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基于改进型SMO的PMSM无位置传感器控制策略,基于改进型SMO的PMSM无位置传感 第48卷第9期xx年9月电力电子技术Pow erE l ectroni cs V o148，No9Septemberxx基于改进型SMO的PMSM无位置传感器控制策略徐志威，张(河南省电力勘测设计院，河南郑州旺，吴克伟，魏冲450007)摘要建立了基于永磁同步电动机(PMSM)的传统滑模观测器(SMO)的数学模型，分析了其优缺点，并对传统SMO进行了改进。 改进型SMO可有效抑制传统SMO中的抖动问题，降低系统干扰对转速和转子位置角估计值的影响增强系统的鲁棒性，提高系统的控制性能。 仿真和实验结果验证了基于改进型SMO的PMSM无位置传感器控制方法的可行性和有效性。 关键词永磁同步电动机；传感器；观测器TM351A1000100X (xx)09002003P osition Sensor lessC ontrolS trategyof PM SM Based onM odif i ed SM O xu Zhiwei，Z HA NG Wang，W UK ewei，W EI Ch ong(Henan ElectricPower Surveyand DesignInstitute，Zhengzhou450007，China)Abstr actThe math ematical modelof traditionalsliding mode observer(SMO)based onpermanent magsynchronous motor(PMSM)is establishedand basedon anal ysisof itsadvantages anddisadvantages，the traditional SMO isimprovedT hemodified SMOcan restrainthe iitterproblem inthe traditionalSMO，reduce theinterference effecton thee stimate ofspeed androtor positionangl e，enhance therobustness ofthe system andimpmve thecontrol performanceT hefeasi bility andef fectiveness ofthe PMS Mse nsorless controltechnology basedon themodif ied SM Oare veri f iedby thesi mulati onand experi mentalresultsK eywor dspermanent magsynchronous motor；sensorl ess；obser ver1引言PMSM的转子位置和转速信息由光电编码器和霍尔传感器等器件获得。 但额外的传感器增加了系统成本。 降低了系统的鲁棒性和可靠性。 为解决上述问题PMSM的无位置传感器控制技术应运而生其控制方法有反电动势法【1J、高频信号注入法【、扩展卡尔曼滤波器法 31、SMO法【4J等。 SMO法对电机参数变化及扰动不敏感具有较强鲁棒性。 在此采用SMO对PMSM的转子位置和转速进行估计。 基于PMSM传统SMO的数学模型，分析了其优缺点。 并对其进行了改进。 改进型SMO能有效抑制传统SMO中的抖动问题。 降低系统干扰对转速和转子位置角估计值的影响，提高系统的控制性能，尤其是PMSM低速区的控制性能。 2系统的基本原理与设计21基于PMSM的传统型SMo PMSM在，坐标系下的数学模型可描述为定稿日期xx0303作者简介徐志威(1985一)，男，湖北黄冈人，硕士研究生，研究方向为超高压输电网的优化与设计。 20誓=一gse t+，誓=一e=-ksinO，eB=式中i，u，e，e口分别为O t，卢坐标系下定子电流、电压和反电动势；k为反电动势系数；L为定子电感；R为定子电阻；山，0分别为电动机电角速度和电角度。 由式 (2)可知，反电动势中包含了PMSM的转速和转子位置信息。 因此，只要获得电机的反电动势信息就可计算出电机的转速和转子位置。 传统的SMO可以观测出PMSM的反电动势信息。 根据式 (1)和滑模控制理论，在O，卢坐标系下，PMSM的SMO动态方程为芒+塑Ls()，c0s (2)一鲁+一，?，卢 (3)，卢坐标系上式中i，i t为SMO观测出的定子电流i在的分量；k为系数，k0；当x0，sign(x)=l；当x=0，sign(x)=0；当x10，dVdt0，改进型SMO就可以稳定。 因此可得k取值范围为|i一1wgtfsinO I。 3仿真研究为验证改进型SMO的可行性与有效性基于MatlabSimulink搭建了PMSM无位置传感器直接转矩控制仿真模型，电机仿真参数额定电压、电流380V32A，额定转速1500rmin。 额定功率15kW，极对数为2，定子电阻25Q，定子电感105mH，定子磁链025Wb，转动惯量2x10kgm，负载转矩2Nm。 由于直接转矩控制具有较强的鲁棒性转矩响应快，在此采用基于PI控制器的PMSM直接转矩控制方法【5】，控制框图如图3所示。 kn一150，系统开关频率为10kHz。 21第48卷第9期xx年9月翟电力电子技术Power Electroni csVo148No9Septemberxx图3改进型SMO的结构框图F ig3M odifiedSMO blockdiagram仿真时间t=1s，电机转速给定由300rmin增加到1500rmin，电机转速几和估计转速Z的仿真波形如图4a所示。 可见，rt能很好地跟踪给定，动态调整时间为01s，n与n波形一致，具有良好的静动态性能。 图4b为转速估计误差真波形。 在整个过程中，几一直被限制在10rmin以内验证了改进型SMO在高速区和低速区具有良好的转速估计性能。 图4c为电机位置角 0、估计位置角误差仿真波形。 由图可知，电机位置角估计的动态调整时间为008s。 当转速突变时，过程平稳，直被限制在008rad以内，验证了改进型SMO在高、低速区具有良好的位置角估计性能。 仿及估计一f(c)位置角及其估计误差仿真波形图4仿真波形F ig4S imulationwavef o rms4实验研究为了进一步验证无位置传感器控制方法的可行性与有效性，搭建了基于双级矩阵变换器的PMSM实验平台，对该控制方法进行了实验测试。 实验波形如图5所示。 在图5a中，转速给定从1500rmin突变到300rmin电机启动和22转速突变过程均为斜坡给定。 可见，电机启动过程出现短时间的振荡，在低速区，转速出现波动。 由图5b可知，在电机启动过程中，在低速区和高速区。 改进方法的电机转速动静态性能均较一般方法有显著提高。 从而验证了改进型SMO对PMSM进行无位置传感器控制的有效性与可行性。 (a)一般方法(b)改进方法图5实验波形F ig5E xperimental waveforms5结论首先推导了基于PMSM的传统SMO数学模型，分析了其优缺点。 然后基于传统SMO的数学模型，建立了改进型SMO的数学模型。 改进型SMO能有效抑制传统SMO中的抖动问题。 降低系统干扰对转速和转子位置角估计精度的影响，增强了系统的鲁棒性，提高了系统的控制性能。 尤其是低速区的控制性能，为PMSM无位置传感器控制技术在工业生产中的广泛应用奠定了理论基础。 下一阶段的工作将进一步提高该方法的稳定性，降低位置角的估计误差。 参考文献【1】Gun MyoungK im，Byoung GunP ark，In-Soung Jung，et a1A ni mprovedBackE MF BasedI nitialR otorPosi tion Estimationfor IPMSM【A】The8th InternationalConference onPower ElectronicsE CCEC201l12441249万山明，吴芳，黄声华基于高频电压信号注入的永磁同步电机转子初始位置估计J中国电机工程学报，2xx33 (25)82863】尹忠刚，赵波器的感应电机转速估计方法【J中国电机工程学报，昌，钟彦儒，等采用抗差扩展卡尔曼滤xx，32 (18)152159【4】Bidyadhar Subudhi，Shuzhi SamGeSliding Mode Observer BasedA daptiveSlip Ratio Control forE lectricand Hy-brid VehiclesJIE EETranson IntelligentTranspoation Systems，xx，13 (4