● 摘要
永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、重量轻、转矩脉动低、过载能力强等优点，且结构简单、运行可靠，因此适用于高性能伺服驱动系统。然而，永磁同步电动机交流伺服系统在运行中受到许多干扰因素的影响，主要是负载力矩干扰和摩擦力矩干扰，如果不加以有效抑制，则难以实现伺服系统的高性能控制。为此，本文针对PMSM交流伺服系统，分析了系统中所受到的干扰力矩，并针对负载力矩干扰设计了基于干扰观测器的PI控制策略，针对摩擦力矩干扰设计了不依赖于反馈速度的自适应控制策略，研究成果可使交流伺服系统的控制性能得到改善，具有重要的理论意义和实际应用价值。论文的主要研究成果如下：
首先，针对永磁同步电动机交流伺服系统，建立了PMSM数学模型，分析了系统运行过程中所受到的几种干扰力矩，包括纹波转矩干扰、齿槽转矩干扰、负载力矩干扰和摩擦力矩干扰并通过仿真考察了负载力矩干扰和摩擦力矩干扰对伺服系统控制性能的影响。
第二，针对永磁同步电动机电磁转矩控制策略，为进一步简化控制结构，通过对电压型三相逆变器直流侧和交流侧电流、电压关系的深入研究，在三相电流幅值控制策略的基础上提出了基于直流侧电流的PMSM电磁转矩控制策略并进行了实验验证。本策略仅需要一个采样电阻和一个电流控制器，省略了复杂的坐标变换，可简化系统结构，改善系统的实时性。
第三，针对负载力矩干扰，设计了一种基于干扰观测器的PI速度控制策略。实验结果表明，与普通PI控制相比，本控制器能够实时估计和补偿干扰力矩，有效地抑制干扰力矩对电机转速的波动，显著改善系统的控制性能。
第四，针对摩擦力矩干扰，设计了一种不依赖于反馈速度的新型自适应控制器。通过仿真对这一控制策略与利用摩擦模型前馈补偿的PI控制策略进行了比较，结果证明了二者对速度跟踪死区现象均有明显的改善作用，但对于极低速情况，由于不依赖于反馈速度的准确度，自适应控制策略的效果更好。
最后，搭建了基于TMS320F28335处理器的永磁同步电动机速度伺服系统实验平台，对本文提出的算法进行了实验验证。