基于变结构控制的无传感器交流伺服系统研究
罗雪莲（湖南工学院电气与信息工程系，衡阳421002）
摘要：为了取消永磁同步电机控制中的机械传感器，获得矢量控制中需要的电机转速和位置信息，设计了一种基于交结构控制的永磁同步电机转速和转子位置估算方法。选取定子固定坐标系下定子电流及电机感应电动势为状态变量，定子电压和电流作为输入、输出量，建立估算电机转速和转子位置的自适应滑模观测器系统。通过观测电机感应电动势来估计电机转子位置和转速，并结合扩展的卡尔曼滤波对电机感应电动势进行滤波。实验结果表明带有扩展的卡尔曼滤波的滑模观测器具有良好的动态性能，对被控对象的参数变化和扰动有很强的鲁棒性。
关键词：永磁同步电机；变结构控制；滑模观测器；扩展卡尔曼滤波器；无速度传感器
中图分类号：TM341；TM351：TP273+2 文献标志码：A 文章编号：1001-6848(2010）01-0066-05
0引 言
目前，无速度传感器交流伺服系统在极低转速范围内，精确的速度估计仍然是个难题。估计转速必须在静态、动态下以足够的精度跟踪实际的转速。无速度传感器的高性能交流伺服系统非常需要高精度的估计器或观测器来保证系统在大转速范围（包括极低转速）内具有稳定性和对重负载的鲁棒性。本文提盅一个自适应滑模观测器，根据观测电流和实测电流之间的误差构成滑模切换面对电机感应电动势进行观测以得到转子位置角，并结合扩展的卡尔曼滤波对电机感应电动势进行滤波。应用自适应转速估计算法得到转子转速，并设计了基于滑模观测器的无传感器矢量控制系统。观测器具有良好的动态性能，对被控对象的参数变化和扰动有很强的鲁棒性。
1 交流永磁同步伺服电动机数学模型
在假设磁路不饱和，不计磁滞和涡流损耗影响，空间磁场呈正弦分布的条件下，当永磁同步电动机转子为表贴式时，得静止DQ坐标中的定子
电压状态方程[1]为：
us 为定子电压空间矢量；is为定子电流空间矢量；Rs定子绕组相电阻Ls为等效同步电感；es为感应电动势空间矢量；ψf为永磁体励磁磁链。
2滑模变结构控制的基本原理
滑模变结构控制本质上是一类特殊的非线性控制，这种控制策略与其它控制的根本区别在于系统的控制不连续，系统的“结构”并不固定，而是可以在动态过程中，根据系统当前的状态有目的地不断变化，迫使系统按照预定的“滑动模态”的状态轨迹运动。由于滑动模态可以进行设计且与对象参数及扰动无关，这就使得变结构控制具有鲁棒性强、对参数变化及扰动不灵敏、快速响应等优点。
2.1滑模运动及其存在条件
对于一个控制系统：  ，系统状态  ，控制向量  ，其状态空间中存在一个切换超平面。 它将状态空间分成s>0与s<0两部分，如果适当选择切换函数S（X）和输入控制信号u，使得从任意初始状态出发的运动点在“的作用下均能到达超平面，且状态将 |
