基于滑模观测器的PMSM控制系统研究

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1、《工业控制计算机》2010年第23卷第5期63基于滑模观测器的PMSM控制系统研究ControlSystemofPermanentMagnetSynchronousMotorBasedonSlidingModeObserver苏义鑫何国星张婷（武汉理工大学自动化学院，湖北武汉430070）摘要针对永磁同步电动机（PMSM）的特点，选用鲁棒性好、控制算法简单、易于工程实现的滑模观测器方法对电动机转子位置和速度进行估计。结合PMSM的数学模型与矢量控制理论，建立基于MATLAB／Simulink的无传感器PMSM矢量控制系统的仿真模型，并进行系统

2、性能仿真分析，仿真结果验证了基于滑模观测器的无传感器控制方法的正确性与可行性。关键词：滑模观测器，PMSM，MATLAB／SimulinkAbstractAccordingtothecharacteristicsofpermanentmagnetsynchronousmotor,thispaperchooseamethodbasedonSMOtoestimatetherotorpositionandspeed,whichhasastrongrobustness,simplecontrolalgorithmandeasyimplementati

3、onofengineeringapplication．WithPMSMmathematicalmodelandvectorcontroltheory,thesensorlessPMSMvectorcontrolsys-temsimulationmodelbasedonMATLAB／Simulinkisestablished,andsystemperformanceisanalyzed,thesimulationresultverifythecorrectnessandFeasibilityofthemethodofsensorlesscont

4、rolbasedonSMO．Keywords:slidingmodeobserver,PMSM,MATLAB／Simulink在大多数永磁同步电机变速驱动系统中，需要在电机转轴压，经过PARK逆变换后为α、β轴电压，最后通过SVPWM模上安装速度传感器以提供转子位置信息，确定转子磁场间的空块输出六路PWM驱动逆变器，产生可变频率和幅值的三相正间角度，使坐标变换成为可能，而传感器的存在降低了系统的可弦电流出入到电机定子。靠性，提高了系统的成本。因此，研究一种无需速度传感器的控2滑模观测器数学模型制方法成为电机控制领域的热点。滑模变结构控制作为一

5、种特2．1滑模变结构原理殊的非线性控制策略，具有对系统数学模型精度要求不高，对系从图2可以统内部参数摄动及外部环境扰动具有自适应性的特点，此外，还看到，滑模变结构具有控制算法简单，易于工程实现的优点。为此，将滑模观测器控制是一种不连续引入到PMSM无速度传感器控制系统中，最后建立了系统的仿的控制，是一种使真模型。验证了系统控制方案和控制策略的正确性和可行性。系统的“结构”可以1PMSM无传感器矢量控制系统随时间变化的开关永磁同步电机无传感器矢量控制系统如图1所示，系统采特性，通过设计切用双闭环控制，外环是速度环，内环是电流环，通过滑模观测器换

6、函数S（X），使得图2滑模变结构示意图（SMO）对转子位置和速度进行估算，实现PMSM无传感器矢量控制系统在两种不控制系统的设计。同控制函数U＋（X）和U－（X）之间切换。该控制特性可以迫使系统在一定特性下沿规定的状态轨迹作小幅度、高频率的上下运动，即所谓的“滑动模态”。所以，一旦切换函数S（X）和滑动模态控制函数U±（X）都得到，滑动模态控制系统就建立起来了。2．2滑模观测器设计假设PMSM磁路是线性的，忽略电机中的涡流损耗和磁滞损耗，转子感应的主磁通是正弦分布的。PMSM在静止两相坐标αβ下的数学模型为：βdiα＝－Ri＋1（u－e）βd

7、tLαLααβ（1）βdiβR1＝－i＋（u－e）βdtLβLββe＝－λωsin（θ）α0ee图1永磁同步电机无传感器矢量控制系统框图β（2）e＝λωcos（θ）β0ee具体的控制过程为：给定的角速度ω觹与滑模观测器估测到式中iα、iβ为定子电流α轴和β轴分量，uα、uβ为定子电压α的转子角速度ω＾相比较后，经过PI调节器输出Iq觹作为电流控轴和β轴分量，eα、eβ为反电势α轴和β轴分量，λ0为反电动势制器的给定信号。同时，定子反馈的三相电流经过CLARKE变系数，ω0为转速，θe为转子转角，R为相电阻，L为相电感。换和PARK变换得到iq

8、和id，通过控制d轴电流给定Id觹＝0。根据上述数学模型，本文使用的滑模观测器用到电流方程，与给定值相比较后，经过PI电流调节器分别输出为d、q轴的电64基于滑模观