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永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)驱动系统凭借控制简单、功率密度高和控制精度高等优点在密集型工业加工中得到广泛应用。目前,基于PID的位置-速度-电流串级控制是PMSM控制系统普遍采用的典型控制架构。这种结构中,外环到内环带宽依次升高,系统稳定性和鲁棒性较好。常规PID控制器不仅能够保证较高的动态特性和稳态精度,而且现场调节容易,为实际应用提供了非常便利的条件。但是常规PID控制下,系统性能受负载影响较大,在负载未知或者变化时系统性能可能会变差,而实际系统中这种负载变化的状况普遍存在。因此,提高PMSM在未知变负载条件下的控制性能成为一个重要的课题,有着重要的理论意义和应用价值。针对工业应用中的两种典型负载状况-刚性连接负载和弹性连接负载,本文研究了PMSM改进控制技术。在保持原有控制结构和控制器的情况下,采用离散模型参考自适应理论、前馈控制思想、误差反向传播(EBP)和最优控制等重要的控制理论算法,将观测器、前馈控制和线性二次型调节器作为重要工具,研究了两种负载连接条件下的负载参数和状态估计,及系统动态性能改善等问题。本文研究内容主要包括以下几个方面。1.PMSM带刚性连接负载的改进控制针对刚性机械连接负载的PMSM驱动系统,应用模型参考自适应理论设计了自适应观测器来估计系统惯量、粘滞摩擦系数和负载转矩。基于估计的参数和状态,采用EBP算法设计了自适应转矩前馈策略来改善PMSM控制系统的动态特性。针对实际加速度计算过程中微分作用引入噪音和滤波滞后的问题,采用PLL方法改善加速度的计算特性。实验表明该方法易于工程实现,现场调试简单,且能够有效地改善系统的动态性能。2.PMSM带弹性连接负载的改进控制针对弹性机械连接负载PMSM驱动系统,设计了负载自适应观测器,实现了负载侧惯量、负载侧转速、连接轴扭力矩及负载转矩的估计。利用观测器的结果,设计了基于线性二次型调节器(Linear Qudratic Regulator, LQR)的最优状态反馈控制来抑制弹性连接系统中扭力矩振荡问题。针对LQR状态反馈增益求解复杂的问题,采用数值算法实现了Riccati方程的在线迭代求解。仿真和实验表明自适应观测器能够有效估计系统的参数和状态,基于LQR的状态反馈控制能够有效改善弹性连接负载系统的速度控制性能。3.两种负载下PMSM控制的对比对比两种负载条件下PMSM控制模型的特点,分析和综合了相应的控制策略,提出将系统带宽频率和系统谐振频率的关系作为判断两种负载状况的条件,并进行了验证。从状态反馈的角度分析了转矩前馈策略,然后,与基于LQR的状态反馈控制进行了综合,两种控制策略均是在保留系统原有结构下性能改进。在此基础上,简述了系统主要硬件结构和软件流程。最后,简要总论文所做的工作,并结合实际系统应用,对下一步的工作进行了展望。