永磁同步电动机无位置传感器滑模变结构控制_永磁同步电动机无位置传感器滑模变结构控制万健如_

永磁同步电动机无位置传感器滑模变结构控制

2006/11/20 9:18:00

[摘要] 永磁同步电动机矢量控制通常用传感器检测转子转速和位置，优点是测量精度高，但易使系统鲁棒性降低、转子轴转动惯量增大，且硬件成本增加。通过检测电动机相电流，转化到。α-β坐标系，根据电动机电磁方程式构造滑模变结构观测器，得到转子转速和位置的估算值。理论分析和仿真实验表明，滑模变结构预估算法具有较快的速度估算收敛性和较好的抗负载扰动能力，系统鲁棒性增强。关键词滑模变结构永磁同步电动机无位置传感器相电流 1 引言永磁同步电动机（PMSM）矢量控制方式在高精度、高动态性能伺服驱动中的需求不断增长。在PMSM转子磁场定向矢量控制中，精确的转子位置检测是关键。通常在电动机轴上安装光电编码器等传感器测量转子位置和转速，但随之带来环境适应性不强、系统鲁棒性降低、转子转动惯量增大等问题。为此，很多学者致力于无位置传感器控制策略的研究。其中基于状态观测器控制方法，由于动态性能好、稳定性高、参数鲁棒性强等优点倍受关注。其算法复杂，对计算机实时运算速度和存储容量要求高，DSP控制技术的应用推动了该类方法的实现。本文采用滑模变结构控制观测器，对转子位置和速度进行预估，实现永磁同步电动机无位置传感器滑模变结构控制。 2 滑模变结构控制滑模变结构控制是一种特殊的开关控制，该控制特性可以迫使系统在一定条件下沿规定的状态轨迹作小幅度、高频率的上下运动，即滑模运动。这种滑模与控制对象的参数变化及扰动无关，故系统具有很好的鲁棒性。定义状态轨迹为切换面，而将称为滑模切换函数。滑模变结构控制原理图如图1所示，根据图1可得系统状态方程表达式为

3 滑模变结构状态观测器设计为讨论方便，假设PMSM磁路不饱和是线性的，参数不随温度变化，忽略涡流损耗，且空间磁场呈正弦波形分布。永磁同步电动机滑模变结构控制系统结构图如图2所示。

3．1 观测器状态方程

两式均小于零，可知该观测器满足滑模存在性。 3．2 转速及转子位置估算 PMSM电磁方程式中是以实测转速作为状态矩阵的元素，而构造的观测器是以估计转速作为元素，同时包含滑模成分。因此定子电流和转子磁链状态量估计值和实际值之间的偏差为

图3、图4分别为给定转速10r/min、500r／min，空载起动，在0.15s突加负载时的速度运行曲线。空载时转速估计值和实际值基本一致，且没有抖动；当加上负载后，实际速度只产生微小的振动即趋于稳定，估计曲线低速时抖振很小，高速时相对比较明显，但和实际值的误差不大，基本能够满足通常的调速场合。理想滑模观测器不受电动机参数变化影响，但实际模型推导所用参数μ、ϒ与电动机参数相关，会引起误差，但通过k1调节可进行弥补。图5为给定转速400r／min，空载起动运行，参数变化时速度响应曲线。图5a为电枢电阻0.67Ω，图5b为电枢电阻阻0.45Ω。比较两图曲线可见，电阻降低后，超调量稍有增大，响应时间略微变长，但变化幅度非常小。经反复仿真实验表明，当电动机功率、电感等其他参数发生变化时，速度响应曲线的实际值与估计值相差很小，限于篇幅，其仿真波形不再给出。由此可知，该滑模观测器对电动机参数摄动具有很好的抗扰性，系统鲁棒性提高。