感应电机驱动系统已广泛应用于工农业生产、交通运输、军事国防、日常生活等诸多领域。随着科技的进步,数控机床、机车牵引等应用场合对感应电机驱动系统性能提出了更高的要求。而我国在高性能变频器产品上与发达国家尚存在较大差距,因此,研发具有自主知识产权的高性能变频器具有重要的市场价值和战略意义。本文以感应电机矢量控制系统为研究对象,从以下四方面关键技术入手来提高系统性能:(1)电流环动态性能和鲁棒性提升;(2)速度环抗负载扰动性能提升;(3)高速弱磁区输出转矩最大化;(4)高速弱磁区无速度传感器控制稳定运行。论文具体内容如下:针对传统基于PI控制的电流环动态性能受限的问题,本文研究了一种基于无差拍控制的电流预测控制策略。在感应电机离散域数学模型的基础上,推导了传统无差拍电流预测控制的指令电压表达式,得到了从指令电流到实际电流的传递函数。理论分析表明传统无差拍电流预测控制本质上是两个采样周期的无差拍控制,但由于严重依赖被控对象模型,其对电机参数摄动十分敏感,会导致系统出现稳态电流误差,甚至失控。为此,本文提出了一种基于二阶滑模扰动观测器的无差拍电流预测控制策略,通过设计二阶滑模扰动观测器来估计系统扰动,并将所估计的扰动作为控制器前馈,有效补偿了由于电机参数摄动导致的稳态电流误差,增强了系统鲁棒性。通过采用基于Super Twisting算法的二阶滑模控制,加快了观测器的收敛速度,并抑制了传统滑模控制中固有的抖振现象。实验结果表明,所提出的方法能有效提高电流环的动态响应速度以及对电机参数摄动的鲁棒性。虽然基于二阶滑模扰动观测器的电流预测控制具有理想的动态性能,但其算法复杂,且无法采用线性控制理论进行分析。针对这个问题,本文研究了一种鲁棒电流预测控制策略。在感应电机离散域模型的基础上,建立了Luenberger观测器来估计下一时刻定子电流,并推导了传统鲁棒电流预测控制的指令电压表达式,理论分析表明鲁棒电流预测控制能够以减小系统截止频率为代价,提高系统鲁棒性,但该方法仍存在稳态电流误差的问题。为此,论文提出了一种基于扩张状态观测器的鲁棒电流预测控制策略,通过设计扩张状态观测器,在估计下一时刻定子电流的同时估计系统扰动,并将其引入指令电压,从根本上消除了稳态电流误差。最终,实验结果验证了所提出方法的有效性。为了提高速度环抗负载扰动性能,本文研究了一种基于转矩前馈补偿的复合转速控制器。首先推导了基于PI控制的速度环传递函数,频域分析表明传统PI控制无法兼顾速度环的快速性、稳定性和抗干扰性。为此,本文提出了一种二阶快速终端滑模负载转矩观测器,并根据转矩前馈补偿原理,将所估计的负载转矩用于转速控制器的前馈补偿。通过Lyapunov稳定性定理证明了所提出观测器的稳定性,并从理论上分析了其有限时间收敛特性和抖振抑制性能。实验结果证明所提出的算法能有效改善系统抗负载扰动能力。为了实现感应电机在无速度传感器控制下弱磁区输出转矩的最大化,本文研究了一种基于转速自适应观测器的弱磁控制策略。首先,在分析系统电压和电流约束的基础上,推导了电机在高速弱磁区输出转矩最大化的最优电流矢量轨迹,并提出了一种鲁棒弱磁控制策略。通过采用电压闭环控制有效提高了母线电压利用率,实现了弱磁区输出转矩最大化。其次,基于感应电机静止坐标系下的数学模型,设计了一种全阶磁链观测器,并根据Lyapunov稳定性定理推导了转速自适应律。但理论分析表明,基于传统前向Euler离散化的全阶磁链观测器在高速弱磁区域内存在不稳定问题。为此,本文提出了一种改进Euler离散化方法,有效兼顾了全阶磁链观测器的稳定性、精度和计算量。最终,实验结果验证了所提出算法的正确性。