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三相永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)是高阶、强耦合、参数时变的非线性系统,单纯的通过坐标变换只能使其模型降阶和简化,不能解决其存在的非线性、强耦合问题。因此,需要在非线性控制理论基础之上研究控制策略,实现高性能的机能转换装置。近年来基于能量观点的无源控制(Passivity BasedControl,PBC)理论和自抗扰控制(Active Disturbance Reiection Control,ADRC)理论受到国内外学者的关注,根据无源控制理论与自抗扰控制理论的优缺点,采用基于自抗扰和无源控制理论的PMSM控制策略。 首先,介绍了无源控制理论的基础理论,分别建立了PMSM的欧拉.拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)模型和端口受控哈密尔顿模型,对系统的无源性进行了验证、并给出了哈密尔顿系统的互联性质。在PSIM环境下建立了基于PI调节的PMSM控制系统,对传统PI控制存在的问题进行了分析和研究,给出了主要的两类无源控制器设计方法,实现了基于系统能量观点的无源控制策略、基于互联和阻尼分配(Interconnection and Damping Assignment,IDA)的无源控制策略、基于Hamilton函数和互联及阻尼分配(Hamilton and Interconnection and Damping Assignment,HIDA)的无源控制三种控制策略。对三种无源控制策略进行了仿真比较,仿真结果表明三相永磁同步电动机无源控制策略具有良好的动态和稳态性能、有较强的鲁棒性,控制策略结构简单、调节参数少、便于系统调试。无源控制器也存在快速与超调之间的矛盾、存在扰动时系统存在静差等缺点。 其次,对自抗扰控制理论和系统结构进行了整体的介绍。以PMSM为被控对象,运用自抗扰控制理论对跟踪微分器、扩张状态观测器进行了设计与分析,介绍了扰动补偿器的原理,最终得到了基于自抗扰控制理论的PMSM控制策略,并进行了仿真研究,仿真结果表明控制系统具有较强的鲁棒性,能实现快速无超调的动态特性。自抗扰控制器也存在自身的缺陷,如调节参数较多、非线性函数使得系统的实时性变差等。为了实现自抗扰控制器与无源控制器的优势互补采用电流内环采用无源控制器,速度外环采用自抗扰控制器的控制策略,这样既能解决无源控制对本身参数扰动鲁棒性较差的缺点,又能很好的解决自抗扰控制技术实时性较差、调节参数多的问题,实现优势互补获得优秀的动稳态性能。 三相永磁同步电动机调速系统实验平台上对采用的控制策略进行了实验验证,实验结果表明采用的控制策略具有快速的动态响应、优秀的稳态性能和较强的鲁棒性。