PMSM无传感器控制SMO抖动消除研究

高子彦

【摘 要】通过对永磁同步电机（PMSM）模型的分析，设计了基于滑模观测器（SMO）的PMSM无传感器矢量控制系统。引入连续函数exp（s）和卡尔曼滤波器，使波形平滑准确。对所提出的控制方案进行了仿真，分析了结果。

【关键词】永磁同步电机；抖振抑制；滑模；卡尔曼滤波器

中图分类号： TM341 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）16-0166-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.075

【Abstract】A sensorless vector control system of Permanent Magnet Synchronous Motor （PMSM） is designed based on Sliding Mode Observer （SMO） by analyzing the model of PMSM in this paper. Continuous function exp（s） and Kalman Filter are introduced to the system， makes the waveform smoothly and accurately. Simulations are carried out and the results are analyzed at last.

【Key words】PMSM； Buffeting elimination； SMO； Kalman filter

0 前言

永磁同步电机（PMSM）是一种具有多变量，强耦合，非线性的复杂对象。在实际系统中安装传感器不仅增加了成本，而且机械传感器还存在安装、布线困难，易受环境影响等缺点。基于滑模变结构控制理论来构建电机的位置、转速观测器，它不需要电机高精确的数学模型，对系统的不确定参数和外部干扰具有很强的鲁棒性。因此，在电机控制领域表现出了良好的应用前景。在控制系统中，切换函数非连续的本质特性会引起系统抖振，影响系统的精度。本文提出用指数函数exp（s）来替换符号函数sign（s），且用卡尔曼滤波来处理反电动势。基于变结构滑模控制下的系统抖振问题得到了较好的解决，具有一定的实用价值。

1 PMSM的数学模型

PMSM矢量控制一般采用d-q同步旋转参考正交坐标系和α-β静止定子参考正交坐标系的数学模型，系统控制框图如图1所示。

在坐标系下，PMSM的状态方程为：

2 滑模观测器的构建

3 系统抖振的削弱

本文提出的消抖方法主要有兩种。

首先，从开关特性出发，用指数函数替换符号函数：

然后，从滑模观测器的输出开始，设计了一种基于α-β坐标系PMSM模型的卡尔曼滤波器。模型如下：

4 实验结果和分析

5 结论

本文建立了基于滑模观测器的PMSM无传感器控制模型，对抖振抑制方法进行了研究，SIMULINK仿真结果表明，本文建立的模型能快速估计转速和位置信息，并能抑制滑模抖振。

【参考文献】

[1]陆骏，杨建国，马胤琛.永磁同步电机滑模变结构转速直接观测器[J].电力电子技术，2017（2）：81-84.

[2]Liang Yan， Li Yongdong，“The State of art of Sensorless Vector Control of PMSM”， Electric Drive， vol. 33， pp.4-9， 2003.

[3]李晓宁，刘晨程，李卫东.基于MRAS和SMO相结合的PMSM矢量控制[J].电气传动，2012，42（7）：8-11.

[4]Bolognani S， Tubiana L， Zigliotto M，“Extended Kalman filter tuning in sensofless PMSM drives”，IEEE Trans on Industry Applications， vol. 39（6）， pp. 1741-1747， 2003.