无速度传感器的永磁同步电动机滑模控制

    李渊^1,2，何凤有¹，余跃¹

(1中国矿业大学，江苏徐州221008；2江苏大学，江苏镇江212013)

    摘要：采用反演控制理论构造了永磁同步电动机的速度观测器，并运用滑模变结构控制理论设计了系统控制策略。该方法利用，反演控制稳定性强，动、静态性能优良的特点，设计的观测器结构简单、精度高、稳定性好。使用滑模控制理论没计系统总体控制方法，可以有效抑制负载和参数变化带来的扰动，从而提高了系统的鲁棒性。文章对所提出的控制策略进行了理论分析，并且通过Matlab进行仿真实验一仿真结果表明，该控制方法有效地实现了电机的转速跟踪，具有良好的动、静态特性和鲁棒性。

    关键词：水磁同步电动机；无速度传感器；滑模控制；反演控制

    中图分类号：TM34l    文献标识码：A    文章编号：1004—7018f2加9)12—0045—03

O引  言

    永磁同步电动机(以下简称PMsM)具有体积小、结构简单、可靠性高、调速性能优良和鲁棒性强等优点，被广泛应用于各种高精度调速控制系统中。然而，由于PMsM调速系统本身的非线性以及电机参数不准确等因素，使得对其实现高精度控制成为一个复杂的问题。

    无速度传感器控制是现代交流调速的一个重要发展方向。目前已有学者将扩展卡尔曼滤波、模型参考自适应、高频注入和神经网络等控制方法应用于PMsM的控制中，并且取得了较好的效果^[1]。

    本文采用反演控制方法设计和研制了PMsM的转速观测器。由于反演控制具有稳定性强，动、静态特性优良的特点，因此基于该方法设计的转速观测器具有精度高、稳定性好、动态反应迅速等优点。此外，为了提高系统抑制电机参数变化和负载变化带来的影响，系统的总体控制策略采用滑模变结构控制，从而有效地提高了系统的抗干扰能力。文中详细分析了所提出的控制策略，并通过仿真验证了控制方法的有效性。

1 PMsM数学模型

    本文采用的PMsM数学模型以同步旋转转子坐标为基础，并且假设交、直轴电感相等，即L_d=L_q=L^[2]：

式中：u_d、u_q为d、g轴定子电压；i_d、i_q为d、q轴定子电流；R为定子电阻；L为定子电感：TL为负载转矩；J为转动惯量；B为粘滞摩擦系数；P为极对数；ω为转子机械角速度；Ψf为永磁磁通。

2控制系统设计

    由于定子电流直轴分量给定为零，所以定义^[3-6]:

3  无速度传感器设计

   系统速度ω的值使用反演控制方法构造获得. 令:ω=ω-ω,ω为电机转速的观测值,ω为观测值与实际值的误差^[7].

     应用反演控制方法定义子控制系统的Lyapunov函数:

4系统仿真分析

    系统总体框图如图l所示。其中电机参数为：定子电阻R=3Ω；极对数p=2；转动惯量，=O．001kg.m2；永磁磁通Ψf=0.8 wb；定子电感为L=0.006 H，粘滞摩擦系数为B=O．000 l。

    由于控制器需要速度给定信号的一、二阶导数因此仿真系统中采用了如图2所示的方法来平滑地输出阶跃给定信号及其一、二阶导数号[8]。图中a1=8 500，a2=0．02。    

      控制器中相关参数取为:μ1=50;μ2=80;c=l 500；σ=O．1 图3表明了系统转速跟踪阶跃给定的性能。当t=0．3 S时，给定转速由100 r／min升至120 r／min：在t=0．6 s时，给定转速由120 r／min升至130 r／从图3a中可以看出系统能精确地跟踪给定转速。图3b中上半部分反映了估计转速与给定转速的误差，下半部分反映了估计转速和实际转速之间

的误差。