考虑负载扰动的永磁同步电机滑模观测器无速度传感器控制

摘要

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)由于调速性能优越，已经被广泛应用于电气传动领域。在高性能交流传动控制系统中，获取电机转子位置和转速是构成闭环控制的必须环节，然而转子位置和转速的测量依赖于位置传感器。位置传感器不仅增加了控制系统硬件成本，而且容易受到极端气温和环境的影响，因此无位置传感器控制技术一直以来是交流调速领域的研究热点。滑模观测器是一种适用于电机中高速的转速估计方法，不依赖于电机参数，具有很强的鲁棒性。但是滑模观测器估计出的转速存在明显的抖振现象，且估计转速易受负载转矩变化的影响。为了抑制负载转矩突变对控制系统转速的影响，本文提出了一种考虑负载扰动的永磁同步电机滑模观测器无速度传感器控制策略，该方法首先设计了转子位置滑模观测器来估计转速和位置，然后利用一种假想坐标系分析了滑模观测器无速度传感器控制下的电磁转矩方程，最后采用两种观测器对负载转矩进行了估计，一种为扰动观测器，另一种为扩展滑模观测器，并利用负载转矩估计值对负载扰动进行了补偿，补偿后的控制算法显著提高了控制系统的抗负载转矩扰动性能。 为了证明考虑负载扰动的滑模观测器无速度传感器控制的可行性与有效性，在MATLAB/Simulink中进行了仿真验证，在TMS320F28335为核心数字信号处理器的两电平逆变器实验平台上进行了实验验证。仿真和实验结果表明：与传统滑模观测器无速度传感器控制策略相比，所提出的控制策略在不影响系统稳态性能的基础上，明显提高了系统的抗负载转矩扰动能力，减小了负载转矩突变对控制系统转速的影响，提高了系统的鲁棒性。

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