变频调速系统是工业生产的核心装备,其性能的优劣直接影响着现代工业产品的数量和质量。现代交流调速系统正朝着高电压、大容量、高效率、绿色节能的方向发展,这对控制技术的研究和开发都提出了更高的要求。本文关注交流调速应用场合中,对速度控制精度和转矩动态响应要求较高的工业生产线,例如轧钢生产线。这种工业应用场合,在生产过程中存在很多非线性的干扰问题:首先,交流异步电机本身就是典型的非线性、多变量、强耦合的高阶控制对象,本身存在难以控制的问题;再者,在实际运行过程中,电机的工况复杂多变,运行效率和功率因数较低,导致控制复杂性的增大;同时,就整个变频调速系统来讲,系统自身参数的变化和外界的扰动对系统造成的影响目前仍未得到很好的解决。针对这些问题,本文采用了滑模变结构控制,其控制的不变性很好的解决了全局非线性的问题。然而,滑模变结构控制本身存在的抖振现象,却限制了其进一步的工程应用。抖振幅度的增加影响了系统的控制性能及抗干扰能力。因此,本文利用重复控制与滑模变结构控制复合,削弱滑模变结构控制引起的抖振幅值,从而使整个系统达到高性能的要求。基于此,本文以双PWM变换器驱动异步电机调速系统为研究对象,研究并应用基于滑模变结构控制理论的高性能控制策略,提高系统的控制性能和抗干扰能力,实现调速系统网侧并网性能和机侧调速性能的多目标优化控制。重点研究结合了滑模变结构控制与重复控制的复合控制技术及其对抖振现象的抑制效果、网侧PWM变换器再生制动能量并网过程中控制策略的研究、机侧PWM逆变器—异步电机调速系统控制策略的研究等。主要工作及创新点如下:首先,本文提出一种重复控制技术优化滑模变结构控制的新型复合控制策略,用以抑制抖振现象,提高系统稳态、动态控制性能。抖振现象是滑模变结构控制的自身属性,与固有的不变性彼此互联,随着外界干扰的增强,抖振的幅度也不断增大,严重影响着变结构控制的工程应用。而重复控制的最大优点是对被控对象的期望轨迹进行有效地跟踪,从而达到持续维护系统本质特性、主导系统运行轨迹、抵抗外界干扰的控制效果,非常有利于改善滑模变结构控制的控制特性。本文采用李亚普诺夫定理分析其稳定性能和收敛特性,利用相平面分析重复控制对滑模变结构控制的优化过程。仿真和实验结果表明所提复合控制策略能够有效抑制抖振幅度,提高系统的控制性能。直流母线电压的稳定性是交流调速系统网侧PWM变换器控制的重要指标。然而,电机制动产生的回馈能量、电网波动产生的能量都可能引起母线电压的大幅波动,从而造成开关器件电压应力的增加甚至系统的损坏。因此,为提高直流母线电压的调节能力,快速有效地释放母线蓄积的能量,本文提出了 PWM整流器双环混合控制策略。该策略采用滑模变结构控制解决母线电压波动抑制问题,采用重复控制解决内环电流精确跟踪问题。仿真与实验结果充分证明该策略可以有效地增强系统抗干扰能力,提高系统稳定性和可靠性。针对电机制动回馈能量具有瞬态能量高、电流变化大的特点,本文提出了 PWM整流器高质量瞬态并网的复合控制策略。利用该控制策略精确的跟踪特性有效抑制了稳态时并网电流的谐波干扰,保证在任意时刻网侧整流器的无功为零、传送的有功则近似等于电机侧逆变器回馈有功。同时,利用控制策略的快速动态响应和抗扰动能力,迅速消除负载扰动产生的直流侧泵升电压,减少能量的蓄积。PWM逆变器一异步电机调速系统是双PWM变频调速系统的负载侧重要组成部分,为提高其动态性能和抗干扰能力,本文将新型复合控制技术应用于异步电机矢量控制系统中,并与经典的滑模变结构控制进行了比较研究,解决了系统负载扰动抑制的问题;另外,针对无速度传感器中观测精度问题,采用滑模变结构控制技术改善了基于模型参考自适应的异步电机无速度传感器的控制性能,并利用仿真验证了该方法的有效性。先进控制策略在大功率变频调速系统的应用还存在很多未知的潜在危险,如何快速而有效地验证先进控制算法的可行性是所有研发人员面临的问题。对此,论文设计了一套半实物实时仿真系统,利用延时补偿和事件捕捉等手段,解决定步长仿真所带来的脉冲延时等现象,真正实现信号传递的实时控制,使先进控制策略得到快速验证,具有高置信度,易实现等特点。