非线性永磁同步电动机约束预测控制
《永磁同步电机传动系统的先进控制策略及应用研究》范文
《永磁同步电机传动系统的先进控制策略及应用研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，对电机传动系统的性能要求越来越高。
永磁同步电机（PMSM）以其高效率、高功率密度和良好的调速性能，在工业、交通、能源等领域得到了广泛应用。
然而，为了进一步提高PMSM传动系统的性能，研究先进的控制策略显得尤为重要。
本文将重点探讨永磁同步电机传动系统的先进控制策略及其应用研究。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机是一种利用永磁体产生磁场的电机，其转子与定子之间的磁场同步，从而实现电机的稳定运行。
PMSM具有高效率、高功率密度和良好的调速性能，是现代传动系统中的关键设备。
三、先进控制策略研究1. 矢量控制策略：矢量控制是一种基于磁场定向的控制策略，通过精确控制电流的幅值和相位，实现电机转矩和磁场的解耦控制，从而提高电机的运行性能。
2. 模糊控制策略：模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制策略，通过模拟人的思维过程，实现电机控制的智能化。
在PMSM传动系统中，模糊控制可以有效地提高系统的鲁棒性和自适应性。
3. 预测控制策略：预测控制是一种基于预测模型的控制策略，通过对系统未来的状态进行预测，实现电机的优化控制。
在PMSM传动系统中，预测控制可以有效地提高系统的动态性能和稳定性。
四、应用研究1. 工业领域应用：在工业领域，PMSM传动系统广泛应用于机床、机器人、自动化生产线等设备中。
通过采用先进的控制策略，可以提高设备的运行性能和效率，降低能耗和成本。
2. 交通领域应用：在交通领域，PMSM传动系统被广泛应用于电动汽车、轨道交通等交通工具中。
通过采用矢量控制、模糊控制等策略，可以提高车辆的能效比和驾驶性能，同时降低噪音和振动。
3. 能源领域应用：在能源领域，PMSM传动系统被广泛应用于风力发电、太阳能发电等新能源设备中。
通过采用预测控制等策略，可以提高设备的发电效率和稳定性，同时降低维护成本。
五、结论永磁同步电机传动系统的先进控制策略对于提高系统性能具有重要意义。
模型预测控制在永磁同步电机系统中的应用综述
模型预测控制在永磁同步电机系统中的应用综述摘要：现阶段，社会进步迅速，我国的机械行业建设的发展也有了创新。
永磁同步发电机（PMSG）具有体积小、能量转换率高等优点，通过原动机带动其旋转发电，经过机/网侧变流器整流逆变后并网，可有效回收能源、提高能源利用率。
但是，原动机受压力/风力等因素变化的影响，驱动转矩变化，导致转速不稳定，影响系统稳定运行，因此需研究相应的控制策略，提高系统稳定发电的能力。
模型预测控制（MPC）具有原理简单、实现方便、响应效果好等优点，与DTC/DPC方法相结合能够改善系统的动态性能。
但目前系统工作时机/网侧变流器通常独立运行，当原动机驱动转矩变化时，网侧控制部分无法及时反馈机侧参数的变化，造成网侧电压响应速度较慢，导致母线电压波动较大，系统动态性能变差。
关键词：模型预测控制；永磁同步电机系统；应用综述引言永磁同步电机是一个非线性、强耦合的复杂系统，很难对其进行精确的数学建模。
然而传统的双闭环PI控制策略研究的是线性时不变的控制问题，不过，这样一种控制方式不能有效地保证系统的正常运行。
永磁同步电机具有高功率密度、高效率和高功率因数等特征，在电动汽车、轨道交通、工业传动等场合得到广泛应用。
高性能电机控制策略是永磁同步电机系统运行重要保证，其中矢量控制技术和直接转矩控制技术是永磁同步电机经典策略。
随着芯片计算性能的提升，有限状态集模型预测控制(FiniteControlSet-modelPredictiveControl，FCS-MPC)逐步成为电机控制领域的研究热点。
近年来，永磁同步电机模型预测控制也得到高度关注。
1参数扰动抑制根据无差拍电流预测控制原理，无差拍电流预测控制中的预测模型依赖准确的电机参数，如定子电阻、定子电感和转子磁链.在实际运行过程中，永磁同步电机的参数会随着运行条件和运行环境的变化而发生变化，比如，电机的绕组电阻和电感会随着温度的变化而变化.当电机的参数发生变化时，预测模型失真，无差拍电流预测控制的性能会被破坏.为了抑制定子电阻和定子电感的扰动，本研究选择自回归模型估计电阻和电感扰动并进行补偿，然后结合无差拍电流预测控制策略实现对永磁同步电机的控制.2模型预测控制在永磁同步电机系统中的应用综述2.1定子匝间短路故障定子匝间短路故障是永磁同步电机较为常见的故障，其产生原因较为复杂，可简单归结为以下4点：1）在电机起动过程中，定子匝间绝缘体承受暂态过电压；2）电机定子绕组温度过高导致定子匝间绝缘体失效；3）电机振动导致定子绕组线圈相互接触、挤压、摩擦和损坏；4）电机长期在潮湿、高温等恶劣环境下工作。
永磁同步电机位置环控制
永磁同步电机位置环控制
永磁同步电机位置环控制是指控制电机转子位置的闭环控制系统。
永磁同步电机是一种转矩与转速线性关系良好的电机，可以通过控制转子位置来实现精确的转矩控制或转速控制。
永磁同步电机位置环控制的基本思想是通过测量电机转子位置的反馈信号，与期望位置进行比较并计算出误差，然后根据误差来调节电机的控制信号，使转子位置逐渐接近期望位置，最终实现位置的精确控制。
具体的控制方法包括PID控制和模型预测控制等。
其中，PID
控制是基于比例、积分和微分三个部分组合的控制器，通过调节控制器的参数来实现位置环控制的稳定性和响应速度的平衡。
模型预测控制则是利用电机的数学模型来预测未来一段时间内的位置变化，根据预测结果来优化控制信号，提高控制的准确性和响应速度。
永磁同步电机位置环控制可以应用于各种领域，如机械设备、自动化生产线和电动汽车等，可以实现精确的位置控制和高效的能量转换。
自动控制原理第九章非线性控制系统PPT课件
非线性系统的数学描述
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非线性微分方程
非线性微分方程是描述非线性系统动态行为的数学模型之一。
它通常表示为自变量和因变量的函数，其中包含未知函数的导数。
非线性微分方程的解可以描述系统的输出响应与输入信号之间的关系。
解决非线性微分方程的方法通常包括数值解法和解析解法。
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非线性传递函数是描述非线性系统的另一种数学模型。
非线性系统的特点
研究非线性系统的方法包括解析法、数值法和实验法等。
总结词
解析法是通过数学推导和求解方程来研究非线性系统的行为和特性。数值法则是通过数值计算和模拟来研究非线性系统的行为和特性。实验法则是通过实际实验来研究非线性系统的行为和特性，通常需要设计和构建实验装置和测试系统。
详细描述
非线性系统的研究方法
它类似于线性系统的传递函数，但包含非线性项和饱和项。
非线性传递函数可以表示系统的输入输出关系，并用于分析系统的性能和稳定性。
分析非线性传递函数的方法包括根轨迹法和相平面法等。
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非线性传递函数
非线性状态方程是描述非线性系统动态行为的另一种数学模型。
非线性状态方程可以用于分析系统的稳定性和动态行为，并用于控制系统设计。
非线性系统仿真软件
非线性系统仿真实例是通过计算机仿真技术对实际非线性系统进行模拟和分析的实例，它可以帮助用户更好地理解非线性系统的特性和行为，并验证仿真模型的正确性和有效性。
常见的非线性系统仿真实例包括电机控制系统、飞行器控制系统、机器人控制系统等，这些实例可以帮助用户更好地了解非线性系统的控制方法和优化策略。
飞行器控制系统
化工过程控制系统
永磁同步电机存在的问题
永磁同步电机存在的问题永磁同步电机是一种高效、高性能的电机，被广泛应用于各个领域。
然而，它也存在一些问题需要解决。
本文将探讨永磁同步电机存在的问题，并提出相应的解决方案。
首先，永磁同步电机存在着温升问题。
由于电机工作时会产生热量，如果无法有效散热，电机温度会升高，从而影响电机的性能和寿命。
为了解决这个问题，可以采用散热器、风扇等散热设备，提高电机的散热效果。
此外，还可以通过优化电机的设计和控制算法，减少电机的功率损耗，从而降低温升的程度。
其次，永磁同步电机存在着磁场衰减问题。
由于永磁材料在长时间使用后会出现磁场衰减现象，导致电机性能下降。
为了解决这个问题，可以采用高性能的永磁材料，延长电机的使用寿命。
此外，还可以通过定期检测和维护电机，及时更换老化的永磁材料，保持电机的性能稳定。
再次，永磁同步电机存在着控制复杂度高的问题。
由于永磁同步电机的控制需要考虑到转子位置、转速等多个参数，使得控制算法相对复杂。
为了解决这个问题，可以采用先进的控制算法，如矢量控制、模型预测控制等，提高控制精度和稳定性。
此外，还可以利用现代化的控制器和传感器，实时监测电机运行状态，进行智能化控制。
最后，永磁同步电机存在着成本较高的问题。
由于永磁材料价格较高，并且制造工艺相对复杂，导致永磁同步电机的成本较高。
为了解决这个问题，可以通过技术创新和工艺改进，降低永磁材料的成本和制造工艺的复杂度。
此外，还可以提高电机的效率和性能，降低电机运行成本，从而降低整体成本。
综上所述，虽然永磁同步电机存在一些问题，但通过技术创新和改进，这些问题是可以得到解决的。
未来随着科技的进步和工艺的改进，相信永磁同步电机将会在各个领域得到更广泛的应用。
永磁同步电机鲁棒预测电流控制器设计
第55卷第2期2021年2月电力电子技术Power ElectronicsVol.55,No.2February2021永磁同步电机鲁棒预测电流控制器设计林茂李颖晖1,徐浩军1,查翔2(1.空军工程大学，陕西西安710038； 2.93802部队，陕西西安712200)摘要：预测控制器充分考虑了电力电子器件的非线性离散特性在有限范围内控制开关元器件工作，近年来成为应用到功率变换器和传动装置的热门控制方案。
预测控制器主要基于系统的数学模型进行预测，因此算法对系统参数精度要求较高，然而，实际交流传动系统中存在电感、电容等元器件参数随着系统的运行条件变化(如温度、磁路的饱和等因素)而发生改变，容易对算法造成负面影响。
此处考虑在许多模型参数存在不确定因素时，设计一种改进预测控制算法，对电流误差项进行补偿设计，降低参数不确定性对算法的影响，最后通过仿真实验对该控制方案的可行性进行验证。
关键词：永磁同步电机；预测控制；电流误差项中图分类号:TM351文献标识码：A文章编号:1000-100X(2021)02-0060-05Research on Robust Predictive Current Controller forPermanent Magnet Synchronous MotorsLIN Mao L2,LI Ying-hui1,XU Hao-Jun1,ZHA Xiang2(l.Air Force Engineering University,Xi*an710038,China)Abstract:In recent years,predictive controller becomes a hot control strategy appling to the power converter and transmission scheme,for it fully considering the nonlinear discrete characteristics of the power electronic devices and limited switch components within the scope of operation, predictive controller control method is mainly based on the mathematical model to control system,so the requirements of algorithm to the system parameters accuracy is higher. However,during the actual AC drive system, the parameters of the elements such as inductor, capacitor,resistance,as the system operating condition changes(such as temperature,magnetic circuit saturation,etc.)and change,it easy to lead a negative impact to the predictive controller algorithm.When model parameters are uncertain,an improved predictive control algorithm is designed to compensate current error term and reduce the influence of parameter uncertainty on the algorithm.Finally,the feasibility of the control scheme is verified through simulation experiment. Keywords:permanent magnet synchronous motors；predictive control；current error term1引言永磁同步电机(PMSM)调速系统中存在干扰及不确定因素，如随温度非线性变化的磁链、定子电阻和电感参数"等均会引起电机转矩脉动干扰和转动惯量变化。
永磁同步电机控制系统发展现状及趋势
永磁同步电机控制系统发展现状及趋势摘要：永磁同步电机具有高功率密度、高效率和高可靠性等优点，在现代工业中应用广泛，相关控制理论得到了长远发展。
基于此，本文总结梳理了永磁同步电机控制系统的发展现状，然后论述了各控制系统的特点，最后展望了基于滑模控制的永磁同步电机控制系统的发展趋势，以期为未来永磁同步电机控制系统的进一步发展提供参考。
关键词：永磁同步电机；控制系统；发展现状；滑模控制；发展趋势引言：自永磁同步电机诞生以来，因其具有一系列优异特性，得到了广泛研究，同时伴随着永磁材料和半导体器件的发展，永磁同步电机获得了长足发展。
同时，随着相关控制理论的发展，永磁同步电机控制系统也随之进化，控制精度越来越高。
因而在现代工业中，永磁同步电机广泛应用于国民经济、航空航天等众多领域，发挥着重要作用。
相应的，随着技术产品的发展，对永磁同步电机的控制精度要求越来越高，故将各种先进控制方法应用的永磁同步电机的研究也不断涌现。
1永磁同步电机发展概况永磁同步电机与其他电动机最大不同之处在于励磁电流是依靠永磁体产生。
因此永磁同步电机具有以下优势[1]：（1）采用永磁材料，高速运行过程中发热少，避免了电机工作时转子发冷却难的问题，同时寿命也得到了提高；（2）永磁同步电机功率更高，可以达到97%左右；（3）永磁同步电机功率密度更高，在较小尺寸下即可实现较高的功率和转矩。
1.1永磁同步电机发展历史永磁同步电机的发展可总结为三个阶段[2]：（1）20世纪六七十年代，这个阶段由于稀土材料未得到充分开发，价格昂贵，导致永磁同步电机成本高昂，仅在航空航天等高要求行业得到应用；（2）20世纪八十年代，随着价格稍低的铅铁硼永磁材料的出现和电子控制技术的逐步成熟，永磁同步电机成本降低，同时控制相对容易实现，因而也逐步应用于民用领域；（3）自20世纪九十年代至今，伴随着永磁材料价格的降低、电力电子技术和微处理器技术的发展，永磁同步电机的驱动系统研发应用也得到了明显发展，应用领域进一步扩大，尤其是近十年，永磁同步电机已经成为国民经济中电机驱动系统的第一选择。
永磁同步电动机调速控制系统的设计
永磁同步电动机调速控制系统的设计引言一、控制系统结构设计1.速度控制回路速度控制回路中一般采用PID控制器进行控制。
PID控制器由比例、积分和微分三个控制参数组成。
根据实际的反馈信号和设定的目标转速进行比较，PID控制器输出控制信号，调节电机的输入电压，从而实现对电机转速的精确控制。
2.电流控制回路电流控制回路中一般采用电流矢量控制算法进行控制。
电流矢量控制是一种通过控制电机的相电流矢量方向和大小，实现对电机转矩的精确控制的方法。
在永磁同步电动机中，通常通过调节电机的电压和频率来控制电流。
二、电机参数辨识与模型建立在控制系统设计前，需要对永磁同步电动机的参数进行辨识。
参数辨识是通过对电机的测试实验数据进行分析和处理，得到电机的相关参数，如电感、电阻、转矩常数等。
通过辨识得到的电机参数，可以建立电机的数学模型，用于控制系统设计和仿真分析。
1.参数辨识方法参数辨识可以使用多种方法，如静态法、动态法和频率扫描法等。
静态法是通过给电机施加不同的电压和载荷，测量相应的电流和转矩，根据测量数据拟合得到电机的参数。
动态法是通过给电机施加特定的电压和频率，测量相应的响应数据，利用系统辨识的方法得到电机的参数。
频率扫描法是通过改变电机的频率，测量相应的电流和转矩，根据传递函数的理论计算得到电机的参数。
2.永磁同步电动机模型建立三、控制策略设计对于永磁同步电动机的调速控制系统，可以采用多种控制策略，如传统的PI控制、模糊控制和模型预测控制等。
1.PI控制PI控制是最常用的控制策略之一，通过调节比例和积分系数来实现对电机转速的控制。
PI控制简单可靠，但对于电机模型的误差和扰动比较敏感。
2.模糊控制模糊控制是一种基于经验和模糊推理的智能控制方法，通过建立模糊规则和模糊推理机制，实现对电机的转速控制。
模糊控制能够在不确定性和非线性环境中实现较好的控制效果。
3.模型预测控制模型预测控制是一种基于模型预测和优化求解的控制方法，通过建立电机的预测模型，并进行优化求解，实现对电机的转速控制。
永磁同步电机三矢量模型预测电流控制
永磁同步电机三矢量模型预测电流控制徐艳平;王极兵;张保程;周钦【摘要】永磁同步电机最优占空比模型预测电流控制策略中电压矢量方向固定,可选矢量范围具有一定局限性,且仅对交轴电流实现了无差拍控制,因而电流仍有较大的脉动.该文提出了一种三矢量模型预测电流控制策略,在每个扇区用三个基本电压矢量等效地合成一个期望电压矢量,并将6个扇区中合成的6个期望电压矢量作为备选电压矢量,从而其范围能够覆盖任意方向、任意幅值.采用直交轴电流无差拍方法计算矢量作用时间,对直交轴电流同时实现了无差拍控制,有效地减小了电流脉动,提高了系统稳态性能.实验结果证明了所提出方法的可行性和有效性.%In the optimal duty cycle model predictive control strategy of permanent magnet synchronous motor, the voltage vector direction is fixed and the range of optional vectors are limited, and only the quadrature component of current is controlled by using a deadbeat solution, so the current still has large ripples. In this paper, a three-vector-based model predictive current control strategy is proposed. In this method, three basic voltage vectors are equivalent to synthesize a expected voltage vector in each sector, and six expected voltage vectors in six sectors are used as candidate voltage vectors, which can cover any direction and any amplitude. In order to achieve the deadbeat control of the direct and quadrature current components simultaneously, the deadbeat principle is used to calculate the vector duration in this paper. The strategy can reduce the current ripples effectively, and improve the steady-state performance.Experimental results demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed strategy.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)005【总页数】9页(P980-988)【关键词】永磁同步电机;三矢量;模型预测电流控制;期望电压矢量;电流脉动【作者】徐艳平;王极兵;张保程;周钦【作者单位】西安理工大学电气工程系西安 710048;西安理工大学电气工程系西安 710048;西安理工大学电气工程系西安 710048;西安理工大学电气工程系西安710048【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）具有结构简单、噪声低、功率密度高等优点，已在航空航天、电动汽车、电梯等领域得到了广泛的应用。
永磁同步电动机弱磁控制方法研究
永磁同步电动机弱磁控制方法研究
永磁同步电动机是一种高效、高功率密度的电动机，具有广泛的应用前景。
然而，在低速和负载突变情况下，永磁同步电动机容易出现弱磁问题，导致性能下降甚至无法正常工作。
因此，研究永磁同步电动机的弱磁控制方法具有重要意义。
首先，弱磁控制方法的研究需要充分了解永磁同步电动机的工作原理和特性。
永磁同步电动机由永磁体和同步电机部分组成，通过控制电流和磁场来实现电动机的运行。
在弱磁情况下，电机的磁场强度不足，导致输出扭矩下降。
针对永磁同步电动机弱磁问题，研究者提出了多种解决方案。
一种常用的方法是增加励磁电流来增强磁场强度，但这样会增加功耗和成本。
另一种方法是通过优化控制策略来减小弱磁对电机性能的影响。
在控制策略方面，研究者提出了磁场观测器和自适应控制算法等方法。
磁场观测器通过测量电机终端电压和电流来估计电机磁场，从而实现对弱磁的实时监测和控制。
自适应控制算法则根据电机的工作状态和负载情况来调整控制参数，以提高电机的响应速度和稳定性。
此外，还有一些新兴的弱磁控制方法值得关注。
比如，基于神经网络的控制方法可以通过学习电机的非线性特性来提高电机
的弱磁控制性能。
另外，基于模型预测控制的方法可以通过建立电机的数学模型来预测电机的动态响应，并根据预测结果进行控制。
综上所述，永磁同步电动机的弱磁控制方法研究具有重要意义。
通过合理选择控制策略和优化控制参数，可以有效解决永磁同步电动机的弱磁问题，提高电机的性能和可靠性。
未来的研究可以进一步探索新的控制方法和技术，以适应不同工况和应用场景的需求。
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映射问题 ， 出一种改进方法 。仿真 结果 表明 Ｆ Ｌ与 Ｌ Ｃ联 合控制 策略 简化 了约束 控制 系统设计 ， 提 Ｂ ＭＰ 改善 了系统 静、 动态性能 ， 提高了系统实时性和鲁棒性 。 关键词 ： 永磁 同步 电动机 ； 滚动时域 ； 反馈线性化 ； 微分几何 ； 非线性映射 中图分类号 ： Ｍ３ １ Ｔ ４ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ：０４ ７ １ （０ ０ ｌ 一 ０ ３ ｏ １０ － ０ ８ ２ １ ）１ Ｏ ４ 一 ４
ｐ ｒ ｒ ａ ｃ ｎ ｎ ａ ｃ ｓｔ ｅ ｒ ａ － ｉ ｎ ｏ ｕ ｔｅ ｓｏ ｅ ｃ ｎｒ ｌｓ ｓｅ ｅ ｆｍ ｎ ｅ ａ ｄ ｅ ｈ ｎ ｅ ｈ ｅ ｌ ｔ ｏ ｍｅ ａ ｄ ｒ ｂ ｓｎ ｓ ｆｔ ｏ ｔ ｙ ｔ ｍ． ｈ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ Ｐ ｙ ｗｏ ｄ ： ＭＳ ；ｅ ｅ ｉｇ ｈ ｒ ｏ ；ｅ ｄ ａ ｋ ｌ ｅ ｒ ａ ｉｎ； ｉ ｅ ｅ ｔ ｅ ｍｅｒ ； ｏ ｌ ｅ ｒｍａ ｐ ｎ Ｍ ｒ ｃ ｄ ｎ ｏ ｉ ｎ ｆ ｅ ｂ ｃ ｉ ａ ｉ ｔ ｚ ｎ ｚ ｏ ｄ ｆ ｒ ｎ ｉ ｇ ｏ ｔ ｎ ｎ ｉ ａ ｐ ｉ ｇ ｆ ｌ ａ ｙ ｎ
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测控制 （ ＭＰ ） Ｌ Ｃ 联合控制策略 。利用反馈线性化方 法 ， 原非线 性系统模 型转换 为线性 模型 ； 将 利用 Ｌ Ｐ Ｍ Ｃ解 决约束
条件对系统性能 的影响 。该方法分别解决了直接采用非线性 预测控制 （ ＭＰ ） Ｎ Ｃ 计算量 大并且 可能 收敛 于局部 极小
点 的问题和传统约束控制 （ 抗饱和方法 ） 设计 过程复杂 、 用范 围小 的问题 。对于该方 法 中存 在 的约束 条件非 线性 适
ｍ ｍ ａｄｔａ ｔｅｃｎｅ ｔｎ ｏ ｓａｎｄｃｎ ｏ ａｔ ｗｎｕ ｅ ｏ ）ｈ ｓｌ ｔ ｉ ｓｏ ｃｍ ｌ ｅｉ ｒｃｓ ａｄ ｕ ｎ ｔ ｈ ｏｖｎｉ ａ ｃｎｔ ｉｅ ｏｔ ｌ（ ｎｉ ｉｄｐ ｍ ｔ ｄ ａ ｉ ａｏ ｆ ｏ ｐｅ ｄ ｓ ｎｐｏｅｓ ｎ ｈ ｏｌ ｒ ｒ — ｈ ｍｉｔ ｎ ｘ ｇ
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非 线性 永磁 同步 电动 机 约 束 预 测 控 制
林 辉 ， 永 宾 王
（ 西北工业大学 ， 陕西西安 ７ ０２ ） １ １９ 摘 要： 针对永磁 同步电动机在伺 服系统 中的非线性问题和 约束控制 问题 ， 出了反馈线性 化 （ Ｂ ） 提 Ｆ Ｌ 与线性预