系统控制策略的开展历程进行了综述,着重介绍了模糊控制、自抗扰控制和模型预测控制在交流调速系统中的研究和应用现状。其次描述了永磁同步电机的数学模型和两种根本控制系统,并比照了这两种系统的控制效果。2、详细分析了零矢量在模糊直接转矩控制系统中的作用原理和特点,改进了

5、模糊直接转矩控制的模糊规那么库、转矩隶属度函数和电压隶属度函数,保证了零矢量在模糊直接转矩控制中可以充分发挥保持电磁转矩的功能,有效减小了转矩脉动。仿真和实验结果验证了本文提出的包含零矢量的永磁同步电机模糊直接控制算法的有效性。3、针对近似离散最速反应控制函数(fhan函数)作为自抗扰控制系统非线性控制算法时参数难于整定的问题,首先分析了fhan函数的控制机理,并据此提出了改进的自抗扰控制系统结构。这种结构明确了fhan函数中包含的可调参数的物理意义,从而为按照实际要求确定参数值提供了理论依据。当存在时滞或需要更大的稳定裕度时,只需对其中一个参数微调即可。因此,采用本文改进的自抗扰控制系统结构

6、,大大简化了参数整定过程。仿真和实验结果验证了改进算法的有效性。4、针对传统模型预测控制计算量大、难以在采样周期较短的永磁同步电机调速系统中应用的难题,本文提出了递推模型预测控制策略。与传统模型预测控制中迭代求解操作变量不同,递推模型预测控制首先采用迭代学习算法求取操作变量第一项,随后采用递推Levenberg Marquardt算法求出操作变量其它项。分别计算了传统模型预测控制和递推模型预测控制的时间复杂度,并分析了递推模型预测控制的收敛性,从而理论上说明了提出算法的有效性。仿真结果说明本文提出的递推模型预测控制的计算量比传统模型预测控制大为减小,基于递推模型预测控制的永磁同步电机调速系统具

7、有优良的动静态性能。3基于耗散哈密顿系统的永磁同步电机控制研究【作者】 裘君； 【导师】 赵光宙； 【作者根本信息】 浙江大学， 控制理论与控制工程， 2021， 博士【摘要】 自二十世纪80年代以来,永磁同步电机以其体积小、功率密度大、效率高、维护简单等优点,越来越广泛地被应用于交流伺服系统中,利用交流伺服电动机构成的系统也越来越呈现多样化和复杂化,对伺服系统提出了更高的控制要求。永磁同步交流伺服技术随之得到了迅速开展,但是大多数方案复杂且不易实现。近来,系统镇定的能量整形方法开始受到了学者们的关注,将闭环系统的能量存储函数作为系统的Lyapunov函数来设计,在保存原有系统结构不变的根底上

8、,使得系统稳定性分析更加简单,设计的闭环系统物理意义更加明确。本文的研究工作主要是围绕耗散哈密顿实现在永磁同步矢量控制系统中的应用开展的。全文的结构概括如下：1.介绍了本文的研究背景。首先综述了交流电机控制策略的开展历程,研究现状。随后介绍了能量整形方法的开展,理论根底以及应用。最后基于课题背景阐述了研究永磁同步伺服系统先进控制策略的必要性。2.介绍了微分流形、输入输出稳定性、耗散性、保守性等概念的定义和稳定性判据一些重要理论。随后引入了端口受控耗散哈密顿系统无源控制方法和反应耗散哈密顿实现方法。然后对本文的研究对象：永磁同步电机的数学模型进行了介绍,同时对不同的电流控制方法进行了比拟。3.基

9、于端口受控耗散哈密顿的无源控制实现方法,首先对永磁同步电机进行了端口耗散哈密顿模型建模,在设计负载扰动观测器的根底上,设计了速度反应镇定控制器,提出增益参数切换方法,提高了控制系统的动态性能。其次利用前馈补偿控制器,提出了基于能量整形思路的位置伺服控制方案。4.基于反应耗散哈密顿实现方法,设计了永磁同步电机速度控制器,利用增益调度控制方法,提高了系统的动态性能。提出滑模变结构-反应耗散哈密顿混合控制方法,在保证系统稳定性能的同时,增加了系统在动态变化过程中的鲁棒性能。针对伺服系统高性能控制时对电机参数的高精度要求,利用自适应反应耗散哈密顿实现方法,设计出结合转子磁链更新律的永磁同步电机速度控制

10、器,提高了伺服系统的控制精度。5.针对在非线性预测控制中,通常对非线性系统难以进行求解Taylor级数的问题,本文利用自动微分理论,对永磁同步电机非线性数学模型进行Taylor展开,建立了基于Taylor级数的衡量指标函数,利用自动微分理论的灵敏度矩阵求解方法,将自动微分方法应用到了永磁同步电机的预测控制设计中。6.基于课题背景,介绍了交流伺服系统实验平台的组成,并进行了实验波形分析。4永磁直线同步电机控制策略的研究【作者】 邹积浩； 【导师】 朱善安； 【作者根本信息】 浙江大学， 控制理论与控制工程， 2005， 博士【摘要】 为满足现代高性能伺服驱动系统的需要,设计出响应快、鲁棒性好、实

11、现方便并具有一定的自适应能力和较强的抗干扰能力的控制器,本文对永磁直线同步电动机的控制策略进行了研究。在对永磁同步电动机的数学模型和控制理论进行全面、深入研究的根底上,吸收相关学科的新思想、新理论和新技术,建立了永磁直线同步电机进给系统的理论模型,并采用理论分析与计算机仿真相结合的方法,系统地进行了研究。 本文的研究内容包括: 第一章回忆了直线电机的开展历程,介绍了直线交流伺服系统的特点、应用及存在的问题,阐述了研究高速数控永磁直线同步电机直线进给系统的重要意义;针对现代交流驱动与伺服系统开展的趋势,阐述了永磁直线同步电机直线进给系统的重要意义。本章在总结永磁直线同步电机直线进给系统的研究现状

12、及控制策略开展状况的根底上,介绍了本博士论文的主要研究内容。 第二章首先阐述了统一电机转矩公式及矢量控制的根底,简要分析了永磁直线同步电机的根本结构和工作原理,并基于电机统一理论给出了永磁直线同步电机空间矢量变换公式及其相应的数学模型,以此推导出永磁直线同步电机d-q轴模型及推力公式,最后以空间电压矢量(SVPWM)方法对其进行了转子磁场定向控制建立了仿真模型。 第三章主要分析了直线永磁同步电机推力直接控制的各个组成局部的根本原理及实现方法,指出磁链和转矩控制的原理和缺乏。在对电压空间矢量对推力的直接作用进行分析的根底上,提出了几种不同的基于电压预测的方法:基于推力的电压预测控制、模糊直接推力

13、电压预测控制等。并基于Matlab/Simulink建立了永磁直线同步电机推力直接控制的仿真模型,仿真结果分析证实,与传统的DTC方法相比,这些方法不但保持了快速响应的特点,而且稳态运行时的磁链、推力脉动得到明显的改善。 尽管直接推力控制具有结构简单、易于实现的特点,但对电机参数精度要求很高,而电机又是一种非线性系统且运行过程存在电机参数及负载扰动的不确定性,因此第四章介绍了具有响应快、鲁棒性好、设计实现方便等优点的滑模变结构控制方法与直接推力控制相结合的性能优良的控制器。 考虑到电机是一种非线性系统及运行过程中参数扰动的不确定性,第五章首先介绍了非线性控制系统的特点及研究方法,分析了非线性系

14、统稳定性的Lyapunov5永磁交流伺服系统及其控制策略研究【作者】 许振伟； 【导师】 蒋静坪； 【作者根本信息】 浙江大学， 控制理论与控制工程， 2003， 博士【摘要】 永磁同步电机(PMSM)伺服系统在工农业生产和航天技术等领域的应用十分广泛，由于其自身的结构和运行特点，PMSM的具有很多独特的优点，本文主要从控制理论和实际系统两个方面对永磁同步电机伺服系统进行了全面而深入的研究，并完成了一台数控铣床的研制。 首先对PMSM伺服系统进行了建模，在研究了其物理方程、转矩方程和等效电路的根底上提出了PMSM的数学模型并对仿真技术进行了简单的介绍。 基于内模控制，设计了电流环解耦控制器，改

15、善了电流环性能，而且控制器只有一个可调参数，简化了设计。对于嵌入式PMSM，根据在电流幅值一定的条件下最大输出转矩与(为等效电流矢量和q轴之间的相位角)之间的关系，将磁阻转矩转换为输出转矩从而提高了输出转矩，改善了系统的控制性能；在速度环采用单步模型算法控制，其计算量比拟少，提高了系统的实时性和鲁棒性。 针对传统控制方法对电机数学模型依赖性强的缺点，结合模糊控制实时性好和预测控制鲁棒性强的优点构造了模糊预测控制器，可以解决模糊控制器不具有消除系统稳态误差的问题，大大提高了控制系统的性能。由于传统的基于阀值进行控制策略切换的方法使得系统具有很大的扰动，所以本文设计了一种基于模糊规那么进行切换的控

16、制策略，很好地解决了两种控制在切换时发生的扰动的问题，仿真和试验结果都证明该控制策略的有效性。 为了降低本钱，简化系统，本文采用低分辨率的霍尔元件作为PMSM伺服系统的位置传感器，采用基于磁链观测法的低分辨率位置传感器控制技术，来估计电机转子的实时位置和转速，实现电流的正弦换向，减小转矩脉动。理论分析和仿真结果都证明了该控制方法的有效性。 结合浙江省科技方案重点工程“新一代智能型数控机床的研制“(合同号001101061)，本文作者作为浙江大学数控系统“研究小组主要成员参加了该工程中数控机床的研制，并已于2002年10月完成了试制工作，经过近10个月的加工试生产，系统运行平稳可靠。目前该工程已

17、经通过了省级鉴定。6永磁同步电机控制策略及算法融合研究【作者】 刘红伟； 【导师】 吴钦章； 范永坤； 【作者根本信息】 中国科学院研究生院光电技术研究所， 信号与信息处理， 2021， 博士【摘要】 随着电力电子技术、微型计算机技术、稀土永磁材料学科、自动控制理论、智能控制理论等理论和技术的快速开展，高效能、高功率密度的永磁同步电动机正广泛应用于工业、航空航天、国防军事等领域的运动控制系统中，以永磁同步电动机为执行机构的全数字永磁同步伺服系统正在逐步取代直流电动机、步进电动机运动系统而成为伺服驱动系统的开展方向。然而，由于永磁同步伺服系统受电机多变量耦合性和参数变化、外部负载扰动、恶劣环境等

18、因素的影响，要获得高性能、宽调速范围的永磁同步伺服系统，必须对永磁同步电动机的模型进行深入的分析，研究先进的控制策略与控制手段，使系统具有较强的环境适应性和抗扰动能力。本论文的主要工作就是围绕高性能的全数字永磁同步伺服系统控制策略的研究而展开的，论文的主要内容如下：对正弦波永磁同步电动机的电磁过程、矩角特性进行了分析，建立了三种坐标系下的定子磁链方程、电压方程和电磁转矩方程，为控制策略的分析提供了理论铺垫。目前，正弦波永磁同步电动机伺服控制系统主流的控制策略有按转子磁链定向的矢量控制策略和按定子磁链定向直接转矩控制策略。系统地分析了永磁同步电动机按转子磁链定向的矢量控制策略的根本原理和实现方法

19、，搭建了id=0的矢量控制策略的仿真模型，并对电流环和转速环的PI调节器参数进行了整定，特别解析了电流环带宽和调节器参数的关系。分析了初始零位偏差对转速环性能影响，利用劳斯判据对存在初始零位偏差的转速环的稳定性进行了判定，仿真和实验结果说明，随着初始零位偏差的增大，转速环的响应性能和抗扰性能将会变差。在总结常用的限幅策略的根底上提出了一种新的限幅方法，理论分析了证明了该方法的有效性和优良性。对按定子磁链定向的直接转矩控制策略进行了原理性的分析，在常规的直接转矩控制方案的根底上对定子磁链幅值的给定机制进行了改进，仿真说明，这种新的定子磁链幅值给定机制使得电磁转矩的阶跃响应性能到达最优。分析比拟了

20、按转子磁链定向的矢量控制和按定子磁链定向的直接转矩控制两种方案的控制结构上的异同点和电磁转矩环的阶跃响应性能，融合二者的优点，研究了按定子磁链定向的电压空间矢量脉宽调制技术的控制算法，仿真和实验验证了该方法的有效性和阶跃响应的优越性。最后搭建了全数字永磁同步电动机伺服控制系统的硬件平台并在硬件平台上实现了矢量控制算法、直接转矩控制算法及融合算法。实验结果也在一定程度上验证了三种控制算法的优缺点。设计了21位双通道旋转变压器解码作为全数字永磁同步电动机的伺服控制系统的反应通道。实验中搭建测试平台，用自准直仪和多面棱镜对该测角系统精度进行测量。结果说明，测角误差均方根值到达20角秒，经系统误差修正

21、后整个系统测角误差均方根值到达9.46角秒。最后本文对测角系统的系统误差产生原因进行了分析。7永磁同步电机调速系统滑模变结构控制假设干关键问题研究【作者】 张晓光； 【导师】 孙力； 【作者根本信息】 哈尔滨工业大学， 电机与电器， 2021， 博士【摘要】 永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高和运行可靠等诸多优点在数控机床、航空航天和机器人研究等领域得到了广泛应用。然而永磁同步电机是一个强耦合、多变量、非线性的复杂系统，为了满足在复杂工作环境下高可靠性与高性能的控制要求，需要解决参数摄动、外部扰动等不确定性因素所带来的诸多问题。本文以复杂工作环境下永磁同步电机调速系统为研究对象，开展基于

22、滑模变结构控制理论的非线性控制策略、扰动自抑制控制技术、无位置传感器运行方法及逆变器故障诊断技术的相关研究，探讨高性能与高可靠性永磁同步电机驱动控制的实现途径与策略，具有理论与工程应用双重价值。首先，建立了永磁同步电机的数学模型，并对滑模变结构等速趋近律与指数趋近律进行了分析。指出其趋近速度与滑模抖振水平存在的矛盾问题，在其根底上提出了两种新型滑模趋近律，在有效抑制传统滑模趋近律抖振现象的同时进一步提高了趋近速度，解决了现有趋近律存在的矛盾问题。给出了基于趋近律的转速与电流滑模控制器设计方法与过程，构建了永磁同步电机滑模调速系统，提高了系统控制性能。其次，深入分析了扰动对系统控制性能影响，以扰

23、动量作为系统扩展状态提出了一种扩展滑模扰动观测器，给出了观测器参数选取原那么。所提出的扰动观测器能够同时对内部参数摄动与外部负载扰动进行准确估计，并且其具有的一阶滤波功能可以有效抑制滑模抖振。为了克服系统参数摄动、外部扰动等不确定性对电机控制性能的影响，结合所提出的扰动观测器与滑模速度控制器提出了一种抗扰动复合控制策略。该策略将扰动观测器实时估计的系统扰动量前馈输入到滑模速度控制器中，提高了永磁同步电机调速系统的抗扰动能力。再次，为增强系统环境适应能力、提高系统可靠性，分析基于传统滑模观测器的永磁同步电机转子位置与速度估计方法，并指出其存在的低通滤波器影响观测精度的问题，在高阶滑模控制与终端滑

24、模控制根底上提出了一种二阶混合终端滑模观测器，并对其滑模控制律进行了设计，所提出的新型观测器在有效抑制滑模固有抖振现象的同时防止了传统滑模观测器中低通滤波环节的引入，提高了转子位置与速度的观测精度。同时，在其根底上进一步分析了永磁同步电机参数摄动对观测器估计结果幅值与相位的影响；最后，为了进一步提高永磁同步电机调速系统的可靠性，构建了永磁同步电机调速系统混合逻辑动态模型与滑模电压观测器，在此根底上提出一种无电压传感器永磁同步电机逆变器开路故障诊断方法，该方法首先获取混合逻辑动态模型提供的先验电压信息与电压观测器估计电压信息之间的残差，然后对电压残差进行分析与评价从而提取故障信息，所提方法实现了

25、永磁同步电机逆变器开关管开路故障的准确定位与诊断，解决了电压传感器带来的增加系统潜在故障源与环境适应性差等问题。8永磁同步电机传动系统的几类非线性控制策略研究及其调速系统的实现【作者】 侯利民； 【导师】 张化光； 【作者根本信息】 东北大学， 电力电子与电力传动， 2021， 博士【摘要】 以永磁同步电机为执行电机,采用高性能控制策略的控制系统目前已成为电气传动控制系统的一个主流开展方向。永磁同步电机是一个多变量、非线性、时变被控对象,控制系统受电机参数变化、外部负载扰动、对象未建模和非线性动态等不确定性的影响,要获得高性能的永磁同步电机控制系统,必须研究先进的控制策略以解决这些不确定性的影

26、响。近年来,国内外学者围绕如何提高其控制系统的性能、降低本钱等问题上,采用了一些先进的非线性控制策略进行了大量的研究和实践,取得了较为丰富的成果。然而对于永磁同步电机控制系统来说,单一先进的非线性方法只能针对某一类问题有效,不能普遍适用。因此,寻求有效的永磁同步电机综合非线性控制方法成为本论文的主要研究内容。论文依托国家高技术研究开展方案(863方案)重点工程资助的?电气传动及控制系统节能技术的研发?(课题编号：2006AA04Z183),对永磁同步电机控制系统的速度控制、位置控制问题以及转子位置自检测问题进行了研究,立足获得具有适应性、可靠性、抗干扰能力和鲁棒性较强的高性能永磁同步电机控制系

27、统。具体工作如下：1、针对无源控制方法使控制器设计简单和系统稳定性分析更加容易的特点,从能量角度分析永磁同步电机的控制器设计,采用互联、阻尼配置的无源性控制方法,提出了一种新颖的基于端口受控耗散哈密顿(PCHD)方法的永磁同步电机无源滑模控制系统,其速度外环由滑模速度控制器实现,电流内环由无源控制器实现,利用一种滑模观测器估计速度。通过仿真验证了策略的有效性。2、为了解决滑模控制存在的抖振问题和在系统稳定性的根底上增强鲁棒性问题,提出了带速度估计的自适应模糊滑模软切换的永磁同步电机鲁棒无源控制方法。该方法利用双曲正切函数代替符号函数设计了自适应模糊滑模软切换速度控制器,实现了软切换连续控制,削

28、弱了滑模控制存在的抖振现象,通过设计鲁棒无源电流控制器,在系统稳定性的根底上增强了鲁棒性,采用自适应滑模观测器进行速度和转子位置的估计。通过仿真验证了策略的有效性。3、为了对速度控制系统未知状态和不确定干扰项的实时作用量进行估计并实现前馈补偿,进一步提高系统的抗扰能力,提出了两种新颖的带有扩张状态观测器的永磁同步电机速度控制方法。一种方法是针对滑模变结构控制要求整个系统的摄动必须在一定范围内,而且这个范围与整体控制效果相互制约的这一问题,提出了带扩张状态观测器补偿的自适应滑模调节的永磁同步电机自抗扰-无源控制方法,其速度环采用一种自适应滑模控制器,利用扩张状态观测器观测系统的干扰,并进行前馈补

29、偿,电流环采用了以无源控制为根底,自抗扰控制技术为辅的融合控制策略。另一种方法是从基于解耦模型控制策略的逆系统方法对变化很快的外部扰动抑制效果不理想的角度出发,借助于扩张状态观测器的优势,构建了带扩张状态观测器补偿的自适应逆系统综合控制器,有效的实现了电流与转速解耦控制。通过仿真验证了两种策略的有效性。4、针对永磁同步电机位置控制系统追求定位的快速性、准确性和无超调的目标要求,按照双环结构的理念设计了三环位置控制系统,采用一阶系统的自抗扰控制策略构成位置外环控制器,采用自适应反步法构成速度环、电流环控制器的三环系统,增强了系统的鲁棒性,保证了速度控制精度。针对三环位置控制系统,通过仿真验证控制

30、策略的有效性。5、针对全速度范围内转子位置自检测问题,提出了一种将脉振高频电压信号注入法和模型参考自适应法有机结合的新型无速度传感器的复合方法,进而分别设计了永磁同步电机无速度传感器的SVPWM调制的id=0矢量控制系统和最优转矩控制系统。通过设计速度切换方案,实现了速度的平稳过渡。此复合方法解决了单一方法不能在全速度范围内同时兼顾良好的动态、稳态性能的问题。通过仿真验证了两种策略的有效性。6、依托国家高技术研究开展方案(863方案)资助的工程,搭建了22kW永磁同步电机id=0矢量控制调速系统的实验平台,重点对网络化的综合自动化测试单元进行了介绍。通过实验验证了系统的性能指标到达了目标要求。

31、9永磁同步电机多参数在线辨识研究【作者】 刘侃； 【导师】 章兢； 【作者根本信息】 湖南大学， 控制理论与控制工程， 2021， 博士【摘要】 随着现代工业技术的开展,永磁同步电机(PMSM)由于具有运行效率高、高起动力矩、高功率/转矩密度等性能,已经被广泛地应用于高性能精确伺服、航天航空、风力发电和车载混合动力系统里。而在基于永磁同步电机的控制系统里,控制器设计往往需要精确的电机参数值来辅助设计,如无速度传感器控制、矢量控制最优PI值设计、电压源逆变器非线性因素在线辨识/补偿等。但是随着温度、负载和磁饱和程度的变化,永磁同步电机的定子电感、绕组电阻和转子永磁磁链幅值等参数值大小都会随之而变

32、化(偏离常温下设计值)。其中,温度对永磁电机参数的影响(尤其是定子绕组电阻和转子永磁磁链幅值)是最明显也是最常见的。对于定子绕组来说,温度的上升会导致绕组电阻值变大,而对于转子永磁来说,温度的上升会导致转子永磁磁链幅值下降。当电机实际参数值相对于常温下的设计参数值发生比拟大变化时,会对所设计的控制系统性能造成很大影响,甚至会让其无法工作。因此,现在主流的研究趋势是通过系统辨识理论,利用量测的电机终端信号如定子绕组电流、电压和转速来估算定子绕组电阻和转子永磁磁链幅值的大小,进而在线调整控制器参数和间接估算定子绕组和转子永磁的温度。本文对该类技术进行了深入和全面的研究,提出该技术的核心是要解决“两

33、个问题,并在这“两个问题的根底上提出“三个解决方案,最终在一套基于矢量控制的外表式永磁同步电机试验平台上进行了验证。该技术的两个核心问题为：(1)辨识算法所用参考/可变模型秩数的问题。本文首先分析了永磁同步电机稳态状态下的欠秩方程,指出一个满秩的参考/可变模型才能确保电机参数辨识算法收敛于实际值,并用理论和试验分析了现有基于电机稳态欠秩模型的参数辨识方法的利弊。基于现有电机稳态欠秩模型参数辨识方案,分别设计了基于模型参考自适应(MRAS)和Adaline神经网络技术的永磁同步电机在线参数辨识器进行验证分析。(2)电机参数辨识算法精度受电压源逆变器(voltage source inverter

34、, VSI)非线性因素补偿影响的问题。本文首先通过理论和试验分析了VSI非线性因素补偿对电机各种参数辨识精度的影响,并证明相对于定子绕组电阻辨识和电感辨识,在额定转速下转子永磁磁链幅值辨识受VSI非线性因素补偿精度的影响最小。其次,推导了PI调节器给定参考电压和逆变器非线性因素等效电压在永磁同步电机转子同步旋转坐标系下的状态方程模型,基于该模型提出了一个可以在线估算id=0控制时的逆变器非线性因素等效电压值的方案。综合对“两个问题的理论和实验分析,可以知道永磁同步电机参数辨识技术的核心问题有两点：构建一个满秩的参考/可变辨识模型和合理的电压源逆变器(VSI)非线性因素补偿方案。围绕该两点问题,

35、本文进一步提出了三个参数辨识方案。这三个方案都考虑了算法所用参考/可变模型的秩数,都能保证辨识算法正确收敛于电机实际参数值。其次,该三个方案都考虑了电压源逆变器非线性因素的影响,并在辨识器设计里综合了相应的补偿方案。三个方案如下：(1)提出误差分析法,设计了适用于隐极式永磁同步电机参数辨识的简化满秩模型。该方案只需要注入一个d轴弱磁电流脉冲,就能在线检测出永磁同步电机的定子电感,绕组电阻和转子永磁磁链幅值。利用该方案,设计了基于Adaline神经网络和基于免疫克隆算法的在线辨识器并通过试验进行了验证。(2)针对恒转速/转矩负载控制,设计了满秩的外表式永磁同步电机辨识方案。该方案只需要注入一个d

36、轴正电流脉冲,就能获得一个满秩的参考/可变模型。该方案不用测量负载转矩大小,利用恒转矩方程抵消了交直轴电感和转子永磁磁链幅值因为注入d轴正电流脉冲而导致的变化,因此能够在线同时辨识转子永磁磁链幅值和定子绕组电阻值。利用该方案,设计了基于Adaline神经网络和基于免疫克隆算法的在线辨识器并通过试验进行了验证。(3)研究了通过埋入热电偶在线监测定子绕组电阻变化,减少永磁同步电机稳态模型待辨识参数数量的方案。在id=0控制时,该方案能够构建满秩的参考/可变模型来在线辨识转子永磁磁链幅值的变化。利用本文所提适用于id=O控制的电压源逆变器非线性因素辨识/补偿方案,该方法能够精确在线辨识转子永磁磁链幅

37、值随温度的变化。综上所述,本文通过理论和实验分析了永磁同步电机参数辨识技术的两点核心问题,并针对该两点核心问题设计了三套永磁同步电机参数辨识方案,并在实验里进行了验证。该三套参数辨识方案适用于不同的应用场合,具有很好的理论意义和实用价值。10基于现代控制理论的永磁同步电机控制研究【作者】 钱苗旺； 【导师】 谭国俊； 【作者根本信息】 中国矿业大学， 电力电子与电力传动， 2021， 博士【摘要】 永磁同步电动机具有体积小、重量轻；结构简单，运行可靠；损耗小，效率高等优点。目前，永磁电机已经广泛应用于航空、国防、制造业以及日常生活的各个领域。但是，永磁同步电机的数学模型具有非线性、强耦合的特点

38、，实现电机的高性能控制十分困难。为了提高永磁同步电机的控制性能，实现电机的高性能控制，本文做了一些相关的工作。提出了一种三相电压型PWM整流器反步控制策略。通过对虚拟反应控制和Lyapunov函数的构造，使得系统的每个状态分量都具有一定的渐进性，进而实现整个系统的全局渐进稳定。通过仿真证明了反步控制策略比传统的PI控制拥有更好的控制性能，该结果也通过实验进行了进一步验证。提出了一种基于ICPSO算法的永磁同步电机H2/H混合控制策略。首先在传统CPSO算法的根底上，将种群的全局次优引入算法的更新公式，得到了改进的ICPSO算法。然后，通过混合灵敏度方法以及ICPSO算法求取拥有最优H2/H混合

39、性能指标的控制器，从而实现永磁同步电机的H2/H混合控制。通过仿真证明了H2/H混合控制策略比传统的PI控制拥有更好的控制性能，该结果也通过实验进行了进一步验证。提出了一种基于微分几何方法的永磁同步电机反应线性化控制策略。根据反应线性化的原理，对永磁同步电机系统进行了坐标变换和状态反应，实现了系统的线性化。对线性化后的系统采用线性鲁棒方法设计了控制器。最后通过永磁同步电机在低速及高速两种工况下的仿真和实验证明了反应线性化控制策略较之PI控制和H2/H混合控制均具有更好的控制效果和抗负载扰动性能。提出了一种基于差分卡尔曼滤波CDKF的永磁同步电机无传感器控制方法。差分卡尔曼滤波采用Stirlin

40、g插值对系统方程进行近似，能够到达二阶精度。本文将CDKF方法用于永磁同步电机转速和位置的估计，仿真和实验结果证明了采用CDKF实现永磁同步电机无传感器控制，转速和角度估计精度都高于传统的扩展卡尔曼滤波EKF方法，系统无传感器控制效果良好。11永磁同步电机变频驱动鲁棒控制策略研究【作者】 张辉； 【导师】 谭国俊； 【作者根本信息】 中国矿业大学， 电力电子与电力传动， 2021， 博士【摘要】 永磁同步电机具有高效率、高功率密度、高转矩电流比、可靠性好、环境适应性强等优点,在工业领域得到了日益广泛的应用。目前永磁同步电机驱动系统广泛采用双闭环PI控制器。PI控制器以单输入单输出线性时不变系统

41、为主要控制对象,而永磁同步电机为非线性多输入多输出系统,理论上鲁棒控制器更适合永磁同步电机的控制。本文以交-直-交变频驱动永磁同步电机为研究对象,针对永磁同步电机的鲁棒控制策略开展深入研究,建立了双PWM交-直-交变频驱动控制系统,实现了前端可控整流和机侧矢量控制,具有网侧高功率因数低谐波运行,能量双向流动,机侧控制性能优良的特点。本文提出了一种三相PWM整流器H鲁棒控制策略。基于PWM整流器的数学模型,建立了满足H鲁棒控制标准型的增广状态方程;采用PSO算法解决H鲁棒控制中权函数的选择问题,实现了H鲁棒控制器的参数整定和系统优化;依据Riccati不等式的正定解,计算得出控制器参数。仿真和实

42、验证明了所提出的控制策略比PI控制器拥有更好的控制性能。本文提出了一种永磁同步电机H鲁棒控制策略。构造了永磁同步电机H鲁棒控制标准型,依据永磁同步电机的数学模型,建立了增广状态方程;利用PSO算法进行参数整定和优化,根据Riccati不等式的正定解,计算得到控制器参数。仿真和实验证明了该控制策略的有效性。本文提出了一种基于L2增益的永磁同步电机非线性鲁棒控制策略。采用反步法求解控制器,将永磁同步电机系统分解成两个子系统,并根据耗散不等式理论,构造出适宜的存储函数,分别证明了由反步法所得到的两个子系统的虚拟镇定函数满足L2增益的非线性鲁棒控制器的两个设计要求,从而使所得到的非线性鲁棒控制器在系统

43、没有外界干扰时是渐进稳定的;在系统存在外界干扰时,可以有效抑制干扰。仿真和实验证明了基于L2增益的永磁同步电机非线性鲁棒控制较之于PI控制和线性H鲁棒控制具有更好的抗负载扰动能力。本文提出了一种基于注入脉振电压法的新型永磁同步电机初始位置检测方法。对永磁同步电机注入脉振电压,不断改变电压注入位置,通过检测电流iq的大小来判断转子d轴位置;根据所产生的电流的直流偏置来判断N-S极性。该方法鲁棒性强,不需要采用较多滤波器,实验证明了该方法具有较高的检测精度。该论文有图73幅,表2个,参考文献169篇。12矿用电机车的永磁同步电机控制关键技术研究【作者】 郑昌陆； 【导师】 曹家麟； 【作者根本信息

44、】 上海大学， 控制理论与控制工程， 2021， 博士【摘要】 传统的矿用电机车大都采用直流串励电动机作为牵引电机，控制采用串电阻调速或斩波调速，少局部电机车采用三相异步电动机作为牵引电机，控制采用变频调速控制，以上系统具有结构简单、便于操作、初期投入低等优点，在国内矿用电机车中得到广泛的应用。随着矿山企业对平安高效、环保和节能提出更高的要求，采用高新技术替代传统技术显得尤为迫切。利用永磁同步电动机作为牵引电机的控制方案，具有结构简单、效率高、平安性能好、系统可靠等优点，在矿山牵引行业具有广阔的应用前景。本文针对矿用电机车牵引的要求以及使用频繁、环境恶劣等特点，以无传感器永磁同步电动机的牵引控

45、制系统作为研究对象，围绕矿用机车牵引实践中存在的关键问题，研究相关控制方法并应用于无传感器永磁同步电动机的调速装置，通过大量的工业现场实践工作，使得牵引系统到达了工程应用的要求。本文研究注重理论和实践相结合，紧扣矿用电机车控制的实际问题，研究工作主要包括以下几个方面：1、无传感器永磁同步电动机需要准确地获取转子位置和转速信息，本文研究和探讨了一种较为简便易行的方案，即基于锁相环PLL原理的转子位置估计器。进一步地，本文鉴于三相交流电机数学模型的共性，提出将原先广泛应用于异步电机的静态补偿电压模型SCVM方案应用于永磁同步电机的转子位置估计方法。结果说明采用这种转子位置和转速估计的永磁同步电机无

46、传感器矢量控制系统表现出较好的动静态性能。2、对于如何实现在电动机低速甚至零速条件下仍然能够对转速和转矩实现有效控制，本文研究了两种基于高频信号注入的内置式永磁同步电机IPMSM无传感器低速控制方法，即高频脉振电压注入法和高频旋转电压注入法。这两种控制方法都是采用额外注入高频电压信号的方式，通过对电机高频电流响应进行适当的信号处理后提取出用于转子位置和转速估计的偏差信号，所设计的高频注入仿真模型能够实现电机低速甚至零速状态的稳定有效运行，仿真和实际应用结果说明两种方法对电机转子位置和转速都具有良好的跟踪效果。3、针对永磁电动机调速装置相对封闭，散热性能差的实际问题，论文提出采用降低开关频率的永

47、磁同步电机复矢量控制方法。通过建立永磁同步电机无传感器矢量控制模型，对不同调节器性能的评估分析说明，采用直接设计法的离散复矢量电流控制器具有较强的鲁棒性，其性能表现最优。通过应用该方法，使得调速装置在实际应用过程中降低了发热量，有效解决了设备应用过程中因温升过高而频繁保护的问题，提高了系统的可靠性。4、无传感器永磁同步电动机初始位置检测的准确性直接决定着电动机的启动特性，论文探讨了基于高频脉振电压注入和高频旋转电压注入的内置式永磁同步电机的两种转子初始位置检测方法，能够在电机的电流响应中得到准确的转子初始位置，仿真和实际应用说明所设计的初始位置仿真模型的有效性和可行性，解决了无传感器条件下内置

48、式永磁同步电动机转子初始位置检测这一关键问题。5、通过大量的牵引试验和现场工程应用说明，以高性能数字信号处理器为硬件核心，设计满足逆变器控制和电机车控制的调速器控制电路，将如何获取转子位置和转速信息、如何实现转速和转矩控制、如何降低功率器件开关频率等关键控制技术应用于调速装置中，有效解决了电机车采用无传感器永磁同步电动机控制的相关关键问题。工程应用说明，电机车的系统结构更加合理，防爆性能可靠，具有电制动功能，启动平滑，刹车距离短；无论驱动过程还是制动过程，均为无级调速，机械冲击小，极大降低了机械磨损，维护工作量大大降低；同时机车的续航里程大大提高，提高了机车的使用效率。总之，采用永磁同步电动机

49、及其控制系统的矿用电机车具有平安、高效、节能等优点。13永磁电动机控制系统假设干问题的研究【作者】 刘军； 【导师】 俞金寿； 【作者根本信息】 华东理工大学， 控制理论与控制工程， 2021， 博士【摘要】 随着永磁材料、电力电子技术、先进控制技术的开展,永磁电动机由于结构简单、重量轻、体积小、损耗小、效率高等优点而引起人们的重视,并在国防、工农业生产和日常生活等方面获得越来越广泛的应用。根据永磁电动机感应电动势和驱动电流的不同,永磁电动机可以分为无刷直流电动机(Brushless DC Motor, BLDCM)和永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)。BLDCM由于功率密度高、控制简单、本钱低等优点在电动汽车、家用电器等领域中被广泛应用,缺点是存在转矩脉动大、铁心附加损耗大,在高精度、高性能要求的伺服驱动系统中(尤其是低速直驱场合)的应用受到很大制约；PMSM由于具有功率因数高、动态响应快、调