最优PI调节器参数的无位置IPMSM滑模观测器

1引言
IPMSM具有功率密度高、转矩大、动态响应 快、效率高等特点，广泛应用于各种工业领域。通 过采用矢量控制方案,IPMSM驱动系统可以实现 高效率和高性能工作，这种控制方案需要精确的 转子位置。因此，位置传感器在转子位置检测中至 关重要。然而，传感器的安装存在一些缺点，包括 成本、机器尺寸、可靠性和灵敏度。因此，无传感器 控制策略的研究越来越受到关注。
第53卷第6期 2019年6月
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电力电子技术 Power Electronics
Vol.53, No.6 June 2019
最优PI调节器参数的无位置IPMSM滑模观测器
宋建国，张晨浩，苗世亮 （北京工业大学，信息学部，北京100124）
摘要：在此提出了一种改进无传感器内置式永磁同步电机（IPMSM）的滑模观测器性能方法。最优比例积分（PI）
均为正弦。首先，假设电机是线性的，其参数不会
随外部条件如温度、磁滞和涡流损耗而改变，转子
没有阻尼绕组。根据在两相绕组中，旋转坐标系下
永磁同步电机定子电压矢量方程，得到永磁同步
电机在d,q轴上的定子电压方程式E：
ud Rs+dLJdt -w厶
(1)
uq
3d R*+dLJdt
式中儿儿为d,g轴的定子电流；吗为d,g轴的定子电 压；厶“厶为d,g轴的定子电感；&为定子电阻；入耐为永磁 体磁链；5为转子电角速度。
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流环控制器比例和积分项参数的解析计算式，通 过这些解析式，可快速计算出满足电流环动态性 能和稳定性能要求的最优控制器参数。在最优调 节器参数下，提高了滑模观测器位置估计的精度。 仿真结果验证了该理论。
2数学模型及系统结构
2.1电机数学模型 根据永磁同步电机控制理论，永磁同步电机
具有正弦形的反电动势波形，其定子电压与电流
SONG Jian-guo, ZHANG Chen-hao, MIAO Shi-liang (Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)
Abstract: A method to improve the performance of the sliding observer of a sensorless interior permanent magnet syn­ chronous motor(IPMSM) is presented.The design of the optimal proportional integral(PI) controller parameters is not only a prerequisite for the stability of the entire system, but also a necessary condition for position estimation. Espe cially under extreme conditions, the saturation of the controller will affect the accuracy of the position estimation, re­ sulting in an imbalance of the entire system.The current loop transfer function model is constructed for the closed loop structure of vector control of IPMSM , and calculates the optimal PI controller parameters.On this way , the perfor­ mance of the sliding observer is improved.The simulation results show that the method is feasible. Keywords : interior permanent magnet synchronous motor ； sliding mode observer ； controller
关键词：内置式永磁同步电机；滑模观测器；控制器
中图分类号:TM351
文献标识码：A
文章编号:1000-100X（2019）06-0042-04
Sliding Mode Observer for Sensorless IPMSM Based on Optimal PI Controllers Parameters
滑模观测器是一种能够适应参数变化的方 法，但是控制器参数不当会导致速度或负载转矩 变化时的速度估计产生误差。这种速度估计的不 精确性可能会降低系统性能。为解决这一问题，提 出了基于最优PI控制器参数下的IPMSM滑模观 测器。基于永磁同步电机的数学模型，推导出了电
定稿日期:2018-11-05 作者简介：宋建国（1974-）,男，北京人，博士，副教授，研 究方向为电力电子与电气传动。
控制器参数的设计不仅是整个系统稳定的前提，也是位置估计的必要条件。特别是在极限条件下，控制器的饱
和会影响位置估计的精度，导致整个系统不平衡。该方法针对IPMSM矢量控制的闭环结构，构建了电流环传递
函数模型，并计算最优PI控制器参数。在此基础上，滑模观测器的性能得到改善。根据模型仿真结果，说明了
该方法可行。
因此式(3)可写为：
ea =辛 j [A、 ^ =[入PM+(, 厶厂厶、儿]叫 [-sin0/e (, 4)、
le° at [入闕
cos。。
式中屈为a,0坐标系的有效磁链；仇为转子位置。
2.2控制系统结构
图1为基于最优P1调节器参数设计的无位
最优PI调节器参数的无位置IPMSM滑模观测器
有效磁链是指永磁体磁链与定子磁链之和叫 可以写为：
入“=入pm+(厶厂厶儿
(2)
在已知有效磁链的基础上， 静止a,/3坐标系
的数学模型可以表达为：
+巴 ua ] \Rs+dLJdt 0
Up \ \ 0
Rs+dLg/dt %
(3)
式中：e。,®为a,0坐标系的反电势。