基于變系數滑模觀(guān)測器的PMSM伺服系統

摘要：為改善永磁同步電機(PMSM)伺服系統的控制性能，在分析PMSM數學(xué)模型的基礎上，提出了基于變系數滑模觀(guān)測器的無(wú)位置傳感器PMSM伺服系統控制方案。設計了滑模觀(guān)測器，通過(guò)加入低通濾波器(LPF)，協(xié)調LPF和滑模觀(guān)測器的參數，改善了滑模觀(guān)測器帶來(lái)的抖動(dòng)干擾。利用磁場(chǎng)定向控制原理，根據估算參數，實(shí)現了無(wú)位置傳感器的PMSM矢量控制。樣機實(shí)驗結果表明，所提出的控制方案提高了系統的魯棒性和伺服性能。
關(guān)鍵詞：永磁同步電機；滑模觀(guān)測器；無(wú)位置傳感器；矢量控制

1 引言
為實(shí)現對PMSM的精確控制，需要準確檢測轉子的位置或速度信息，為降低伺服系統的成本、體積，提高其可靠性，可采用無(wú)位置傳感器的PMSM控制方法。其中，基于滑模觀(guān)測器的控制方式因具有對參數變化及擾動(dòng)不敏感、響應快速、瞬態(tài)性能好、易于數字化實(shí)現等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。
此處采用一種變系數的滑模觀(guān)測器控制結構，在獲取滑模變量時(shí)采用LPF濾除高頻諧波，通過(guò)補償方式消除低通濾波帶來(lái)的相移問(wèn)題，并采用抗飽和積分環(huán)節消除積分飽和效應。最后通過(guò)實(shí)驗證明了設計的正確性和合理性。

2 PMSM數學(xué)模型
在簡(jiǎn)化分析中，靜止α，β坐標系下PMSM的數學(xué)模型可表示為：
為高頻開(kāi)關(guān)信號，由此得到：中的es也為高頻開(kāi)關(guān)信號。在滑模面上作滑模運動(dòng)時(shí)，由于開(kāi)關(guān)時(shí)間和空間上的滯后，使滑模觀(guān)測器呈現固有的抖振現象，可通過(guò)對es進(jìn)行低通濾波從而得到連續的反電勢估算值：

估算反電勢取決于兩個(gè)因素：濾波器系數和電流誤差信號。電流誤差信號可通過(guò)加大噪聲的濾波強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，對角度補償的難度和誤差也就越大，因此不能單純地修改濾波器的系數。而另一個(gè)因素則是電流誤差信號，波形的噪聲信號反映了滑模變結構在滑動(dòng)模態(tài)下的抖振現象，滑模抖振是必定存在的且不能消除。此處采用一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)抑制滑模抖振，即協(xié)調滑模增益，使滑模增益根據電流的峰值而變化成為一種可行的辦法。