1、隨著電力電子技術、微型計算機技術、稀土永磁材料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系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，尤其是在伺服傳動領域，永磁同步電機正在逐步取代直流電機、步進電機而成為伺服驅動的發(fā)展方向。然而，由于永磁同步伺服系統(tǒng)受電機參數(shù)變化、外部負載擾動等因素的影響，要獲得高性能、寬調速范圍永磁同步伺服系統(tǒng)，必須研究先進的控制策略與控制手段，使系統(tǒng)具有較強的適應性和較強的抗干擾能力。本論文的主要工作就是圍繞高性能、寬調速范

2、圍永磁同步電機伺服系統(tǒng)的研究而展開，文章的主要內容如下： 對永磁同步電機的矢量控制技術和直接轉矩控制技術進行了系統(tǒng)的分析研究，通過對兩種控制策略的原理及其使用時的控制性能進行比較分析，指出矢量控制技術可以實現(xiàn)電機交直軸之間的解耦，具有轉矩控制的線性特性，能夠獲得比較平穩(wěn)的輸出轉矩，達到比較寬的調速范圍。結合伺服傳動控制系統(tǒng)的要求，確定永磁同步電機伺服系統(tǒng)的控制方案為矢量控制。 電機的轉矩控制最終歸結為交直軸電流的控制，本

3、文詳細討論了永磁同步電機矢量控制的四種電流控制方法，通過對這四種電流控制方法的轉矩控制特性、轉矩輸出能力、功率因數(shù)特性、電流控制特性等進行分析研究，結合本課題所采用的面裝式永磁同步電機，選用id=0 的轉子磁場定向矢量控制方法。 根據(jù)自動控制理論，詳細分析了永磁同步電機伺服系統(tǒng)各組成部分的構成與數(shù)學模型，按照自動控制系統(tǒng)調節(jié)器的工程設計方法，完成了整個系統(tǒng)三個環(huán)節(jié)的設計，并對系統(tǒng)進行了仿真，研究了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。詳細分析了系統(tǒng)動態(tài)

4、性能和系統(tǒng)調節(jié)器參數(shù)之間的關系，以及負載變動、對象參數(shù)變動對系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的影響，討論了系統(tǒng)控制的應對措施。提出并實現(xiàn)了矢量控制時永磁同步電機的初始定位，保證了伺服系統(tǒng)矢量控制的實現(xiàn)。 詳細研究了伺服系統(tǒng)電流環(huán)的影響因素，其中，電流環(huán)的零點漂移影響伺服系統(tǒng)的低速性能，需要對環(huán)路逐一仔細調整；電機的反電勢影響伺服系統(tǒng)高速段的響應性能，通過增加電流調節(jié)器的比例積分系數(shù)、增大PWM 逆變器的調制比，可以明顯改善高速時電流跟蹤響應性能。由于

5、調節(jié)器的比例積分系數(shù)增加會引起電流動態(tài)跟蹤響應超調，提出給電流環(huán)引入電流微分負反饋，實驗和仿真均證實其抑制電流響應超調的實際效果。 使用PI 調節(jié)器實現(xiàn)速度環(huán)調節(jié)時，為了獲得比較快的速度響應，速度響應存在超調是必然的，而且，根據(jù)自動控制原理設計的速度調節(jié)器在實際運行中均需要做比較大的調整。因此，本文提出使用二次型指標最優(yōu)（LQSF ）實現(xiàn)了永磁同步伺服系統(tǒng)速度調節(jié)器的設計，針對實際速度階躍過程中調節(jié)器的飽和，提出采用Bang-B

6、ang控制實現(xiàn)速度調節(jié)器飽和期間的速度控制。為保證系統(tǒng)具有良好速度響應性能，給出了調節(jié)器在作形式轉換過程中閥值的設置方法。為簡化調節(jié)器的設計，使用比例積分調節(jié)和速度微分負反饋實現(xiàn)速度環(huán)的全狀態(tài)反饋控制。文章詳細分析了速度微分負反饋抑制速度超調的機理。 在負載突變過程中，伺服系統(tǒng)不可避免地出現(xiàn)動態(tài)速降（升）和速度靜差，為提高速度環(huán)的響應性能，提高速度環(huán)特性硬度，本文引入負載觀測器的控制思想。將負載觀測器的輸出信號引入到電流環(huán)輸入端

7、，以補償負載擾動對速度環(huán)的影響，從而提高伺服系統(tǒng)對負載擾動的魯棒性。 分析了伺服系統(tǒng)位置環(huán)的影響因素，其中負載轉動慣量是影響伺服系統(tǒng)位置跟蹤響應速度及產生位置響應超調的主要因素，通過在線檢測電機軸聯(lián)轉動慣量借以進行自動修改調節(jié)器參數(shù)，可以保證伺服系統(tǒng)良好的位置跟蹤響應。 由于伺服系統(tǒng)頻繁地處于啟動、制動過程中，文章全面分析了影響伺服系統(tǒng)啟動、制動的各種因素，研究了提高其啟動、制動響應性能的各種措施，研究了伺服系統(tǒng)因啟制動