【摘 要】
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永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）凭借其调速范围宽、功率密度大、效率高等优点被广泛地应用于新能源汽车、机器人、航空航天等领域。但PMSM是一个耦合性强、变量多、易受负载扰动和电动机参数变化等因素影响的复杂非线性控制对象,传统的控制策略难以解决这些问题。此外,PMSM在实际工作场景中会受到随机扰动的影响,随机扰动的存在会降低控制精度,甚至
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永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）凭借其调速范围宽、功率密度大、效率高等优点被广泛地应用于新能源汽车、机器人、航空航天等领域。但PMSM是一个耦合性强、变量多、易受负载扰动和电动机参数变化等因素影响的复杂非线性控制对象,传统的控制策略难以解决这些问题。此外,PMSM在实际工作场景中会受到随机扰动的影响,随机扰动的存在会降低控制精度,甚至使系统出现振荡、造成系统不稳定。同时,由于物理限制、性能以及安全方面等因素,PMSM的状态变量例如转速、电流等常被要求约束在安全合理的范围内。因此,在保证状态约束的前提下,实现考虑随机扰动的PMSM驱动系统的位置跟踪控制是非常有意义的研究课题。本文的研究成果如下:1.针对考虑随机扰动的PMSM驱动系统,提出了基于模糊逼近和对数型势垒Lyapunov函数（Barrier Lyapunov Function,BLF）的自适应反步控制方法对其进行位置跟踪控制。引入对数型BLF约束转速、电流等状态量,利用模糊逻辑系统的逼近特性结合自适应技术处理PMSM随机系统模型中的未知非线性函数,最终证明了闭环系统所有信号的有界性并保证了全状态约束。从仿真对比结果中能够看出,所提出的控制方法能够克服随机扰动的影响,取得良好的控制效果,并且系统所有的状态量都被约束在一定的范围内。2.针对用传统反步构造控制律的过程中存在计算复杂性问题,提出了基于对数型BLF和模糊逼近的自适应指令滤波反步法对全状态约束的PMSM随机系统进行控制。在用反步法构造控制器的过程中,采用指令滤波技术直接获得虚拟控制函数的导数,无需繁琐的求导运算从而解决了计算复杂性问题,并加入误差补偿信号保证控制精度。结合对数型BLF和模糊自适应技术,实现了对PMSM随机系统的有效控制,并保证了全状态约束。通过仿真对比实验,验证了指令滤波技术相比于动态面技术,由于引入了误差补偿信号降低滤波误差对系统的影响,具有更好的控制性能。3.针对无速度传感器的PMSM随机系统,提出了基于降阶观测器和对数型BLF的模糊自适应控制策略。进一步考虑了由于成本、环境等因素使得传感器无法安装的情形,构建降阶观测器估计转子角速度,减少了系统投入以及后期维护成本,降低了硬件复杂度。并结合四次对数型BLF、模糊自适应技术等,实现了对期望位置信号的有效跟踪并保证了全状态约束。
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