PMSM無傳感器控制SMO抖動消除研究

高子彥

【摘 要】通過對永磁同步電機（PMSM）模型的分析，設計了基于滑模觀測器（SMO）的PMSM無傳感器矢量控制系統。引入連續函數exp（s）和卡爾曼濾波器，使波形平滑準確。對所提出的控制方案進行了仿真，分析了結果。

【關鍵詞】永磁同步電機；抖振抑制；滑模；卡爾曼濾波器

中圖分類號： TM341 文獻標識碼： A 文章編號： 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

永磁同步電機（PMSM）是一種具有多變量，強耦合，非線性的復雜對象。在實際系統中安裝傳感器不僅增加了成本，而且機械傳感器還存在安裝、布線困難，易受環境影響等缺點。基于滑模變結構控制理論來構建電機的位置、轉速觀測器，它不需要電機高精確的數學模型，對系統的不確定參數和外部干擾具有很強的魯棒性。因此，在電機控制領域表現出了良好的應用前景。在控制系統中，切換函數非連續的本質特性會引起系統抖振，影響系統的精度。本文提出用指數函數exp（s）來替換符號函數sign（s），且用卡爾曼濾波來處理反電動勢。基于變結構滑模控制下的系統抖振問題得到了較好的解決，具有一定的實用價值。

1 PMSM的數學模型

PMSM矢量控制一般采用d-q同步旋轉參考正交坐標系和α-β靜止定子參考正交坐標系的數學模型，系統控制框圖如圖1所示。

在坐標系下，PMSM的狀態方程為：

2 滑模觀測器的構建

3 系統抖振的削弱

本文提出的消抖方法主要有兩種。

首先，從開關特性出發，用指數函數替換符號函數：

然后，從滑模觀測器的輸出開始，設計了一種基于α-β坐標系PMSM模型的卡爾曼濾波器。模型如下：

4 實驗結果和分析

5 結論

本文建立了基于滑模觀測器的PMSM無傳感器控制模型，對抖振抑制方法進行了研究，SIMULINK仿真結果表明，本文建立的模型能快速估計轉速和位置信息，并能抑制滑模抖振。

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