王麗 高遠(yuǎn) 袁海英

摘? 要：為提高永磁同步電機(jī)無(wú)傳感器控制系統(tǒng)的控制性能和抗干擾能力，提出一種改進(jìn)型滑模觀測(cè)器無(wú)傳感器魯棒控制方法。該方法引入雙曲正切函數(shù)替代傳統(tǒng)滑模觀測(cè)器的開(kāi)關(guān)函數(shù)，并采用鎖相環(huán)技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子狀態(tài)信息進(jìn)行提取，以削弱觀測(cè)器的抖振效應(yīng)和提高轉(zhuǎn)子狀態(tài)估計(jì)精度;為抑制轉(zhuǎn)子狀態(tài)估計(jì)誤差和不同負(fù)載工況等干擾，提高無(wú)傳感器控制系統(tǒng)的整體性能，設(shè)計(jì)速度環(huán)自抗擾控制器來(lái)替代傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器?？刂葡到y(tǒng)仿真結(jié)果表明：相比傳統(tǒng)方法，該方法不僅能有效抑制抖振，提高轉(zhuǎn)子狀態(tài)的估算精度，而且進(jìn)一步提高了電機(jī)無(wú)傳感器轉(zhuǎn)速跟蹤控制的性能和魯棒性。

關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī);改進(jìn)型滑模觀測(cè)器;自抗擾控制;魯棒性;估計(jì)精度

中圖分類號(hào)：TM351? ? ? ? ? ?DOI：10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2022.02.007

0? ? 引言

近年來(lái)，永磁同步電機(jī)（permanent magnet? synchronous motor，PMSM）調(diào)速系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于純電動(dòng)汽車、機(jī)器人、工業(yè)傳動(dòng)等領(lǐng)域。PMSM控制系統(tǒng)普遍采用機(jī)械式傳感器檢測(cè)反饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子狀態(tài)（速度和位置）信息，這不僅增加系統(tǒng)設(shè)備的安裝維護(hù)成本和體積，而且傳感器檢測(cè)效果易受電磁、溫度等因素干擾，對(duì)電機(jī)調(diào)速控制性能造成不良影響，甚至?xí)霈F(xiàn)傳感器故障，導(dǎo)致控制系統(tǒng)失穩(wěn)等問(wèn)題[1]。為提高PMSM調(diào)速控制系統(tǒng)的容錯(cuò)能力，近年來(lái)，PMSM無(wú)傳感器控制技術(shù)備受關(guān)注。針對(duì)PMSM無(wú)傳感器控制問(wèn)題，提出了擴(kuò)展卡爾曼濾波方法、模型參考自適應(yīng)方法、滑模觀測(cè)器（sliding mode observer，SMO）方法等[2-4]。

傳統(tǒng)的SMO方法采用不連續(xù)的滑模面切換開(kāi)關(guān)控制函數(shù)，使得PMSM轉(zhuǎn)子狀態(tài)估計(jì)存在抖振效應(yīng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子狀態(tài)觀測(cè)精度降低[5]。為抑制或降低滑模抖振效應(yīng)，提高轉(zhuǎn)子狀態(tài)估計(jì)精度和無(wú)傳感器控制效果，有學(xué)者采用準(zhǔn)滑模函數(shù)思想，在SMO中引入飽和函數(shù)或分段指數(shù)函數(shù)等具有連續(xù)性的切換函數(shù)來(lái)替代傳統(tǒng)的符號(hào)開(kāi)關(guān)函數(shù)[6-7]。文獻(xiàn)[8]采用低通濾波加相位補(bǔ)償?shù)姆椒V除高頻抖振，同時(shí)對(duì)濾波導(dǎo)致的相位延遲進(jìn)行補(bǔ)償，然而該方法固定的濾波器截止頻率和相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)無(wú)法適用于大范圍調(diào)速且負(fù)載變化的無(wú)傳感器控制情形。近年來(lái)，有報(bào)道采用截止頻率可變的濾波器或級(jí)聯(lián)濾波器等對(duì)觀測(cè)器輸出進(jìn)行高頻抖振濾波，雖能濾除高次諧波和減小相位偏差，但截止頻率和相位補(bǔ)償值的調(diào)節(jié)律設(shè)計(jì)使方法變得復(fù)雜，計(jì)算量變大[9-10]，且還存在相位延遲的補(bǔ)償環(huán)節(jié)情況[11]。

現(xiàn)有的PMSM無(wú)傳感器控制系統(tǒng)大都采用速度環(huán)、電流環(huán)的雙閉環(huán)比例積分（proportional integral，PI ）矢量控制，雖然PI控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但自適應(yīng)能力不強(qiáng)，控制效果易受到估計(jì)誤差、系統(tǒng)參數(shù)、外部負(fù)載等攝動(dòng)干擾的影響，無(wú)法獲得令人滿意的電機(jī)控制動(dòng)靜態(tài)性能及魯棒性[12]。近年來(lái)，有學(xué)者在探尋高精度魯棒觀測(cè)器，同時(shí)也對(duì)PMSM的速度環(huán)開(kāi)展先進(jìn)控制算法研究，提出了速度環(huán)的積分滑?？刂芠13]、模糊PI控制[14]、分?jǐn)?shù)階滑?？刂芠15]等方法，旨在提高無(wú)傳感器控制系統(tǒng)的整體 性能。

為提高基于SMO的PMSM無(wú)傳感器調(diào)速控制系統(tǒng)的整體性能和魯棒性，本文設(shè)計(jì)一種改進(jìn)型SMO，通過(guò)采用連續(xù)光滑的雙曲正切函數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)SMO中不連續(xù)的開(kāi)關(guān)函數(shù)，以有效抑制觀測(cè)器輸出的抖振效應(yīng)?？紤]雙曲正切函數(shù)輸出的連續(xù)性，為降低觀測(cè)器輸出延遲和誤差，省去傳統(tǒng)SMO中的低通濾波器環(huán)節(jié)，引入鎖相環(huán)技術(shù)（phase-locked loop，PLL）替代反正切函數(shù)求解運(yùn)算來(lái)提取估計(jì)反電動(dòng)勢(shì)中的轉(zhuǎn)子狀態(tài)信息。此外，鑒于線性自抗擾控制器（linear active disturbances rejection controller，LADRC）是一種魯棒性控制器，設(shè)計(jì)速度環(huán)LADRC 替代傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)PI控制器，以有效抑制時(shí)變負(fù)載及系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)、估計(jì)誤差等擾動(dòng)對(duì)PMSM無(wú)傳感器轉(zhuǎn)速控制性能的不良影響，提高控制系統(tǒng)的整體性能。改進(jìn)型SMO的PMSM無(wú)傳感器魯棒控制系統(tǒng)的仿真對(duì)比結(jié)果驗(yàn)證了工作的有效性。

1? ? PMSM的數(shù)學(xué)模型

考慮兩相定子繞組電感大小相同的表面貼式PMSM，其在α-β靜止坐標(biāo)系下的定子電流方? ? ? ?程為[16]：

[diαdt=-RsLsiα+1Lsuα-1Lseα，diβdt=-RsLsiβ+1Lsuβ-1Lseβ.]? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：[iα]、[iβ]分別表示定子在[α]、[β]軸上的電流分量，[uα]、[uβ]分別表示定子在[α]、[β]軸上的電壓分量，[Rs]和[Ls]分別是定子繞組的電阻和電感，[eα]、[eβ]分別為[α]、[β]軸上的反電動(dòng)勢(shì)分量，并滿足如下方程：

[eα=-φf(shuō)ωrsinθ，eβ=φf(shuō)ωrcosθ.]? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

其中：[φf(shuō)]為永磁體磁鏈，[ωr]為轉(zhuǎn)子角速度，[θ]為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度。

采用[id]=0的矢量控制方式，則PMSM在d-q坐標(biāo)系下的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程為：

[dωrdt=32Pnφf(shuō)Jiq-BJωr-TLJ]，? ? ? ? ? ? ? （3）

式中：[iq]表示[q]軸定子電流，[TL]為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，[Pn]為電機(jī)極對(duì)數(shù)，[J]和[B]分別代表轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼系數(shù)。

2? ? PMSM轉(zhuǎn)子狀態(tài)的改進(jìn)型SMO

PMSM轉(zhuǎn)子狀態(tài)的SMO方法的核心是設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)亩ㄗ与娏骰？刂破?，?shí)現(xiàn)估計(jì)電流與實(shí)際電流間的誤差為0，此時(shí)所觀測(cè)得到的反電動(dòng)勢(shì)可視為真實(shí)的反電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)制定有效的提取算法，從反電動(dòng)勢(shì)估計(jì)中獲取轉(zhuǎn)子狀態(tài)信息[4-6]。

圖1為PMSM的傳統(tǒng)SMO原理結(jié)構(gòu)框圖[7]。圖中，[iα]和[iβ]分別為定子在α、β軸上的估計(jì)電流分量，[eα0]和[eβ0]為含有高頻抖振分量的反電動(dòng)勢(shì)估計(jì)分量，[eα]和[eβ]則表示反電動(dòng)勢(shì)估計(jì)分量。圖1所示的傳統(tǒng)SMO原理方案，由于采用符號(hào)開(kāi)關(guān)控制函數(shù)，導(dǎo)致反電動(dòng)勢(shì)的高頻抖振效應(yīng)會(huì)干擾反電動(dòng)勢(shì)頻譜，降低估計(jì)精度，對(duì)控制系統(tǒng)帶來(lái)不良影響，所以這不僅需要低通濾波器對(duì)反電動(dòng)勢(shì)平滑濾波，而且還需增加相位補(bǔ)償器對(duì)相位的濾波延遲予以補(bǔ)償。轉(zhuǎn)子位置信息通過(guò)arctan（.）函數(shù)進(jìn)行提取，雖然簡(jiǎn)單，但這種開(kāi)環(huán)提取方式存在較大誤差。

為獲得連續(xù)的估計(jì)反電動(dòng)勢(shì)，降低或避免傳統(tǒng)SMO不連續(xù)開(kāi)關(guān)控制函數(shù)所導(dǎo)致的高頻抖振效應(yīng)，同時(shí)提高電機(jī)無(wú)傳感器控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子狀態(tài)觀測(cè)精度和穩(wěn)定性，本文利用準(zhǔn)滑模的控制思想，引入雙曲正切函數(shù)tanh（.）構(gòu)建滑?？刂坡蓙?lái)獲得連續(xù)的估計(jì)反電動(dòng)勢(shì)，在一定程度上可省去為抑制高頻抖振而設(shè)置的低通濾波器及其后續(xù)的相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)，進(jìn)而降低觀測(cè)器的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。為提高轉(zhuǎn)子狀態(tài)估計(jì)精度，采用具有反饋結(jié)構(gòu)的PLL技術(shù)，從觀測(cè)的反電動(dòng)勢(shì)中提取出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速[ωr]和轉(zhuǎn)角信息[θ]。本文提出的改進(jìn)型SMO原理結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

定義定子電流估計(jì)誤差向量[i=iα， iβT=iα-iα， iβ-iβT]，滑模面函數(shù)[S=i]。結(jié)合圖2所示的原理，利用式（1）建立定子電流滑模觀測(cè)器的狀態(tài)方程：

[diαdt=-RsLsiα+1Lsuα-1Lseα，diβdt=-RsLsiβ+1Lsuβ-1Lseα.]? ? ? ? ? ? ? （4）

式（4）中反電動(dòng)勢(shì)估計(jì)[e=eα， eβT]，設(shè)計(jì)采用如下的連續(xù)切換滑?？刂破骱瘮?shù)表示：

[e=eαeβ=ktanh（S）=ktanh（i）=ktanh（iα）ktanh（iβ）]，? ? ? ?（5）

式中：[k]為滑模增益系數(shù)。

定義電動(dòng)勢(shì)向量[e=eα， eβT]，利用式（1）、式（4）和式（5）可得到電流的估計(jì)誤差方程：

[didt=-RsLsi+1Ls（e-ktanh（i））].? ? ? ? ? （6）

建立如下的李雅普諾夫函數(shù)：

[V=12STS].? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（7）

對(duì)式（7）兩邊進(jìn)行時(shí)間求導(dǎo)，結(jié)合式（6）可得：

[V=STdSdt=（i）Tdidt=-RsLs（i）Ti+（i）TLs（e-ktanh（i））≤] [-RsLs（i）Ti+1Ls（i）Te-ktanh（i）].? ? ?（8）

類似于文獻(xiàn)[17]的證明方法，選擇滑模增益系數(shù)[k]，當(dāng)[ktanh（i）>e]時(shí)，如下的滑模面可達(dá)條件成立：

[V=STdSdt=（i）Tdidt≤0].? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（9）

根據(jù)滑模變結(jié)構(gòu)控制理論，當(dāng)誤差系統(tǒng)在滑模面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，能實(shí)現(xiàn)滑模面[S=i=0]， 以及[dSdt=didt=0]。此時(shí)，定子的估計(jì)電流和實(shí)際電流相等，式（5）的控制律逼近真實(shí)的反電動(dòng)勢(shì)。

圖3為PLL技術(shù)從估計(jì)反電動(dòng)勢(shì)中提取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角信息的原理框圖。當(dāng)[e→e]時(shí)，根據(jù)圖3所示原理，并結(jié)合式（2）可以得到：

[Δe=（-eαcosθ-eβsinθ）→ωrφf(shuō)sin（θ-θ）].? ?（10）

選擇恰當(dāng)?shù)逆i相環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)，使得轉(zhuǎn)角估計(jì)誤差[θ-θ]較小時(shí)，式（10）可等效為：

[Δe=ωrφf(shuō)（θ-θ）].? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（11）

3? ? 速度環(huán)LADRC的設(shè)計(jì)

自抗擾控制是一種魯棒性控制方法。為抑制電機(jī)負(fù)載、參數(shù)時(shí)變以及電機(jī)轉(zhuǎn)子狀態(tài)估計(jì)誤差等擾動(dòng)對(duì)PMSM無(wú)傳感器控制系統(tǒng)的不良影響，提高轉(zhuǎn)子狀態(tài)觀測(cè)器與速度環(huán)調(diào)節(jié)器的整體系統(tǒng)性能，使系統(tǒng)獲得較高精度的轉(zhuǎn)子狀態(tài)魯棒觀測(cè)和較高的轉(zhuǎn)速調(diào)控性能及抗干擾能力，降低控制器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，本文設(shè)計(jì)一種不含跟蹤微分器環(huán)節(jié)的一階LADRC來(lái)替代傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)PI調(diào)節(jié)器。因此，該LADRC主要由線性擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器和線性誤差反饋控制律兩部分構(gòu)成。

考慮PMSM的系統(tǒng)參數(shù)變化、負(fù)載攝動(dòng)以及轉(zhuǎn)子狀態(tài)估計(jì)誤差等對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制影響，結(jié)合線性自抗擾控制理論設(shè)計(jì)LADRC[18]。將機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程式（3）改寫(xiě)成包含擾動(dòng)項(xiàng)和控制項(xiàng)的形式：

[dωrdt=fωr， TL+bu]，? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（12）

式中：擾動(dòng)項(xiàng)[f（ωr， TL）=-BJωr-TLJ]，控制項(xiàng)

[b=32Pnφf(shuō)J]，[u=iq]。

用改進(jìn)型SMO獲得估計(jì)轉(zhuǎn)速替代真實(shí)轉(zhuǎn)速，可設(shè)計(jì)如下的線性擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器對(duì)估計(jì)轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)速環(huán)所受擾動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)。

[e=z1-ωr，z1=z2-β1z1-ωr+bu，z2=-β2z1-ωr.]? ? ? ? ? ?（13）

式中：[z1]表示對(duì)估計(jì)轉(zhuǎn)速[ωr]的擴(kuò)張觀測(cè)器估計(jì)，[z2]表示轉(zhuǎn)速環(huán)擾動(dòng)估計(jì)，[β1、β2]為轉(zhuǎn)速環(huán)觀測(cè)器增益。

根據(jù)上式，可求出線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的特征多項(xiàng)式[λ（c）]：

[λ（c）=c2+β1c+β2]，? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （14）

式中：[c]表示特征根。定義[ω0]表示線性狀態(tài)觀測(cè)器的期望帶寬，并構(gòu)建期望的特征多項(xiàng)式：

[λ?（c）=（c+ω0）2].? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （15）

采用極點(diǎn)配置方法可設(shè)計(jì)出觀測(cè)器的增益? ? ?系數(shù)：

[β1=2ω0，β2=ω20].? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（16）

為提高電機(jī)轉(zhuǎn)速跟蹤控制的動(dòng)靜態(tài)性能和魯棒性，同時(shí)減少轉(zhuǎn)速控制誤差對(duì)SMO輸出的不良影響，設(shè)計(jì)如下表達(dá)式的線性誤差反饋控制律以獲得抵消擾動(dòng)后的速度環(huán)控制信號(hào)[u]：

[u0=kp（ω?r-z1）-kdz2，u=-z2+u0b.]? ? ? ? ? ?（17）

式中：[ω?r]為系統(tǒng)期望轉(zhuǎn)速，[kp]和[kd]分別為誤差反饋控制律的比例參數(shù)和微分參數(shù)。

選取轉(zhuǎn)速閉環(huán)的帶寬[ωc]和阻尼比[ξ]，可按如下公式計(jì)算獲得線性誤差反饋控制律參數(shù)：

[kp=ω2c，kd=2ξωc].? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（18）

在實(shí)際應(yīng)用中，通常選取臨界阻尼比[ξ=1]，[ω0=（5-10）ωc] 。根據(jù)式（13）和式（17），可得如圖4所示的轉(zhuǎn)速環(huán)LADRC結(jié)構(gòu)圖。

4? ? 仿真結(jié)果與分析

根據(jù)圖5所示的PMSM無(wú)傳感器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，在MATLAB/Simulink環(huán)境下，將改進(jìn)型SMO和轉(zhuǎn)速環(huán)LADRC進(jìn)行模塊化程序?qū)崿F(xiàn)，搭建PMSM無(wú)傳感器控制系統(tǒng)仿真模型并開(kāi)展仿真實(shí)驗(yàn)研究。仿真中，按表1所列數(shù)值設(shè)置PMSM的系統(tǒng)參數(shù)，選取滑模觀測(cè)器滑模切換增益參數(shù)[k=300];選取轉(zhuǎn)速環(huán)LADRC相關(guān)參數(shù)：[b=397]、[β1=8 600]、[β2=4 3002]、[kp=4302]、[kd=860];鎖相環(huán)參數(shù)[kp1=50]、[ki1=0.1]。

為驗(yàn)證本文方法（改進(jìn)型SMO+速度環(huán)LADRC）的有效性，仿真中考慮PMSM負(fù)載轉(zhuǎn)矩突變、期望轉(zhuǎn)速跳變和系統(tǒng)參數(shù)時(shí)變的不同運(yùn)行工況，并對(duì)比傳統(tǒng)方法（傳統(tǒng)SMO+速度環(huán)PI調(diào)節(jié)器）的無(wú)傳感器控制效果。其中，傳統(tǒng)方法轉(zhuǎn)速環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)為[kp2=0.9]、[ki2=0.6]。

假定電機(jī)等效電阻R發(fā)生20%范圍內(nèi)的隨機(jī)波動(dòng)，考慮PMSM期望轉(zhuǎn)速[ω*r]=1 000 r/min，啟動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=1 N·m，在0.4 s時(shí)由TL= 1 N·m跳變至? TL=8 N·m的負(fù)載突變運(yùn)行工況，圖6—圖8分別為負(fù)載突變工況下的實(shí)際轉(zhuǎn)速曲線、估計(jì)轉(zhuǎn)速曲線和估計(jì)誤差曲線。并考慮在0 s、0.3 s、0.6 s時(shí)期望轉(zhuǎn)速[ω*r]分別取300 r/min、600 r/min、1 000 r/min的變速運(yùn)行工況，圖9—圖11分別為該變速工況下的實(shí)際轉(zhuǎn)速曲線、估計(jì)轉(zhuǎn)速曲線和估計(jì)誤差曲線。

通過(guò)圖6、圖7和圖9、圖10的仿真結(jié)果曲線可以看出，即使在電機(jī)電阻參數(shù)時(shí)變、負(fù)載突變和變速的電機(jī)運(yùn)行工況下，傳統(tǒng)方法和本文方法都可對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效估計(jì)，均能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速對(duì)期望轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定跟蹤控制。但是，相比于傳統(tǒng)方法，本文方法具有更好的無(wú)傳感器控制效果，表現(xiàn)為啟動(dòng)或轉(zhuǎn)速增加跳變節(jié)點(diǎn)均無(wú)超調(diào)，負(fù)載突變時(shí)仍具有很好的跟蹤控制性能。同時(shí)，通過(guò)圖8和圖11的估計(jì)誤差曲線可以看出，即使在負(fù)載突變、不同期望轉(zhuǎn)速和電阻參數(shù)時(shí)變的情況下，本文方法都能實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速更為精確的觀測(cè)，相比于傳統(tǒng)方法，本文方法估計(jì)誤差的抖振變化幅度明顯降低。這表明：本文方法一方面通過(guò)設(shè)計(jì)改進(jìn)型SMO以降低高頻抖振效應(yīng)和提高轉(zhuǎn)子狀態(tài)觀測(cè)精度;另一方面設(shè)計(jì)速度環(huán)LADRC以抑制擾動(dòng)對(duì)無(wú)傳感器控制性能的不良影響，使得整個(gè)PMSM的無(wú)傳感器控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速輸出性能和魯棒性得以整體提升。

5? ? 結(jié)論

本文為提高基于SMO的PMSM無(wú)傳感器調(diào)速控制系統(tǒng)的控制性能和魯棒性，從提升電機(jī)無(wú)傳感器控制系統(tǒng)整體性考慮，提出一種將改進(jìn)型SMO與速度環(huán)LADRC相結(jié)合的控制方法。改進(jìn)型SMO采用連續(xù)光滑的tanh（.）函數(shù)代替不連續(xù)的開(kāi)關(guān)函數(shù)sgn（.），通過(guò)獲得連續(xù)變化的反電動(dòng)勢(shì)估計(jì)來(lái)抑制滑模切換的高頻抖振效應(yīng)，與傳統(tǒng)SMO相比，減少了低通濾波器環(huán)節(jié)和相位補(bǔ)償環(huán)節(jié);同時(shí)采用具有反饋結(jié)構(gòu)的鎖相環(huán)技術(shù)提高轉(zhuǎn)子狀態(tài)信息估計(jì)的準(zhǔn)確性。速度環(huán)LADRC主要消除電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化和轉(zhuǎn)速估計(jì)誤差等擾動(dòng)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速跟蹤控制性能的不良影響，以及確保在變速工況、負(fù)載跳變和系統(tǒng)參數(shù)時(shí)變的情況下SMO仍實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際轉(zhuǎn)速的快速準(zhǔn)確估計(jì)。不同電機(jī)運(yùn)行工況下的PMSM無(wú)傳感器控制系統(tǒng)仿真對(duì)比結(jié)果驗(yàn)證了所提出方法的有效性。本文采用速度環(huán)LADRC替代傳統(tǒng)PI控制方法雖增加了控制器的運(yùn)算復(fù)雜度，但通過(guò)改進(jìn)SMO來(lái)避免傳統(tǒng)方法中低通濾波器和相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)的滯后作用，從而平衡滿足整體系統(tǒng)對(duì)算法的實(shí)時(shí)性要求，使系統(tǒng)的整體性能獲得較好的提升。因此，利用現(xiàn)今的高速微處理器技術(shù)對(duì)該控制方法進(jìn)行ECU系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用可行性。

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A sensorless robust control method based on

improved SMO for PMSM

WANG Li1， GAO Yuan*1，2， YUAN Haiying1

（1. School of Electrical， Electronic and Computer Science， Guangxi University of Science and Technology，

Liuzhou 545616， China;? 2.Guangxi Key Laboratory of Automobile Components and Vehicle Technology （Guangxi University of Science and Technology）， Liuzhou 545006， China）

Abstract： A sensorless robust control method based on an improved sliding mode observer is proposed to improve the sensorless control performance and anti-interference ability of permanent magnet? ? ? ?synchronous motor. Firstly， the hyperbolic tangent function is used to replace the switching function of the traditional sliding mode observer.? Secondly， the phase-locked loop technology is also used to? ? ? ?extract the rotor state information so as to restrain the chattering effect of the observer and improve the estimation accuracy of rotor state. Then， an active disturbance rejection controller of speed-loop is? ? ? designed to replace the traditional PI controller so as to improve the overall performance of the? ? ? ? ?sensorless control system by reducing estimation errors and disturbance of different loading conditions. The simulation results of sensorless control system show that this method can not only suppress? ? ? ?chattering and improve the estimation accuracy of rotor state effectively， but also further improve the sensorless speed-tracking control performance and robustness.

Key words： permanent magnet synchronous motor; improved sliding mode observer; active? ? ? ? ? ? ? ?disturbance rejection control; robustness; estimation accuracy

（責(zé)任編輯：羅小芬）