随着工业4.0的到来,高性能交流伺服系统在国防航天、工业机器人以及农业生产等领域快速发展,已经成为当前各领域共同关注的对象。交流伺服系统的低速性能实现困难、应用却非常广泛,因此作为高性能交流伺服系统的灯塔指标,备受国内外学者和工程技术人员广泛重视。交流伺服系统工作在低速时会产生低速爬行现象,不仅影响低速性能、产生噪声,还会带来设备寿命和可靠性方面的隐患。反步控制(Backstepping control,BC)是一种针对系统存在不确定性因素的控制方法,在改善非线性系统的控制性能方面表现出很大的优势。为提高伺服系统的低速控制性能,本文研究了反步控制协同转矩观测器(Torque observer,TOB)的交流伺服系统低速控制方法。首先介绍了永磁同步电机的数学模型以及矢量控制原理;其次详细阐述了反步控制的基本原理,进行交流伺服系统反步控制器设计并对控制器的参数敏感性进行分析;接着针对负载扰动量不便直接测量和摩擦数学模型引入导致反步控制器设计复杂的问题,引入转矩观测器对系统中的负载与摩擦扰动进行估计并补偿,运用朱里准则对转矩观测器进行了稳定性分析,并给出了观测器增益的选取准则。同时针对高阶反步控制系统中常规求导引起的控制器设计繁琐以及“计算爆炸”问题,采用指令滤波器代替常规解析求导,并对滤波误差进行补偿,避免了常规解析求导造成的“计算爆炸”问题;最后本文利用Matlab/Simulink对反步控制协同转矩观测器的交流伺服系统低速控制方法进行仿真验证,并在搭建的交流伺服系统实验平台上对该方案进行实验验证。仿真和实验结果表明,反步控制协同转矩观测器的交流伺服系统低速控制方法具有良好的动态性能和抗干扰能力,在满足系统性能指标的同时,能有效地削弱低速爬行对伺服系统低速运行时的不利影响,提高系统的控制性能。