1.目的及意义

1.1分数阶控制器的研究现状

虽然分数阶控制理论还在进一步完善中，然而现在，国内外分数阶控制系统已经开始出现在神经网络、信号处理、鲁棒控制和图像处理等信息科学各个领域，人们对其重视程度日益增加。关于分数阶控制系统的应用现在国内外具有如下特点：在宏观形势上，分数阶的概念正不断融入神经网络、信号处理、鲁棒控制、图像处理等信息科学电子工程等信息领域，正在并且继续为相应领域的技术进步做出实质的性的贡献；在实物上，分数阶控制系统与分数阶控制器的应用涉及各个领域，分数阶环节的实物实现决定着应用的前景，更加高效精确稳定的分数阶微分电路的设计尤为重要；在控制元件上，分数阶控制器目前的种类还不能满足各领域的需求，并且设计方法不系统，需要进一步统一和完善。在分数阶系统与分数阶控制器方面，分数阶微分电路的初步实现为分数阶控制器自信息科学的领域的普遍应用做了铺垫。分数阶控制器目前有四种，第一种为TID控制器。它是由积分环节和一个分数阶环节并联而成，其结构简单，参数较少，调节方便，但很难达到理想效果。第二种是CRONE控制器。它由Oustaloup提出，由于分数阶控制具有良好的鲁棒性，分数阶鲁棒控制器CRONE最早成功的应用，现已形成MATLAB的CRONE控制工具箱，是分数阶控制的一种非常理想选择。第三种是Podlubny提出的控制器，可获得更精确的控制性能，但结构较为复杂参数较为繁多，有3个增益和两个阶次参数。基于分数阶系统零极点特点的理解，若采用P(ID)控制器，将更为合理，在能有效保证控制性的基础上，很好的简化了在设计上数据和结构的复杂性。第四种是超前滞后校正补偿器，它同样能够取得好的控制效果，但是需要对它进行很系统的设计方法。基于分数阶系统扩展频域法对分数阶超前校正器与超前滞后校正器重新建模，使任意阶控制器在零极点意义和形式上取得统一，与其他的控制器相比具有不可代替的优点。

整数阶微积分，是指运算阶次为一阶、二阶及更高阶次的微积分运算。而分数阶微积分，即运算阶次为分数的微积分运算。其中“分数”不单指有理分数也可为任意实数。分数阶微积分同整数阶微积分诞生于几乎同一时期，1695 年法国数学家L’Hospital在给Leibniz的一份信中提出这样一个微分问题，即中当n=1/2时其结果是什么？由此引出了分数阶微积分的问题，在其后的发展过程中其微积分阶次由有理数逐渐变化为任意复数（分数、无理数或虚数）。因此可以说分数阶微积分是一门古老而又新颖的学科。

目前，永磁同步电机在电力电子与电力传动领域得到了广泛应用。分数阶PID控制器是近年来提出一种新型PID控制器。由于同时增加了2个可调参数，使得控制器设计具有更大的灵活性，从而能够获得对系统更好的控制性能。因此，分数阶PID控制器的设计参数和永磁同步电机的分数阶PI控制器设计，主要研究了基于智能优化算法的永磁同步电机的分数阶PI控制器设计。在此基础上，提出了基于分数阶PI控制器参数整定方法。仿真实验表明，分数阶PI控制器相比整数阶控制器具有更好的控制性能。

本文面向永磁同步电机控制，提出了分数阶 PI 控制器设计方法。利用分数阶控制器的3个参数、、。仿真实验表明，分数阶PI控制器能够明显加强对永磁同步电机调速系统的控制性能。

1.2 PMSM 控制策略研究及研究现状

电力电子技术和微处理器技术的飞速发展为PMSM的先进控制方法提供了平台和计算工具，使越来越多的PMSM的先进控制方法由理论转化为了实际成果。目前，大多数PMSM控制方法主要采用矢量控制和直接转矩控制两种方式，但他们本身存在一些固有的缺陷。近年来，随着现代控制理论的深入研究诸多学者从探索PMSM高性能控制方式的研究点出发提出了一些更高性能的控制策略，如滑模变结构控制、自适应控制、自抗扰控制和模型预测控制等。

(1) 矢量控制

VC(Vector Control,矢量控制)是1971年首先提出的，其基本原理借鉴了直流电机励磁电流和电枢电流的互相垂直，可通过解耦独立控制的思路。通过坐标变化将定子电流转换为交、直轴上相互垂直的的电流分量，然后再进行磁场和转矩的解耦控制，此时交流电机可以获得类似直流电机的调速方式。因此，自从VC出现以来就备受大家青睐，经过年的研究与应用发展，VC 技术日趋成熟，目前已成为PMSM驱动系统的首选方案。缺点：因为解耦过程需要复杂的坐标变换变化，并且电机的机械时间常数通常低于其电磁时间常数，VC 做为一种有效的控制方案，系统响应慢是其不可避免的缺陷。