本文针对高性能交流伺服系统的发展需要,对通用交流伺服系统的几个关键技术:初始定位、位置控制精度的提高、动态性能的提高、抗干扰性能的提高、转动惯量辨识进行了深入研究。　　 作者首先设计和研制了一套通用交流伺服系统,包括硬件平台、控制软件和调试界面。这个平台是后续关键技术研究的基础。　　 上电后初始位置确定是同步电机伺服系统中的一个难点。一般利用霍尔传感器进行初始定位的方法中,转子摆动的最大值会达到电角度±30°,这个摆动在很多高性能交流伺服系统的加工类应用场合中是不允许的。针对这种情况,作者提出一种新的初始定位方法,该方法中不断输出特定角度的定位电流,以探测上电后转子的初始位置。同时因增量式编码器对转子位置变化具有较高灵敏性,利用这种特性并采用迭代算法,可缩小转子初始位置角探测范围。经过若干次迭代后就可以确定转子的实际位置。与传统方法比较,这种新的初始定位方法可以使转子在初始定位过程中的摆动幅度减小到±1.8°电角度范围内,甚至传动机构中的间隙都可以淹没这个微小的转子摆动,转子摆动对负载的影响大为减小。为了减小工程人员的工作量,提高交流伺服系统的智能性,设计了转子初始位置自检测方法、霍尔信号相序接线错误自校正方法、电动机电源接线错误自校正方法、编码器A/B信号接线错误自校正方法,这些方法在没有命令信号的情况下也允许转子摆动一转的场合中可以应用。　　 位置跟随误差是伺服系统最根本的性能指标,减小定位过程中的位置跟随误差幅值对提高伺服系统性能尤为重要。目前在交流伺服系统中,减小定位过程中位置跟随误差的方法主要是增加前馈控制。但目前前馈控制都是指把速度前馈和加速度前馈作用值,同时添加到速度闭环的给定信号中,这种PD调节器和前馈控制器复合控制作用下,速度前馈只能工作于欠补偿状态,位置跟随误差幅值仍然较大.作者提出把速度前馈作用值加到速度闭环的给定信号中,而同时把加速度前馈作用值加到q轴电流闭环的给定信号中,由于加速度前馈可以大大减小加速和减速过程中的位置跟随误差幅值,所以速度前馈可以工作在完全补偿状态,整个加减速定位过程中的位置跟随误差幅值都非常小,实验中可以控制到士5个脉冲范围以内,伺服系统的跟随性能得到大幅提高。　　 交流伺服系统一般都是采用由外向内分别为位置闭环、速度闭环和电流闭环这样一种控制结构。在点位运动控制系统中,这种控制结构中的速度闭环调节器不仅没有起到速度控制的作用,还成为了一个延迟系统整体动态性能的大惯性环节。所以,本文中作者将速度闭环从位置伺服系统的控制结构中省去,形成了外环为位置闭环、内环为电流闭环的两环控制结构。交流位置伺服系统采用两环控制结构后阶跃响应时间大大减小,证明基于两环控制结构的位置伺服系统的动态响应比基于三环控制结构的位置伺服系统动态响应快。同时,作者也深入研究了两环结构位置伺服系统中的一些不足,例如抗干扰性能差和不能从给定信号中进行最大速度限制等缺陷。　　 基于线性PID调节器的位置伺服系统,其抗扰性能还有待进一步提高。作者把中国科学院韩京清研究员提出的自抗扰控制器应用到交流伺服系统中,构成了内环为电流闭环PI调节器、外环为自抗扰控制器的新型交流伺服系统控制结构。这种新结构中,由于自抗扰控制器为位置给定信号提供了一个过渡过程,避免了过大的初始位置跟随误差,再经过非线性PID组合后,与基于线性PID调节器的位置伺服系统比较,系统的动态性能又一次得到了大大提高；同时由于自抗扰控制器具有对系统总扰动的估计和补偿能力,所以基于自抗扰控制器的位置伺服系统有较强的抗干扰能力。作者先对基于非线性自抗扰控制器的位置伺服系统做了仿真研究,后又对基于线性自抗扰控制器的位置伺服系统做了实验研究。　　 伺服系统的性能受系统运动过程中不断变化的参数影响。如何对系统运行过程中的实时参数进行辨识并校正调节器使系统性能始终处于最优状态,这个问题是目前高性能交流伺服系统研究中的一个热门课题,特别是转子转动惯量的辨识。本文深入研究了传统基于运动学方程的转动惯量测量方法和基于模型参考自适应理论的转动惯量辨识方法,并分别做了仿真和实验研究,辨识误差可以做到±12.4％范围以内。