针对永磁同步电机突然加入负载时存在的转速波动和不稳定问题,提出一种基于积分时变滑模面和新型模糊增益趋近律的滑模调速方法。采用积分时变滑模面,在传统积分滑模面中加入一个时变项,借此提升系统的响应速度。改进传统的指数趋近律,加入非线性函数来削弱系统的抖振,同时根据不同的系统状态用模糊算法整定趋近律增益参数,着重于提升趋近速度和系统抗扰动能力。最后,使用李雅普诺夫稳定性判据证明了该控制系统的稳定性。在MATLAB/Simulink环境下将此控制策略与传统滑模控制策略进行对比,仿真结果表明采用此控制方法的系统响应速度更快、抑制系统扰动和抖振的能力更强,具备更好的综合性能。

针对机器人姿态变换时伺服电机位置控制中惯量和负载转矩的变化,提出了一种PI Ziegler-Nichols预测并行控制策略。设计了PI Ziegler-Nichols控制器与预测控制器,PI Ziegler-Nichols控制可对传统PI控制器的比例、积分系数进行在线调整,抑制了参数变化和负载扰动,预测控制在误差较大时能够提高收敛速度并具有较好的跟踪能力。仿真结果表明,并行控制策略具有较好的稳定性和动态跟踪精度,当系统参量产生变化时,PI Ziegler-Nichols预测控制器可自适应调整,在机器人伺服系统中可实现较好的位置控制精度和较快的响应速度。

为了提高永磁同步电机无传感器控制系统的动态品质和控制性能,提出了一种基于降阶磁链观测器算法的转子位置和转速信息估计方法。该算法基于α-β静止坐标系的数学表达,利用使用降阶状态观测器的基本控制原理实现了在线实时估计转子磁链的数值,并基于锁相环技术实现转子位置和转速的估计。最后采用Matlab仿真软件搭建了系统的仿真模型,通过大量仿真结果验证了该算法具有较好的在线估计性能和动态性能,能够快速跟踪实际转速和转子位置信息。

基于指数趋近律的滑模控制被广泛应用于永磁同步电机的调速系统中,相对于传统等速趋近律,指数趋近律引入了指数趋近项,可实现更快的响应速度,但也加剧了系统抖振。针对该问题,提出一种同时模糊化指数趋近律中等速趋近项系数和指数趋近项系数的模糊滑模控制方法,根据切换函数模糊化等速趋近项系数,同时根据切换函数及其变化率模糊化指数趋近项系数,基于Simulink平台搭建同时模糊化两项参数的模糊滑模控制模型,并应用于PMSM调速系统。仿真结果表明,基于该方法的调速系统在响应速度、跟随性和抗干扰能力方面均有一定提高。

为了研究永磁同步电机电磁力导致电机振动与噪声问题,采用有限元法对电机气隙磁密进行分析,得到电机在空载运行时的气隙磁场和径向电磁力;接着对永磁同步电机定子系统进行模态分析,获得电机定子系统结构固有频率,分析了径向电磁力对电机模态振动影响;同时采用模态试验,并将有限元仿真数据与模态试验数据进行对比,验证了有限元模态分析的可靠性。结果表明该永磁电机定子径向电磁力波频率与定子结构模态频率相差较大,不会因电机径向电磁力产生共振.,相关研究工作为永磁电机设计与优化提供参考。

为了降低软硬件的复杂度和成本,提出一种适用于永磁同步电机的等效SVPWM调制方法。该方法无需采集相电流,将一个电周期的SVPWM波形分成360份,对应电角度为0°~360°,预先生成一个电周期的SVPWM调制波形数据表;利用角度传感器获取转子位置角度和转速,采用速度闭环控制,速度环输出调制波形幅值并辅以超前角,通过查表法实现永磁同步电机驱动控制;PWM模块采用16 kHz开关频率驱动MOS管并以中心对称方式输出PWM波形。试验结果验证了该方法的可行性和有效性。

针对同步带负载模拟器建模时需对驱动电机进行建模,而常规同步带传动建模忽略电机驱动部分,导致模型不完整问题,提出了一种基于负载模拟器的同步带传动模型。利用Matlab平台构建永磁同步电机(PMSM)控制系统,产生驱动同步带模型的负载转矩序列,解决同步带负载模拟器建模时忽略电机模型问题,然后基于典型双惯量系统原理将PMSM控制系统和利用SoildWorks和Adams平台建立的同步带传动基本模型相连接,构建电机传动同步带的优化模型,最后,在高、低速两种工况下对优化模型、物理样机的启动过程进行多次测试。实验结果表明该优化模型具有较高精度,二者启动曲线的超调量最大偏差仅为4%,调节时间最大偏差仅为0.27s,满足负载模拟器设计所需。

提出一种以电流和磁链为观测对象的表贴式永磁同步电机（surface permanent magnet synchronous motor，SPMSM）的四阶混合滑模观测器。以实际电流与观测电流之差构成滑模面，并将等效信号与反馈矩阵相乘后输入到磁链观测方程，当滑模运动发生后磁链观测误差渐进收敛到零。给出磁链观测值的暂态响应，着重分析速度估计误差对磁链观测结果幅值和相位的影响，并以此为基础进行反馈矩阵的计算。根据磁链观测结果采用跟踪型算法进行位置和速度的计算。仿真和实验结果表明，该观测器可准确地观测磁链，并有效消除滑模观测器抖振的影响，位置和速度算法稳态精度高，跟踪速度快。

为了研究和提高电网不对称故障下直驱式风电系统的低电压穿越能力，在分析风力机、永磁同步发电机、变流器、二阶广义积分器等数学模型以及风电系统控制策略的基础上，提出在网侧控制器中加入二阶广义积分器锁相环取代原有的传统锁相环的方法。在Matlab／Simulink仿真环境中建立了系统的仿真模型，并对系统发生电压跌落故障时，两种控制策略下直驱式风电系统低电压穿越能力进行了仿真对比研究。仿真结果表明，提出的二阶广义积分器锁相环不仅可以消除网侧d、q轴电压的二倍频扰动，而且可以改善直流母线电压的波动，提高了锁相环的精度，同时改善了直驱式永磁同步风电系统的低电压穿越能力。

由电机拖动的液压系统具有可靠性好、调速方便、效率高等优点,而三相永磁同步电机拖动的液压系统较异步电机拖动的液压系统在效率及调速精度方面更优越,在建立由三相永磁同步电机拖动的液压系统数学模型的基础上,考虑了液压系统中常见的油液黏温黏压特性、有效体积弹性模量和非线性摩擦力等3种非线性因素,使用Matlab/Simulnk软件分析了系统参量变化时系统的性能改变情况。通过仿真实验,验证了模型的正确性和有效性,为开展永磁同步电机拖动的液压系统性能研究提供了参考。