摘要: 永磁同步电机（PermanentMagnetSynchronousMotor，PMSM）凭借其高效率、高转矩电流比等优点，被广泛应用在许多工业领域中。在高速铁路牵引系统、电动车等需要大功率驱动且体积受限的应用场合，单台电机往往无法满足要求，实际应用中通常采用多台电机... 展开 永磁同步电机（PermanentMagnetSynchronousMotor，PMSM）凭借其高效率、高转矩电流比等优点，被广泛应用在许多工业领域中。在高速铁路牵引系统、电动车等需要大功率驱动且体积受限的应用场合，单台电机往往无法满足要求，实际应用中通常采用多台电机进行驱动。在多电机驱动的系统中需要对各个驱动单元的转速进行协同控制以保证系统的正常运行。通信是多电机系统的一个重要组成部分，随着工业网络的发展，EtherCAT总线因其具有快速性、同步精度高等特点，受到工业领域的广泛关注，本文以基于EtherCAT总线的多PMSM控制系统为研究对象，针对多PMSM的转速协同控制技术进行了以下研究： 首先，分析了EtherCAT总线和多电机协同控制技术的研究现状，对EtherCAT总线的关键技术进行了研究，考虑多电机协同控制系统对通信的实时性要求，给出了相应的具有硬实时特性的EtherCAT主站和从站的实现方案。 其次，针对只含两个电机的无机械耦合系统，建立了PMSM在d-q坐标系下的数学模型，在PMSM的d-q坐标系数学模基础上，进一步建立了无机械耦合双PMSM控制系统的数学模型，根据所得的数学模型设计了滑模控制器对系统进行控制。通过仿真实验对传统交叉耦合控制方法和本文所提控制方法进行了对比，结果表明本文所提出的控制方法转速同步性能更好。 然后，针对含三个及以上电机的系统建模较复杂的情况，本文采用改进后的虚拟主轴控制策略。采用自抗扰控制器替代传统PI控制器，解决PMSM转速快速响应和超调之间的矛盾，使系统各驱动单元获得相同的起、停过程，增强系统起、停阶段的转速同步性能的同时，提高各驱动单元的抗扰能力，增强系统暂态时的同步性能。此外，使用滑模负载转矩观测器对PMSM的负载转矩进行观测，然后反馈给虚拟主轴，提高了多电机系统中各驱动单元之间的转速同步精度。通过仿真对比了传统虚拟主轴控制结构和本文改进虚拟主轴控制结构的转速同步性能，结果表明本文改进之后的虚拟主轴控制结构的转速同步性能优于传统控制结构。 最后，基于EtherCAT搭建了含两个PMSM的多电机转速协同控制实验平台，对EtherCAT主、从站以及PMSM驱动控制程序等进行了实现，在此平台上分别对本文所提的双电机控制方法和改进虚拟主轴结构进行了实验验证，实验结果证明了本文所提控制方法较传统控制方法的有效性。 收起