永磁同步电机矢量控制系统应用广泛,设计高性能交流调速系统时需要综合考虑控制系统的稳定性、动态特性和静态特性三方面的要求。本文从系统的稳定性和动态特性两个角度进行分析,求解系统双环PI控制器的稳定域,并且提出基于改进型最小时间控制器代替转速环传统的PI控制器,改善系统转速的动态响应和加强抗负载扰动能力。首先,建立系统频域和离散z域数学模型求解稳定域,求解并优化转速环和电流环PI控制器参数稳定域以及采样周期取值范围,完成控制器参数设计。本文基于PMSM复矢量模型,定量分析dq轴交叉耦合电压对系统稳定性的影响,并通过系统零极点的位置验证电压前馈解耦法的正确性。为提高转速静态快速性,利用“零极点对消”准则和增加“中频段带宽”等措施进一步优化稳定域,并设计合理的控制器参数。仿真验证稳定域正确性,为调速系统安全稳定运行提供了可借鉴的理论依据。其次,本文提出改进型最小时间控制器用于系统转速环,详细介绍了改进型最小时间控制器的原理和设计,主要包括非线性函数控制器和降阶负载观测器两部分。理论和仿真分析表明,在转速给定突变和负载突变场合,与传统的PI控制器相比,转速环采用改进型控制器有效地减小了转速环的响应时间、增强了抗负载扰动能力且转速无超调。最后,本文以一台1.5k W永磁同步电机为样机进行实验验证。实验表明系统稳定域、PI参数和采样周期设计的合理。PI参数取值会影响系统动态性能,与PI控制相比,改进型最小时间控制器设计简单,且系统动态性能好。通过降阶负载观测器在反馈环节进行转矩电流补偿,系统抗负载扰动性能提高。实验验证了改进型最小时间控制的可行性和优势。