基于變系數(shù)滑模觀測器的PMSM伺服系統(tǒng)

摘要：為改善永磁同步電機(jī)(PMSM)伺服系統(tǒng)的控制性能，在分析PMSM數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，提出了基于變系數(shù)滑模觀測器的無位置傳感器PMSM伺服系統(tǒng)控制方案。設(shè)計(jì)了滑模觀測器，通過加入低通濾波器(LPF)，協(xié)調(diào)LPF和滑模觀測器的參數(shù)，改善了滑模觀測器帶來的抖動(dòng)干擾。利用磁場定向控制原理，根據(jù)估算參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了無位置傳感器的PMSM矢量控制。樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的控制方案提高了系統(tǒng)的魯棒性和伺服性能。
關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；滑模觀測器；無位置傳感器；矢量控制

1 引言
為實(shí)現(xiàn)對(duì)PMSM的精確控制，需要準(zhǔn)確檢測轉(zhuǎn)子的位置或速度信息，為降低伺服系統(tǒng)的成本、體積，提高其可靠性，可采用無位置傳感器的PMSM控制方法。其中，基于滑模觀測器的控制方式因具有對(duì)參數(shù)變化及擾動(dòng)不敏感、響應(yīng)快速、瞬態(tài)性能好、易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。
此處采用一種變系數(shù)的滑模觀測器控制結(jié)構(gòu)，在獲取滑模變量時(shí)采用LPF濾除高頻諧波，通過補(bǔ)償方式消除低通濾波帶來的相移問題，并采用抗飽和積分環(huán)節(jié)消除積分飽和效應(yīng)。最后通過實(shí)驗(yàn)證明了設(shè)計(jì)的正確性和合理性。

2 PMSM數(shù)學(xué)模型
在簡化分析中，靜止α，β坐標(biāo)系下PMSM的數(shù)學(xué)模型可表示為：
為高頻開關(guān)信號(hào)，由此得到：中的es也為高頻開關(guān)信號(hào)。在滑模面上作滑模運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于開關(guān)時(shí)間和空間上的滯后，使滑模觀測器呈現(xiàn)固有的抖振現(xiàn)象，可通過對(duì)es進(jìn)行低通濾波從而得到連續(xù)的反電勢估算值：

估算反電勢取決于兩個(gè)因素：濾波器系數(shù)和電流誤差信號(hào)。電流誤差信號(hào)可通過加大噪聲的濾波強(qiáng)度使估算反電勢的波形變得更光滑，即降低濾波的截止頻率。但越加大濾波力度，造成的相移越大，對(duì)角度補(bǔ)償?shù)碾y度和誤差也就越大，因此不能單純地修改濾波器的系數(shù)。而另一個(gè)因素則是電流誤差信號(hào)，波形的噪聲信號(hào)反映了滑模變結(jié)構(gòu)在滑動(dòng)模態(tài)下的抖振現(xiàn)象，滑模抖振是必定存在的且不能消除。此處采用一種簡單的方法來抑制滑模抖振，即協(xié)調(diào)滑模增益，使滑模增益根據(jù)電流的峰值而變化成為一種可行的辦法。