异步电动机又称“感应电动机”,是一种将三相交流电转换为机械传动的设备。因其具有结构简单,可靠性高,使用方便,价格低廉等特点,广泛应用于工农业生产和人们的日常生活当中,例如机床、水泵、风机等生产设备,电梯、机车、新能源汽车等生活设施。异步电动机因生产生活实际需要,可能长时间不间断运行在空载或轻载状态,致使电机系统用电效率低下,并且受温度影响,电机相关参数的时变同样会导致电机的控制性能下降。针对三相异步电机及其驱动系统的效率优化控制问题,本文从三相异步电机损耗分析出发,对异步电机的数学模型、效率优化方法和控制方法进行了研究,改进了传统的效率优化方法并提高了相关的控制性能。本文的主要工作如下:第一,对本课题的研究背景和意义进行了说明,介绍了国内外效率优化研究的进展情况。分析了异步电机产生损耗的原因,并明确了电机损耗的影响因素。第二,针对目前考虑铁损的三相电机数学模型结构复杂,阶次较高,不便于后续研究的问题。本文通过合理假设,结合坐标变换和转子磁场定向策略,推导并验证了异步电机动态简化模型。在此基础上,进一步获得了其稳态数学模型。第三,介绍了三相异步电动机坐标变换理论,推导了考虑铁损的转子磁链计算,在Matlab/Simulink环境下对控制系统进行了仿真分析。剖析了基于损耗模型和基于黄金分割的效率优化原理,通过异步电机稳态数学模型推导出损耗最小化表达式,实现了两种经典效率优化方法。第四,完善了 3kW三相异步电动机驱动硬件平台,设计驱动系统软件,实现三相异步电动机的变频调速控制。本文在工作中的创新之处为:(1)在电机的效率优化控制中,底层的电流控制很重要,考虑到电机的参数时变,并且负载具有着不确定性,采用传统PI控制方式的电机在长时间工作下控制性能会下降,导致电机的损耗增加。因此本文提出了基于ADRC的电流控制方法,改进了传统效率优化算法的底层电流控制性能。仿真结果表明,本文所提出方法对电机的参数变化和负载的不确定具有较强的鲁棒性,降低了电机损耗。(2)在电机效率优化算法中,外层一般为转速和磁链控制环,而转速和磁链存在着较强的耦合,并且电机运行时参数的时变和负载的不确定导致了控制器设计困难,目前采用的传统PI控制方法,针对不同工况需要设定不同参数,但仍不能获得很好的控制效果。本文基于之前推导的考虑铁损异步电机的动态简化模型,利用反步自适应的方法设计了电机的转速、磁链跟踪控制器和未知参数的估计规律,其中电流作为虚拟控制量,并且采用滑模控制的方式对电流指令值进行快速的跟踪。相比较PI控制方法,该方法在面对电机参数的时变和负载的不确定下鲁棒性更强,最重要的是估计出的未知参数有利于最优磁链的计算。仿真结果表明,本文所提出方法的正确,性能优越。