永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor)是一种发展十分迅速的交流电机,它具有制造成本低、高功率密度、高能量密度等特点,而被广泛运用于工业和生活领域,如电动汽车、汽车牵引设备、风力发电控制、航海舰船动力推进装置等。然而,在实际运行当中,外界环境干扰和电机运行时的干扰,如外界温度异常、输入电压波动、负载变化、电机内部参数摄动等因素,都会对PMSM的正常运行会有诸多不良影响,从而导致电机控制性能下降,因此设计一个具有较强鲁棒性的控制器显得十分必要。本文首先介绍PMSM的基本结构和工作原理,随后按照PMSM的工作原理搭建三种数学模型,分析彼此的利与弊。综合考虑,在dq轴坐标系下的数学模型,电机磁链、电压、转矩之间的关系更简单。在MATLAB中建造仿真模型,速度控制器采用PI控制器,引入一个转矩系数摄动的不确定性因素,实验仿真表明:在转矩系数摄动情况下给定一个阶跃角速度输入信号,系统超调量波动增大,鲁棒性较差,难以满足控制系统所需的控制要求。针对PMSM中传统PI速度控制对参数摄动鲁棒性较弱的问题,将一种指数型分数阶PI(FO[PI])控制器应用速度环控制。随后根据相角裕度、幅值条件和鲁棒性条件整定FO[PI]控制器的参数,然后采用脉冲响应不变离散法对FO[PI]控制器进行近似数字实现,根据得到的近似函数在Matlab/Simulink进行仿真,仿真实验证明:FO[PI]控制器在参数摄动鲁棒性方面要优于传统PI控制器。在采用相角裕度和幅值条件等相关准则进行参数整定时,需要为PMSM开环系统选取一个合适的相角裕度和截止频率。经过多次仿真实验显示:不同的相角裕度和截止频率的组合,对于速度环的控制效果差别甚大,甚至有些相角裕度与截止频率的组合在这个方法下是求不出相应的比例系数、积分系数和分数阶阶次。因此在本章针对简化控制对象,讨论此方法下相角裕度和截止频率出的可行性区域并可出相应的证明。最后,在以TMS320F28335DSP为核心的实验控制平台上进行部分实验,验证FO[PI]控制器在实际系统中的效果,并给出实验结果和部分代码。仿真和实验表明,所提出的FO[PI]控制器对是有效的,使永磁同步电机速度伺服系统获得了更好的调速性能。