电机控制环路稳定性仿真分析 · 课程目录

01环路稳定性基础

反馈控制系统的基本概念、开环与闭环传递函数、相位裕度与增益裕度的定义。

02电机数学模型

直流电机（有刷/无刷）的电气方程与机械方程、传递函数推导、时间常数分析。

03PI控制器设计

比例积分控制器的原理、模拟与数字实现、抗积分饱和策略。

04频率响应分析

伯德图绘制方法、穿越频率与相位裕度的关系、奈奎斯特判据简介。

05仿真工具介绍

MATLAB/Simulink环境搭建、Python Control库入门、PSIM/Multisim在环路分析中的应用。

06开环传递函数建模

电流环、速度环、位置环的传递函数推导、PWM调制器模型。

07电流环设计

电流采样延迟、PI参数整定、电流环带宽与响应速度。

08速度环设计

速度反馈滤波、速度环PI参数整定、速度环与电流环的耦合。

09位置环设计

位置环P控制器、前馈补偿、轨迹规划与跟踪。

10离散化与数字实现

Z变换基础、双线性变换法、零极点匹配法、数字控制器的实现。

11采样与保持效应

采样定理、零阶保持器模型、采样延迟对稳定性的影响。

12非线性因素分析

饱和、死区、摩擦、齿槽转矩对环路稳定性的影响。

13参数变化与鲁棒性

电机参数（电阻、电感、惯量）变化对稳定性的影响、鲁棒性分析方法。

14时域响应分析

阶跃响应、超调量、调节时间、稳态误差与系统型别。

根轨迹绘制规则、利用根轨迹进行控制器设计、参数变化对极点位置的影响。

16状态空间法

状态空间模型建立、可控性与可观性、状态反馈与观测器设计。

17LQR最优控制

线性二次型调节器原理、权重矩阵选择、LQR在电机控制中的应用。

18扰动观测器

扰动观测器原理、基于观测器的补偿、提高抗扰动能力。

前馈补偿原理、速度前馈与加速度前馈、前馈与反馈的配合。

机械谐振的成因、陷波滤波器设计、双惯量系统的控制策略。

21自适应控制

模型参考自适应控制、自整定PID、参数在线辨识。

滑模控制原理、抖振抑制方法、在电机控制中的应用。

弱磁原理、电压极限圆与电流极限圆、弱磁区PI参数调整。

24无传感器控制

反电动势观测器、磁链观测器、高频注入法。

25多电机同步控制

主从控制、交叉耦合控制、虚拟主轴控制。

26硬件在环仿真

HIL系统搭建、实时仿真、故障注入测试。

27稳定性测试方法

扫频法、阶跃响应法、阻抗分析法。

28工程案例分析

伺服驱动器调试实例、无人机电机控制案例、机器人关节控制案例。

29常见问题与排故

振荡、啸叫、过冲、稳态误差大的原因分析与解决。

30课程总结与展望

现代电机控制趋势、AI在电机控制中的应用、学习路径建议。