1.课题背景与意义

感应电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大的一种。各国的以电为动力的机械中，约有90%左右为感应电动机，其中小型感应电动机约占70%以上。在电力系统的总负荷中，感应电动机的用电量占相当大的比重。在中国，感应电动机的用电量约占总负荷的60%多。普通感应电机的定子绕组接交流电网，转子绕组不需与其他电源连接。因此，它具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点。感应电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。感应电机还便于派生成各种防护型式，以适应不同环境条件的需要。感应电机运行时，必须从电网吸取无功励磁功率，使电网的功率因数变坏。由于感应电机的转速与其旋转磁场转速有一定的转差关系，其调速性能较差(交流换向器电动机除外)。对要求较宽广和平滑调速范围的交通运输机械、轧机、大型机床、印染及造纸机械等，采用直流电机较经济、方便。但随着大功率电子器件及交流调速系统的发展，适用于宽调速的异步电机的调速性能及经济性已可与直流电机的相媲美。电力电子技术的发展及其元器件生产成本的下降,由逆变器供电的电机调速系统在各领域中越来越广泛地使用。根据以上对研究背景的介绍，可以归纳出异步电机驱动控制研究的重大意义：

(1)在中国稀土资源日益紧张的今日，发达国家依然保存着本国的稀土资源而从中国大量进口。对此一方面中国对外限制出口量，另一方面就要通过对内节约，而异步电机在多场合代替永磁电机，对于稀土永磁体的生产节约具有重要作用。

(2)异步电机的成本低、可靠性高，但是受到控制性能的限制，在许多高精密场合仍然是永磁电机占据主导地位，因而许多控制器和控制系统的生产维护成本居高不下。在国外交流异步电机的控制性能已达到新的水平，性能也在不断的优化中，成本的下降推动价格下跌，这在抢占控制器市场份额中具有很大优势。国产品牌要在市场竞争中占有一席之地，也必须研究出低成本高性能的控制器，永磁材料价格的居高不下对永磁电机的广泛应用带来一定障碍，异步电机则为这一目标的实现提供了很大的发展空间。

(3)异步电机自身的一些优良性能使得它能够胜任永磁电机无法适应的场合。例如高压大功率的场合，异步电机具有绝对的优势，又如在一些恶劣环境下，只有异步电机的高可靠性才能保证系统的正常运行。在这些场合下异步电机的驱动特性必然需要继续的研究和发展，来解决新的挑战，抓住新的机遇。

2.研究课题的国内外研究现状的介绍以及应用

20 世纪 60 年代以前高精度的调速传动领域基本是直流电机一统天下，这是因为直流电机调速方便，数学模型简单，可以通过改变励磁电流直接控制转矩，得到的动态和稳态性能基本满足各个应用场合要求。

20 世纪 70 年代以后世界性的能源危机促使各国关注节能技术，这是交流调速发展的一个巨大社会动因；其次因为直流电机电刷和换向器的寿命和维护问题，使得直流电机平均调速成本居高不下，再次促使调速领域焦点转向交流调速的实现。70 年代以后第二代电子电子器件的开发和矢量控制的提出为交流调速的实现提供了直接的舞台，使其能达到与直流调速相媲美的动静态特性。相比直流电机，交流电机具有高可靠性，容量较大，而且生产维护成本也大幅降低，因而迅速得到了广泛应用。 异步电机由于励磁可调，因而调速方式相对永磁电机灵活多样。70 年代以前，早期异步电机多采用转子外串电阻(绕线型电机)和变极对数(鼠笼型电机)进行调速，到了 50 年代多采用定子串饱和电抗器和自耦变压器进行调速，60 年代出现了一种新型的电磁转差离合器调速系统，采用转差离合器作为调速装置，此外 60 年代的大中型绕线型异步电机还使用了晶闸管串级调速系统。70 年代以后异步电机调速进入了高性能的变频调速时代，高效的调速驱动方法得以应用，主要指矢量控制和直接转矩控制，以及在这两种控制方式上衍生出来的局部优化和改进控制，例如参数辨识、PI 调节器优化和自适应调节等。另外先进的现代控制理论也融合到传统控制策略中，形成了一系列新型的控制方案，例如模糊控制、神经网络和自抗扰控制器等等。

3.课题应用前景

近年来对异步电机的调速要求进一步提升，并逐渐向着大功率、高要求和宽范围应用方向发展。国外的发展总体领先于国内，在大功率方面单机装机容量不断扩大，主要应用在工业生产方面，如船舶推进系统、水电站和风电站的蓄能发电等。小功率方面则加强推进全数字化的进程，实现一体化的生产过程，进一步降低生产成本。由于能源短缺和自动化程度的推动，使得驱动器的性能逐步提高但成本在逐步下降。应用范围也由原来的工业进一步扩大到日常生活，如电动汽车，家电行业，食品行业等等，带来了巨大的经济效益；电力电子器件的一代代更新降低了控制过程中的器件损耗，不断提高开关频率，减小控制器的体积，器件和串并联技术的发展使高压大电流产品的应用成为现实； 本课题在可靠性和可维护性方面有进一步的提高。