基于滑模观测器的PMSM模糊滑模控制
基于滑模状态观测器的正弦波PMSM控制策略研究的开题报告
基于滑模状态观测器的正弦波PMSM控制策略研究的开题报告一、研究背景目前随着电力电子技术的发展和电机控制技术的不断成熟，永磁同步电机（PMSM）作为一种高效、高性能、高可靠的电机逐渐成为了工业应用中的主流。
正弦波PMSM控制技术是一种基于磁场定向控制原理，通过按照磁场的空间位置和方向来实现对电机的控制。
但是实际控制过程中，由于电机参数难以准确测量，系统存在不确定性等因素，会导致控制性能不稳定。
因此，如何提高永磁同步电机的控制精度和稳定性一直是电机控制领域需要研究的课题。
本研究将基于滑模状态观测器的正弦波PMSM控制策略作为研究内容，以期提高电机控制精度并具有更强的鲁棒性。
二、研究内容1. 正弦波PMSM控制原理及主要控制方法。
2. 滑模控制理论和滑模状态观测器的概念及原理。
3. 基于滑模状态观测器的正弦波PMSM控制算法设计。
4. 模型建立和系统仿真平台搭建。
5. 实验验证和结果分析。
三、研究意义1. 提高永磁同步电机的控制精度和稳定性。
2. 能够稳定处理由于电机参数不准确、负载变化等引起的不确定性问题，提高系统的鲁棒性。
3. 对于制造业等领域，具有较大的应用前景，促进产业发展。
四、研究方法1. 理论分析：对于永磁同步电机控制原理及滑模控制理论进行理论研究。
2. 系统仿真：建立系统仿真平台，对所设计的算法进行仿真分析。
3. 实验验证：设计实际系统并进行实验验证，分析结果并进行对比。
五、研究计划第一年：1. 综述相关文献，了解控制方法的基本原理。
2. 研究永磁同步电机的模型和控制策略。
3. 完成模型建立和仿真平台的搭建。
第二年：4. 设计滑模状态观测器的算法，完成算法的仿真和分析。
5. 设计正弦波PMSM控制器，完成控制算法的仿真实现。
6. 进行实验仿真，对比分析结果。
第三年：7. 设计实际系统，对所设计的控制策略进行实验验证。
8. 对实验结果进行分析，总结优化算法。
9. 撰写论文和完成学位论文答辩。
基于准滑模观测器的PMSM无位置传感器控制
１ 引 言
永磁 同步 电 动机 （ ＭＳ 具 有 高 可靠 性 、 Ｐ Ｍ） 高 转 矩惯 量 比、 高效率 以及 高 功率 密度等 优 点 ， 高 在
ＤＵ — ａ ｇ， Ｘｕｙ ｎ ＨＵ — ｎ， Ｙｕ ｗｅ ＬＵ ｅ —ｉＨ ＵＡＮＧ ｅ — ｉ ， Ｉ Ｗ ｎｑ， Ｗ ｎ ｘｎ Ｌ ＡＮＧ ｉｏ ｙ ｎ Ｊａ —ａ
（ ｏｌ ｅ ｆＡｕ ｍ ｔ ｎ Ｎ ｎ ｉ ｎｖ ｒ ｔ Ｃｌｇ ｏ ｅ ｔ ａ ｉ ， ａ ｊ ｇ Ｕ ｉ ｓ ｙ ｏ ｅｏａ ｔ ｓ ｎ ｓ ｏ ａ ｔ ｓ Ｎ ｎ ｉ １０ ６ Ｊａ ｇ ｕ Ｃ ｉ ） ｏ ｏ ｎ ｅ ｉ ｆＡ ｒｎ ｕｉ ｄＡ ｔ ｎ ｕｉ ， ａ ｊ ｇ ２ ０ １ ， ｉｎ ｓ ， ｈｎ ｃａ ｒ ｃ置 传 感 器 ； 磁 同 步 电 动机 滑 无 永
中图 分 类 号 ： Ｍ３ １ Ｔ ４ 文献标识码 ： Ａ
Ｓ ｎ ｏ ｌｓ ｎ ｒ ｌｏ Ｍ Ｓ ａ ｅ ｎ ａＱｕ ｓ—ｌ ｉｇＭ ｏ ｅＯｂ ｅ ｖ ｒ ｅ ｓ ｒｅｓＣｏ ｔｏ ｆＰ Ｍ Ｂ ｓｄ ｏ ａ ｉ ｉ ｎ ｄ ｓｒ ｅ － ｄ ｓ
ｓ ｎ ｏ ｌｓ ｏ ｔｏ ｆ Ｐ Ｓ ｓ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ． Ｔｈ ｉ ｎ ｆ ｎ ｔ ｎ ｉ ｒ ｐ ａ ｅ ｙ ａ ｓ ｔ ｒ ｔ ｎ ｆ ｎ ｔｏ ａ ｖ ｌ ｅ ｓ ｒｅ ｓ ｃ ｎ ｒ ｌ Ｍ Ｍ ｗａ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｏ ｅ ｓｇ ｕ ｃ ｉ ｓ ｅ ｌｃ ｄ ｂ ａ ｕ ａ ｉ ｕ ｃ ｉｎ， ａｉ ｏ ｏ ｄ ｂ ｕ ｄ ｒ ａ ｏ ｖ ｈ ｈ ｔｅ ｉ ｇ ｐ ｏ ｌ ｍ ； ｈ ｓ ｉ ｔ ｄ ｂ ｃ ｌｃ ｒ ｖ ｏ ｃ （ ｏ ｎ ａ ｙ ｃ ｎ ｓ ｌｅ ｔ ｅ ｃ ａ ｔ ｒｎ ｒ ｂ ｅ ｔ ｅ ｅ ｔ ｍａ ｅ ａ ｋ ｅ ｅ ｔ ｉ ｍｏ ｅ ｆ ｒ ｅ ＥＭ Ｆ） ｉ ｆ ｅ ｂ ｃ ｏ ｔ ｅ ｃ ｓ ｅ ｄ ａ ｋ ｔ ｈ ｓ ａ ｅｏ ｓ ｒ ｅ ， ｐ ｒ ｐ ｉｔ ａ ｅ ｏ ｅ ｄ ａ ｋ ＥＭ Ｆ ｃ ｎ ｉ ｒ ｖ ｈ ｒ ｃ ｓｏ ｆｔ ｅ ｒ ｔ ｒ ｐ ｓｔ ｎ ｅ ｔｍａ ｉｎ ｔ ｔ ｂ ｅ ｖ ｒ ａ ａ ｐ ｏ ｒａ ｅ ｒ ｔ ｆｆ ｅ ｂ ｃ ａ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｐ ｅ ｉｉ ｎ ｏ ｈ ｏ ｏ ｏ ｉ ｏ ｓｉ ｔ ｉ ｏ
基于滑模观测器的无位置传感器PMSM控制研究
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基于模糊滑模控制的PMSM矢量控制系统
基于模糊滑模控制的PMSM矢量控制系统
余莉;陈琦
【期刊名称】《自动化与仪表》
【年(卷),期】2024(39)2
【摘要】永磁同步电机(PMSM)双闭环矢量控制系统中,传统PI控制器转速环无法满足PMSM的更高控制要求。
该文设计一种积分滑模控制器,并引入光滑、连续的新式饱和函数替代滑模控制器中的符号函数,以提高系统的抗扰动性能和鲁棒性;为提高系统在电机运行状态发生变化时的自适应调节能力,使用模糊控制对滑模趋近律中的参数进行自适应调节,以提高趋近速度,降低滑模抖振。
建立基于模糊控制的PMSM滑模控制系统仿真模型,并与使用传统滑模控制器的PMSM控制模型进行对比分析,结果验证了模糊滑模速度控制器具有更好的抗扰动能力和鲁棒性。
【总页数】6页(P65-70)
【作者】余莉;陈琦
【作者单位】南京信息工程大学自动化学院;南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.基于变增益滑模控制器的PMSM矢量控制系统
2.基于新型趋近律滑模控制的TSMC-PMSM矢量控制系统
3.基于滑模控制器的PMSM的矢量控制系统研究
4.
基于模糊滑模变结构的PMSM矢量控制的仿真研究5.基于滑模速度控制器的PMSM矢量控制系统
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基于滑模观测器的PMSM模型预测控制
基于滑模 观测 器的ＰＭＳＭ模型 预测控 制
Ｍｏｄｅｌ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ＰＭＳＭ Ｂａｓｅｄ Ｏｌ Ｓｌｉｄｉｎｇ Ｍｏｄｅ Ｏｂｓｅｒｖｅｒ
电 劫 工其 ２０１８（１）
基 于 滑 模 观 测 器 的ＰＭ朱 军 ，孙 顺 新
（１－Ｉｌｌ东 Ｉ 如等 科 校 附 属Ｉ 院 ，… 临 沂 ２７６０００； ２．临 沂 ，Ｉｄｌ（源热 Ｉ Ｉ，ｔｌ＇ｆｆ ｌ；Ｉ乏公 司，ＩＩＩ 临沂 ２７６０００； ３．人元 建 集Ｉ，ｔｌｆｉｌ￣：公 ，订，ＪＪＪ东 临沂 ２７６０００ ）
摘要 ：为满足 电动车在驱动过程 中对电机的控制精度 及快动态响应的要求 ，在 Ｐ Ｍ Ｓ Ｍ矢 量控制系统框架下 ，研究基于滑模观测器 ＰＭＳＭ模型预测控制方法。结合模型预测控制原理， 设计预测速度控 制器 ，提高 了电流环跟踪精度和 电机启动性能０设计离散滑模扰动观测器 ，有 效地估计 了外 部扰动并对系统进行 前馈 补偿 ，提 高了系统的鲁棒性 。通过仿真实验验证 了方法 的有 效性 。
基于滑模变结构控制的PMSM控制策略研究
基于滑模变结构控制的PMSM控制策略研究基于滑模变结构控制的PMSM控制策略研究摘要：随着现代工业的高速发展，大功率、高效率、高精度的交流电机逐步代替了传统的机械设备，成为了现代工业制造中不可或缺的一部分。
其中，永磁同步电机（PMSM）因具有高能量密度、高转速、低噪声和高效率等优点，已成为工业领域中备受关注的一种电机类型。
然而，在实际应用中，由于多种复杂干扰因素的存在，PMSM电机的控制难度较大。
因此，针对这一问题，本文提出了一种基于滑模变结构控制的PMSM控制策略，该控制策略主要利用了滑模变结构控制的优势，通过调节滑模面及设计滑模控制器参数，实现了PMSM电机的闭环控制，从而提高了其控制性能。
通过Matlab/Simulink仿真实验验证了本文提出的控制策略在PMSM电机控制中的有效性和优越性。
关键词：滑模变结构控制，永磁同步电机，控制策略，闭环控制，Matlab/Simulink仿真一、引言永磁同步电机（PMSM）是一种具有高能量密度、高转速、低噪声和高效率等优点的电机类型，在现代工业生产中已经得到广泛应用。
为了实现对PMSM电机的精确控制，需要设计适合的控制策略。
然而，由于控制系统所受外部干扰和内部变化的影响，控制系统往往会变得非常复杂和难以稳定。
因此，寻找一种可靠的控制策略是提高PMSM电机控制性能的关键。
滑模变结构控制（SMS）是一种新型的控制方法，由于其具有快速响应、鲁棒性强等优点而得到广泛的应用。
这种控制方法基于滑模变结构控制原理，通过构造特定的滑动面，将控制系统响应从非线性的变结构阶段引导到线性的滑动阶段，从而实现对系统的精确控制。
在本文中，我们将探讨如何将滑模变结构控制应用于PMSM电机的控制中，以提高其控制性能。
二、PMSM电机的数学模型PMSM电机可以用以下方程组描述：公式其中，$V_d$和$V_q$分别表示直轴和四象限的电压信号，$i_d$和$i_q$分别表示直轴和四象限的电流信号，$L_d$和$L_q$分别是直轴和四象限的电感，$R$是电阻，$J$是转子质量，$\omega_r$是转子转速，$T_e$是电机输出的转矩。
模糊超扭曲滑模观测器在PMSM_中的研究与应用
第40卷第3期Vol.40㊀No.3重庆工商大学学报(自然科学版)J Chongqing Technol &Business Univ(Nat Sci Ed)2023年6月Jun.2023模糊超扭曲滑模观测器在PMSM 中的研究与应用高俊岭,张㊀翔,丁㊀昇安徽理工大学电气与信息工程学院,安徽淮南232000摘㊀要:针对传统滑模控制的永磁同步电机(PMSM )无感系统调速过程中,由于滑模函数存在高频开关量而导致转速抖动的问题,提出使用模糊超扭曲二阶滑模观测器(FST-SMO )进行改进的策略;新型观测器采用高阶滑模控制理论搭建,将滑模函数开关量转移到了高阶导数中,利用算法的积分运算削弱开关量抖振;同时考虑到传统二阶滑模观测器的增益为固定值,无法根据误差量自行调节的问题,提出了基于模糊控制的增益自调节方法,根据误差值及其变化趋势,利用模糊算法输出当前的滑模增益,增强了系统稳定性及鲁棒性;在Simulink 环境中搭建了基于模糊超扭曲滑模系统(FST-SMO )的永磁同步电机仿真模型,在不同调速区间内进行调速仿真,并与传统滑模系统仿真的转速波动以及转子角度跟随性进行比较,仿真结果验证了模糊超扭曲滑模观测器具有更高的控制精度与更强的适应性,转速平稳角度跟随性能优越,有效降低转速的抖振㊂关键词:自适应;超扭曲滑模;永磁同步电机;模糊控制中图分类号:TM351㊀㊀文献标识码:A ㊀㊀doi:10.16055/j.issn.1672-058X.2023.0003.004㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2021-03-02㊀修回日期:2021-05-18㊀文章编号:1672-058X(2023)03-0027-07作者简介:高俊岭(1966 ),女,安徽省凤台人,副教授,硕士,从事电力电子与电力传动方向研究.通讯作者:张翔(1995 ),男,江苏徐州人,硕士研究生,从事电机无感控制方向研究.Email:zgxg5025@.引用格式:高俊岭,张翔,丁昇.模糊超扭曲滑模观测器在PMSM 中的研究与应用[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2023,40(3):27 33.GAO Junling ZHANG Xiang DING Sheng.Study and application of fuzzy super-twisting sliding mode observer in PMSM J .Journal of Chongqing Technology and Business University Natural Science Edition 2023 40 3 27 33.Study and Application of Fuzzy Super-twisting Sliding Mode Observer in PMSM GAO Junling ZHANG Xiang DING ShengSchool of Electrical and Information Engineering Anhui University of Science and Technology Anhui Huainan 232000 ChinaAbstract Aiming at the problem of speed jitter caused by high-frequency switching value in the sliding mode function in the speed regulation process of permanent magnet synchronous motor PMSM sensorless system of traditional sliding mode control an improved strategy using fuzzy super-twisting second-order sliding mode observer FST-SMO was proposed.The new observer is based on the high-order sliding mode control theory which transfers the switching value of the sliding mode function to the high-order derivative and uses the integral operation of the algorithm to weaken the chattering of the switching value.At the same time considering that the gain of the traditional second-order sliding mode observer is fixed and cannot be adjusted according to the error a gain self-adjusting method based on fuzzy control was proposed.According to the error value and its change trend the current sliding mode gain was output by fuzzy algorithm which enhanced the stability and robustness of the system.The simulation model of permanent magnet synchronous motor based on fuzzy super-twisting sliding mode system was built in Simulink environment.The speed regulation simulation was carried out in different speed regulation intervals and compared with the speed fluctuation and rotor angle following of traditional sliding mode system simulation.The simulation results verify that the fuzzy super-twisting sliding mode observer has higher control accuracy and stronger adaptability the speed is stable and the angle following performance is superior and the chattering of speed has been reduced effectively.Keywords adaptive super-twisting sliding mode permanent magnet synchronous motor fuzzy control重庆工商大学学报(自然科学版)第40卷1㊀引㊀言随着碳达峰碳中和战略的推进,新能源汽车市场的竞争自今年以来愈演愈烈,永磁同步电机凭借体积小㊁转速响应灵敏㊁运行可靠等优点成为各大汽车厂商的主要选择㊂传统的电机转速传感器反馈系统对环境要求高㊁可靠性差无法适应复杂的路况,并且增加了系统的体积与成本,因此电机无传感器高精度控制已经成为新能源汽车的研究热点㊂在永磁同步电机中高速无感控制中主要有3种方案:扩展卡尔曼滤波法(EKF)㊁模型参考自适应法(MRAS)以及滑模控制法(SMO)㊂其中,滑模控制观测器的输入为电机α㊁β静止轴系下电压与电流,可由采集Iabc 与Uabc 计算得到㊂在观测器中α㊁β轴的估计电流与实际电流之差通过滑模算法的推演,可以得到静止坐标轴上的反电动势信息,其中就包含转速以及转子位置角度信息㊂但是传统滑模系统的反电动势中也包含了sgn 函数的高频开关信息,系统只能在稳定运行的滑模面上下切换并趋近,导致转速抖动大,无法做到高精度的转速调节㊂针对改善滑模控制的转速抖动这一课题,国内外很多学者提出了自己的解决方案,文献[1]提出了将sigmoid 函数应用于估算反电动势中,从而代替传统的高频开关函数,降低了因开关量带来的转速抖动现象㊂文献[2]提出了使用双曲正切函数来作为滑模的切换函数,减少了抖动的同时但增加了系统的运算量,在处理复杂系统时易造成一定的滞后性㊂文献[3]提出了采用二阶滑模的超扭曲算法以削弱抖动问题,然而滑模增益采用固定值的方法影响了电机的转速调节范围且系统抗干扰性差㊂这些文献提出了从不同方面的改进措施,目的都是为了降低滑模函数中开关量对系统的影响㊂以i d =0策略的空间矢量脉宽调制(SVPWM)双闭环系统为研究对象,引入基于模糊控制的改进超扭曲二阶滑模观测器,有效降低系统转速的抖动,并采用模糊控制获取滑模增益,提升系统的抗干扰性与鲁棒性㊂2㊀传统滑模控制系统2.1㊀表贴式永磁同步电机数学模型永磁同步电机在α㊁β轴静止系下的数学模型可以表示为下列形式:d i αd t =-R L i α+1L u α-1Le αd i βd t =-R L i β+1L u β-1L e βìîíïïïï(1)式(1)中:i α㊁u α㊁i β㊁u β分别为电机在静止坐标系下的α轴和β轴的电流电压;e α与e β为两轴对应的反电动势;R ㊁L 为定子的电阻与电感㊂α㊁β轴的感应反电动势为e α=-ωr φf sin θre β=ωr φf cos θr{(2)式(2)中:ωr ㊁φf 与θr 分别为同步转速㊁电机永磁磁链以及当前转子角度㊂2.2㊀滑模观测器设计设计滑模切换函数为s (x )=i s =^i s -i s(3)式(3)中:^i s ㊁i s 与i s 分别为α㊁β轴电流的预估值㊁实际值以及两者之差㊂根据电机数学模型可做如下表示:^i s =^i α^i βéëêêùûúúi s =i αi βéëêêùûúúe s =e αe βéëêêùûúú=ωe φf -sin θcos θéëêêùûúúìîíïïïïïïïï(4)根据式(4)可得:s ㊃(x )=^i ㊃s -i ㊃s =^i ㊃s --R L i s -1L e s +1Lu s()(5)式(5)中:s ㊃(x )为s (x )对时间的导数,则基于α㊁β轴电流的滑模估算可表达为^i ㊃α=-R L ^i α+u αL -K L sgn(i α)^i ㊃β=-R L ^i β+u βL -K L sgn(i β)ìîíïïïï(6)式(6)中:K 是滑模增益;sgn 为符号函数㊂通过式(1)与式(6)可以分析得到估算值与实际值电流误差为i ㊃α=-R L i α+e αL -K Lsgn(i α)i㊃β=-R L i β+e βL -K L sgn(i β)ìîíïïïï(7)系统运行于理想状态时,有电流的误差值为0,即:i α=0,i ㊃α=0i β=0,i ㊃β=0{(8)将式(8)代入式(7)中得到:e α=K sgn(i α)=Z αe β=K sgn(i β)=Z β{(9)82第3期高俊岭,等:模糊超扭曲滑模观测器在PMSM 中的研究与应用式(9)中:Z α与Z β即为含有高频开关函数的滑模函数㊂由此永磁同步电机α㊁β轴的预估感应反电势可写为^e α=K sgn(i α)^e β=K sgn(i β){为使滑模结构运行在相对稳定的状态,所需的条件为i αˑi ㊃α<0i βˑi ㊃β<0{即:i αˑi ㊃α=i αˑ-R L i α+e αL -K L sgn(i α)éëêêùûúú=1L(e α-K )-R L i 2α,i α>01L (e α+K )-R L i 2α,i α<0ìîíïïïï(10)i β与之同理㊂由式(10)可以得知K >max(|e α|,|e β|)即为滑模稳定运行的条件㊂^e α与^e β中包含了大量的高频开关信号不能直接用来计算,因此通常会加入低通滤波器滤波后,再根据公式推导进行转子角度与转速的运算㊂所以预估的α㊁β轴反电动势㊁转子角度以及转速的公式如下:E ^α=ωc s +ωc ^e αE ^β=ωc s +ωc ^e βθ^=arctan -^e α^e β^ωr =d θ^d t ìîíïïïïïïïïïïïï(11)式(11)中:E ^α㊁E ^β为经过滤波后的两轴感应反电动势;ωc 是低通滤波器设置的截止频率㊂则电机的转速估计值:^ωe =E ^2α+E ^2βφf因为系统加入了低通滤波器,所以α㊁β轴感应反电动势的相位会产生偏移,需要对预估的转子角度进行补偿,补偿角为tan -1ωrωc()㊂综上所述,可得滑模控制的系统框图如图1所示㊂ωr e fP Ii qi d=0P IP I U q U dU αU βi αi βi a i b2r /2s 2s /2rS V P WM I n v e r t e rC l a r k e P M S MS M O 观测器ωr＾θ＾图1㊀传统滑模控制系统框图Fig.1㊀Block diagram of traditional sliding mode control system3㊀模糊超扭曲滑模控制系统3.1㊀超扭曲滑模观测器设计传统滑模控制的一阶导数含有离散的开关量,而本文采用的二阶滑模把离散sgn 开关量放入其高阶导数中,因此开关量在通过算法的积分计算时,凭借积分本身的滤波效果成为连续函数,所以其一阶导数中不再含有离散开关量,这就从算法运算的角度上减弱了系统抖动㊂超扭曲滑模算法最早为Arie Levant 提出的一种高阶滑模控制方法㊂根据控制原理系统可做如下表示:d x d t =A (x ,t )+B (x ,t )uy =C (x ,t )ìîíïïï(12)式(12)中:A ㊁B ㊁C 是状态变量x 与时间t 的函数;x ㊁u ㊁y 分别为系统的状态变量㊁控制输入以及系统输出量㊂超扭曲滑模结构上为滑模变量的连续函数以及离散的微分,滑模变量为s =y ɡ-y ㊂根据超扭曲滑模的控制理论可做如下表达:u =K p s r sgn(s )+u 1+ρ1d u 1d t =K i sgn(s )+ρ2ìîíïïïï(13)式(13)中:K p ㊁K i 为二阶滑模增益;ρ为系统的扰动㊂超扭曲滑模算法要求其两个滑模增益需要满足以下不等式:K p >M MN m K i ȡ4M M N m 2㊃N M (K p +M M )N m (K p -M M )ìîíïïïïï(14)式(14)中:M M ȡM ,N M ȡN ȡN m ㊂其中M 与N 是由y 的二阶导数确定的:d 2y d t 2=M (x ,t )+N (x ,t )d ud t 为了得到更好的控制效果,式(13)中r 取值为92重庆工商大学学报(自然科学版)第40卷0.5㊂忽略扰动后其超扭曲算法可写为u =K p s 12sgn(s )+u 1d u 1d t =K i sgn(s )ìîíïïïï采用超扭曲算法设计α㊁β轴电流控制器时,定义滑模切换函数为s 1=i αɡ-i αs 2=i βɡ-i β{(15)式(15)中:i αɡ和i βɡ为估计的电流值;i α与i β为实际反馈的电流值;s 1和s 2为两者的误差㊂根据超扭曲滑模算法设计的控制器为E ɡ=K p s 12sgn(s )+E 1d E 1d t =K i sgn(s )ìîíïïïï(16)式(16)中:K p 与K i 需满足二阶滑模稳定条件式(14)㊂根据式(16),预估反电动势的控制精度主要由K p 与K i 两部分增益决定:K p 影响控制速度,K i 主要决定控制的精度㊂又可以写为E αɡ=K p 1s 112sgn(s 1)+ʏK i 1sgn(s 1)d tE βɡ=K p 2s 212sgn(s 2)+ʏK i 2sgn(s 2)d t ìîíïïïï(17)式(17)中:K p 1㊁K i 1与K p 2㊁K i 2为两组增益,积分项中合适的K i 取值可以降低因为离散开关量而导致的系统抖动㊂K i 选取的数值是由扰动上界所决定的,如若扰动上界较大,相对应的滑模增益K i 也应选取较大数值,但是大数值的增益也更容易引发滑模系统的抖动㊂如果系统相应的扰动上界已被明确,则使用超扭曲滑模能够迅速使系统消除误差并回到稳定运行的状态㊂然而在实际运用的过程中,一个复杂系统的扰动上界是很难被准确选取的,因此K i 的取值大小经常是通过经验适配的方法去尝试赋值,但是其取值的大小直接影响到了系统的稳定与否,而且固定的数值也不能根据扰动来自我调节㊂3.2㊀基于模糊控制的算法优化英国学者E.H.Mamdani 首次将模糊控制成功应用于工业控制领域,并且达到了超过传统数字控制的控制精度与稳定性,宣告了大规模应用模糊控制的时代来临㊂模糊控制将专家经验及物理规律使用语法描述成模糊规则,这种推理规则阐明了输出量根据输入量变化所需的控制趋势,所以模糊控制并不需要精确的系统数学模型就可以实现较为准确地控制㊂模糊控制的实现流程框图如图2所示㊂误差sd s /d t模糊化模糊规则库模糊推理去模糊化u图2㊀模糊控制的实现流程Fig.2㊀Implementation process of fuzzy control在超扭曲滑模永磁同步电机控制系统中,由于滑模增益K p 与K i 并没有明确的取值标准且取值固定,当系统运行在低速范围时,由于扰动与上界的不匹配的问题易产生抖动,削弱了整体的稳定性㊂因此,基于灵活控制滑模增益的思想,提出采取模糊控制的方法来输出增益K p ,再利用滑模稳定性条件式(14)确立的两者关系来确定K i 的取值㊂结合了模糊控制的超扭曲滑模观测器框图如图3所示㊂u α,u βi α,i βi α,i β＾＾s 1,s 2d s /d t模糊规则k 1反电动势估算E α＾＾E β转子角度与转速估算P M S M电流观测器图3㊀模糊超扭曲滑模观测器框图Fig.3㊀Block diagram of fuzzy super-twisting slidingmode observer图3中模糊控制的输入为α㊁β轴估计电流与实际电流的之差,根据专家经验可以得到其推理规则,即:当模糊控制输入的电流之差较大时,应当加大增益K p 以提升控制速度使误差缩小;当模糊控制输入的电流之差较小时,应该降低增益K p 以减小控制的超调量㊂当α㊁β轴的电流差变化率较大时,电机当前为启动或者控制误差较大的状态,使用更大的增益K p 可以更快地使系统回归稳定㊂与之相反,当α㊁β轴的电流差及其变化率较小时,降低滑模增益K p 可以削弱系统的超调使之趋稳㊂在模糊控制中,2个输入电流误差的论域选取为[-50㊀50],分为{负大,负小,零,正小,正大},记{NB,NS,ZO,PS,PB},隶属度函数选择为trimf 型㊂输出滑模增益K p 的论域选取[500㊀1500],分为{负小,小,零,正小,正大},记{NS,S,ZO,PS,PB},同样选取的隶属度函数为trimf 型㊂根据专家经验的变化规律,使用Mamdani 型语句(if 条件一and 条件二then 输出量变化)录入控制规则,具体规则如表1所示㊂3第3期高俊岭,等:模糊超扭曲滑模观测器在PMSM 中的研究与应用表1㊀模糊控制规则Table 1㊀Rules of fuzzy controls s㊃NB NSZO PS PB NB PB PB PS PS ZO NSPB PSPS ZO ZO ZO PS ZO ZO SSPS S ZO ZOPS PSPB ZOPS PS PBPB4㊀仿真校验4.1㊀仿真搭建用MATLAB 中SIMULINK 工具搭建模糊二阶滑模永磁同步电机控制系统㊂模糊超扭曲滑模电机系统仿真如图4所示㊂仿真中所采用的永磁同步电机具体参数如表2所示㊂给定PP PC o n t i n u o u s U d U q t h e t aU aU b U a l p h aU b e t ap u l s e c l a r k p a r k 变换p a r k 变换空间脉宽矢量调制［i q］［s p e e d ］i di qi a b c t h e t aF T S M O 观测角度i 0p i /2［s p e e d ］gA B CA B C V a b c l a b c ab cA B C 负载NSm T h e w mT e i q［s p e e d ］［i q］［a c t u a l -s p e e d ］［a c t u a l -s p e e d ］i n o u t模糊二阶，滑模观测器t h e t a U a b c w el a b cT m 图4㊀模糊超扭曲滑模电机系统仿真Fig.4㊀Simulation of fuzzy super-twisting sliding mode motor system表2㊀永磁同步电机参数Table 2㊀The parameters of PMSM参㊀数参数数值转子磁链/Wb 0.175定子电感/mH 0.0085定子电阻/Ω 2.875极对数4转动惯量/(kg ㊃m 2)0.0012直流测电压/V311图4中,将模糊控制与超扭曲滑模算法相结合并统一封装成FST -SMO 观测器模块,使用仿真封装的Mask 编辑功能,可以实现统一设置电机的DQ 轴电感以及定子电阻的功能,便于后期的调试整改㊂系统中多次使用From-to 模块来简化布线以便检查㊂4.2㊀仿真结果分析搭建的仿真中集成了模糊超扭曲滑模系统(FST-SMO)与传统滑模系统(SMO),以便于两者进行对比分析,仿真时长设置为0.2s㊂在0至0.04s 时转速设定为低速200r /min,0.04s 后转速提升至1500r /min,随后系统运行至0.2s 时仿真结束㊂4.2.1㊀转速稳定性对比运行仿真后,两系统的转速及误差波形对比如图5所示㊂151050.050.100.150.20t /sF S T S M O 与S M O 的实际转速转速/（r /m i n ）S M O 实际转速F S T S M O 实际转速?102(a )两系统全过程转速13重庆工商大学学报(自然科学版)第40卷2000-200-400-600-800-1000-1200-14000.050.100.150.20t /sF S T S M O 与S M O 实际转速与设定值误差转速/（r /m i n ）F S T S M O 实际转速与设定值误差S M O 实际转速与设定值误差(b )稳定后两系统转速与设定值误差图5㊀FST-SMO 系统与SMO 系统转速及误差对比Fig.5㊀Comparison of speed and error betweenFST-SMO and SMO图5(a)中,当0.021s 后转速稳定在200r /min 上下波动,两系统均有较好表现,实际转速误差均在ʃ2r /min 之内㊂仿真0.04s 后设定转速变为1500r /min,实际转速在0.06s 后进入稳定状态,此时对比两系统实际转速与设定值1500r /min 的误差,由图5(b)所示,传统滑模系统转速最大误差达到了17.33r /min,且波动明显;模糊二阶滑模系统转速最大误差为4.12r /min,比SMO 系统的转速误差减小了76.23%㊂综上分析,可得FST-SMO 系统较SMO 系统具有更优秀的转速稳定性㊂4.2.2㊀转子角度跟随性对比模糊二阶滑模系统与传统滑模系统的转子角度观测值与实际值对比如图6所示㊂0.80.70.60.50.40.30.20.100.0820.0840.0860.0880.0900.0920.0940.096t /sS M O 观测角度与实际角度θ/r a dS M O 观测角度S M O 实际角度(a )传统滑模观测角度与实际角度0.80.70.60.50.40.30.20.100.0820.0840.0860.0880.0900.0920.0940.096t /sF S T S M O 观测角度与实际角度θ/r a dF S T S M O 观测角度F S T S M O 实际角度(b )模糊二阶滑模观测角度与实际角度0.20-0.2-0.4-0.6-0.80.0820.0840.0860.0880.0900.0920.094t /sF S T S M O 与S M O 实际角度与观测角度误差θ/r a dF S T S M O 实际角度与观测角度误差S M O 实际角度与观测角度误差(c )FST-SMO 系统与SMO 系统转子角度误差对比图6㊀SMO 与FST-SMO 观测角度与实际角度对比Fig.6㊀Comparison of observed angle and actual anglebetween FST-SMO and SMO图6中,首先对两个系统的实际角度与观测角度取余后,进行两者的误差分析㊂由图6(c)可知,传统滑模的观测角度与实际角度在取余前误差为0.068rad,实际角度取余后观测角度需经109.89μs 才能进行取余操作,两者延时较大㊂而采用模糊超扭曲滑模时取余前两者误差仅为0.036rad,实际角度取余后经59.87μs 观测角度随即取余,观测角度跟踪性能明显优于传统滑模控制,观测器位置估计更精准,相较于传统滑模控制位置精度提升了48%㊂经过以上仿真分析与验证,采用了模糊超扭曲滑模观测器的电机系统,相较于传统滑模控制,在调速精度与转子位置跟随性方面均有较大提升,大幅度降低了转速抖振现象㊂5㊀结束语针对传统滑模控制系统的抖动问题,通过将模糊23第3期高俊岭,等:模糊超扭曲滑模观测器在PMSM中的研究与应用控制与高阶滑模控制相结合的方法,对滑模电机系统进行优化,并使用MATLAB搭建仿真进行验证㊂超扭曲滑模增益K p通过模糊控制确定,再根据高阶滑模增益关系式构造K i,从而实现了系统滑模增益的自适应动态调节㊂通过搭建传统滑模与模糊超扭曲滑模系统进行对比,验证了模糊超扭曲滑模系统的稳定性与可行性,相比较于传统滑模控制,在转速抖动与角度时延上均有较大提升,在低速段与中高速段均取得了较为理想的结果㊂参考文献References1 ㊀LIU J ZHANG W RIZZONI G.Robust stability analysis of DCmicrogrids with constant power loads J .IEEE Transactions on Power Systems 2018 33 1 851 860.2 ㊀张攀石照耀林家春等.基于双曲正切函数的改进型永磁同步电机无感矢量控制系统J .哈尔滨工程大学学报2021 42 5 710 718.ZHANG Pan SHI Zhao-yao LIN Jia-chun et al.Improved sensorless vector control system for permanent magnet synchronous motors based on hyperbolic tangent functions J .Journal of Harbin Engineering University 2021 425 710 718.3 ㊀LIANG D LI J QU R.Sensorless control of permanentmagnet synchronous machine based on second-order sliding-mode observer with online resistance estimation J .IEEE Transactions on Industry Applications 2017 53 4 3672.4 ㊀张洪帅王平韩邦成.基于模糊PI模型参考自适应的高速永磁同步电机转子位置检测J .中国电机工程学报2014 34 12 1889 1896.ZHANG Hong-shuai WANG Ping HAN Bang-cheng.Rotor position measurement for high-speed permanent magnet synchronous motors based on fuzzy PI MRAS J .Proceedings of the CSEE 2014 34 12 1889 1896.5 ㊀KIM H SON J LEE J.A high-speed sliding-mode observerfor the sensorless speed control of a PMSM J .IEEETransactions on Industrial Electronics 2011 5894069 4077.6 ㊀林辉刘芳璇王晓琴等.具有输入饱和的机车PMSM自适应模糊滑模控制J .电子设计工程2020 2814 108 112.LIN Hui LIU Fang-xuan WANG Xiao-qin et al.Adaptive fuzzy SMC for locomotive PMSM with input saturation J . Electronic Design Engineering 2020 28 14 108 112.7 ㊀周成林.永磁同步电机无位置传感器控制技术研究 D .杭州浙江大学2019.ZHOU Cheng-lin.Research on sensorless control technology of permanent magnet synchronous motor D .Hangzhou Zhejiang University 2019.8 ㊀杨淑英王玉柱储昭晗等.基于增益连续扩张状态观测器的永磁同步电机电流解耦控制J .中国电机工程学报2020 40 6 1985 1996.YANG Shu-ying WANG Yu-zhu CHU Zhao-han et al. Current decoupling control of PMSM based on an extended state observer with continuous gains J .Proceedings of the CSEE 2020 40 6 1985 1996.9 ㊀诸德宏汪瑶周振飞.基于模糊滑模算法的永磁同步电机无位置传感器矢量控制J .电机与控制应用2020 478 29 35.ZHU De-hong WANG Yao ZHOU Zhen-fei.Position sensorless vector control of PMSM based on fuzzy sliding mode algorithm J .Electric Machines and Control Application 2020 47 8 29 35.10 陈浩凌有铸陈孟元等.基于模糊滑模变结构的PMSM矢量控制的仿真研究J .重庆工商大学学报自然科学版2015 154 2 27 32.CHEN Hao LING You-zhu CHEN Meng-yuan et al. Research on the simulation of PMSM vector control based on fuzzy sliding mode variable structure J .Journal of Chongqing Technology and Business University Natural Science Edition 2015 154 2 27 32.责任编辑:田㊀静33。
基于改进型滑模观测器的PMSM无位置传感器控制
关 键 词 ：永磁 同步 电机 ；无 位 置控制 ；滑模 观 测 器 ；抖振 ；实验设 计 中图分 类号 ：ＴＭ３４１；ＴＭ３０１．２ 文 献标 志码 ：Ａ 文章 编号 ：１０００—２７５８（２０１８）０４—０７５４－０７
近年来 ，随着钐钴 、钕铁硼等稀土永磁材料的发 展 ，永 磁 同 步 电 机 （ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ，ＰＭＳＭ）在 航 空航 天 、医疗 器 械 和 电 动汽 车 等 领域 的应 用 越 来 越 普 遍 １－２］。ＰＭＳＭ 使 用 电子 换 向 代 替 了 电刷 和 换 向 器 ，调 速 性 能 优 越 ，具 有 高 紧 凑 性 、高体积能量 的优点 。电机定子绕组 中通入三相 正弦 交流 电时 ，气 隙 中的磁 场为 正 弦分 布 ，通 入方 波 电流 时 ，气 隙 中 的磁场 为梯 形波 分 布 ，此 时也 称为 无 刷直 流 电机 。转速 闭 环是 永磁 同步 电机控 制 系统 高 精 度 、高 动态性 能 的控 制要 求 ，而速 度 闭环 的前提 是 检 测 电机 的转 子 位 置 。旋 转 变 压 器 、霍 尔 传 感 器 等 机 械传 感 器 的安装 可 以准 确 检 测 转 子位 置 ，但 不太 适 用 于高 低温 、强 震 动 等环 境 条 件 比较 苛 刻 的工 况 下 。无 位 置传 感器 可 以通过 采集 与转 子位 置 有关 的 参 数来 估计 转 子位 置 ，简化 电机 结 构 的 同时 减 小 了 成 本 。
第 ４期
华 志广 ，等 ：基于改进型 滑模 观测 器的 ＰＭＳＭ无位置传感器控制
１ ＰＭＳＭ 矢量 控 制
１．１ 电机 数学 模 型
永 磁 同步 电机 是一 个 高阶 、多变 量 、强耦 合 的非
基于新型自适应滑模观测器的PMSM无传感器控制
基于新型自适应滑模观测器的PMSM无传感器控制
王淑旺;杨光;王强
【期刊名称】《组合机床与自动化加工技术》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】为了实现无位置传感器控制策略在永磁同步电机中的应用,在传统滑模观测器的基础上提出了一种改进型的自适应滑模观测器算法。
提出的改进型自适应滑模观测器中使用更平滑的sigmoid函数取代了传统的符号函数,并结合反电动势的自适应律有效地减少了提取的反电动势中包含的高频分量,避免了低通滤波器在使用过程中带来的抖振和相位延迟现象。
最后反电动势中包含的转子位置信息与速度信息通过锁相环提取。
为了验证模型的可行性,基于MATLAB/Simulink搭建了仿真模型进行了仿真分析,并以TMS320F28377芯片为核心搭建了永磁同步电机硬件实验平台进行实验验证,仿真与实验结果验证了该方法的有效性和实用性。
【总页数】5页(P88-91)
【作者】王淑旺;杨光;王强
【作者单位】合肥工业大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH165;TG659
【相关文献】
1.PMSM的自适应滑模观测器无传感器控制
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5.自抗扰和新型滑模观测器的PMSM无传感器控制
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基于全程滑模的MIMO非线性系统模糊滑模控制
海
航
天
第３ Ｏ卷 ２ ０ １ ３年 第 ２期
ＡＥＲ０Ｓ ＰＡＣＥ Ｓ Ｈ ＡＮＧＨＡＩ
文章编号 ： １ ０ ０ ６ — １ ６ ３ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ２ ７ — ０ ５
基 于全 程 滑模 的 ＭＩ ＭＯ 非 线 性 系统 模 糊 滑模 控 制
刘云峰 ， 陈 军 。
二 阶 多输 入 多输 出非 线 性 系统 仿 真 结 果表 明 该控 制 策 略 可 行 和 有 效 。 关键词 ： 全 程 滑模 ； 滑 模 趋 近 律 ；非 线 性 系统 ； 模 糊 滑 模 中图分类号 ： ＴＰ ２ ７ ３ 文献标志码 ： Ａ 。
Ｆｕ ｚ ｚ ｙ Ｓ ｌ ｉ ｄｉ ｎ ｇ Ｍｏ ｄ ｅ Ｃｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｇｌ ｏ ｂ ａ ｌ Ｓ ｌ ｉ ｄ ｉ ｎｇ Ｍｏ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ
２ ． Ｔｈ ｅ Ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ Ａｒ ｔ ｉ ｌ ｌ ｅ ｒ ｙ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ８ ５，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
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PMSM在扰动观测器下的复合滑膜控制研究
PMSM在扰动观测器下的复合滑膜控制研究摘要：本文首先分析了永磁同步电机的数学模型，结合永磁同步电机驱动系统，考虑在扰动情况下的数学模型变化，进一步应用滑模控制，设计了一种滑模控制器。
同时，假设扰动可观测，设计了一种扰动观测器。
最后，通过建立仿真模型，进行对比来验证新型控制策略的优势。
关键词：永磁同步电机；驱动系统；滑模控制；扰动观测器；控制策略引言在节约能源和环境保护日益受重视的今天，对于永磁同步电机PMSM （Permanent Magnet Synchronous Motor）的研究日益增多。
PMSM具有功率密度高、效率高、噪音低、体积小和运行可靠等优点[1-2]，所以在航空航天、数控机床、船舶推进、汽车与工业自动化等领域得到了广泛应用。
在这些应用领域中，永磁同步电机常作为执行机构，起着举足轻重的作用，其控制性能与可靠性将直接影响整个系统的正常工作与安全运行。
在PMSM驱动系统中，由于扰动上界值不易确定，通常导致其控制策略不能有效实施。
因此，考虑引入前馈补偿[3-5]以提高系统性能，前馈补偿能有助于控制器使用较小的切换增益，进而减小抖振。
同时，如果扰动是可观测的，那么可以设计扰动观测器，并在对扰动的观测基础上进行前馈补偿，抖振减小的效果将更加明显，并可获得更快的动态响应和更小的电流纹波。
本文提出一种基于扰动观测器的PMSM复合滑膜控制研究方法，从而可以提高系统的稳定性和可靠性。
1 分析PMSM数学模型PMSM是一个复杂的电磁装置，为了分析其关键问题。
假设电机的参数变化可以忽略，同时在不考虑外部干扰的情况下，可以建立PMSM的数学模型，以两相同步旋转d-q坐标系来进行分析，就可以得出PMSM的数学模型方程如下：（1）式中u d、I d、L d分别表示d轴上的电压、电流和电感；u q、I q、L q分别表示q轴上的电压、电流和电感；R---定子绕组电阻；ωm---电角速度； p---磁极对数;Ψf---转子永磁磁链。
基于PMSM的二阶滑模无位置传感器控制
微电机MICROMOTORS第53卷第-期2020年 9月Vol.53. No.—Dec. 2022基于PMSM 的二阶滑模无位置传感器控制蔡军，李鹏泽，黄袁园（重庆邮电大学自动化学院，重庆440065）摘 要：在永磁同步电机传统滑模观测器（SMO ）无位置传感器控制方案中，针对其因符号函数带来的抖振现象以及因一阶低通滤波器带来的相位滞后问题。
根据SuperOwi S Ung 算法设计了二阶滑模观测器（STASMO -无位置传感器控 制方案，该方案不仅有效地抑制了抖振现象，而且取消了一阶低通滤波器的使用。
当电机运行时，定子电阻会随着电机内部温度的升高而改变，故设计了合理的定子电阻观测器来实时观测定子电阻，从而避免了定子电阻对无位置 传感器控制方案估计精度的影响。
最后通过对所提方案进行系统模型搭建与仿真分析，从而证明了所提方案对电机 位置和转速具有较高的估计精度。
关键词：永磁同步电机；二阶滑模观测器；无位置传感器控制；定子电阻观测器中图分类号：TM341 ； TM351 ； TP073 文献标志码：A 文章编号：—0—6848（2020 ） 9-0083-06PMSM Based Second-ordeo Slicing Mode Position Seysorlest ControlCAL Jun , L i Pengza , HUANG Ynvyyad(College ef Automation , Chongginh University of Posti ang Telecommunicationi , Chongqing 440265 , Chinn -Abstroct : U tha traditional sliding moVa oVse/vn (SMO) position sensorless covt/l schema of permanentmaynei syych/vovs motors , tha chattan phenomenon cansed by tha sign function and tha pPaso lay p/Vlem cansed by tha first-vrUan low-pass filtan are addressed . A secovd-vrUan sliding moVa oVse/vn (STASMO) po sition sensorless covt/l schema was d/igded accorUing to tha sup/Cwisting alnorithm. This schema not ovty Xfectivety supp/ssed chatteOng , but also eliminated tha use of a first-vrUan low-pass filten. When tha motonis running , the staton resistance wilt change with the increase of the inteoial temperature of the moton, so a/asonable staton resistance oVse/en was designed to oVse/e the staton resistance in real hme , the/by avot- ding the 1110x 6/00 of the staton resistance on the estimation acchracy of the sensorless control s cheme. Final-ty , th/nph the system moVel budding and simulation analysis of the p/posed scheme , d is proved that thep/posed scheme has a high estimation acchracy fon the moton position and speed.Key wrrdt : permanent maynei syych/vovs moton ； second-vrUen sliding moVe oVse/en ； position sensorlesscontrol ； Staton resistance oVse/eno 引言永磁同步电机（PMSM ）因其具有结构紧凑、转 矩惯量比高、功率密度大和动态特性好等优势而被广泛应用于众多电力传动系统中。
基于全阶状态滑模观测器的永磁同步电机模型预测电流控制策略
基于全阶状态滑模观测器的永磁同步电机模型预测电流控制策略刘向辰S熊志誉S薛二桥彳(1.兰州石化职业技术学院汽车工程学院，甘肃兰州730060；2.湖南兵器轻武器研究所有限责任公司，湖南益阳413000)摘要：传统模型预测控制(MPC)需要对永磁同步电机(PMSM)的所有电压矢量进行动态预测,存在计算量大，计算周期长的问题。
因此,提出一种改进型模型预测电流控制(MPCC)方案,该方案采用一种缩减电压矢量选择的方式,降低了算法的冗余度和计算量,提高了控制效率。
在此基础上，采用全阶滑模观测器对PMSM的转子位置和转速进行精准估测，在设计全阶滑模观测器的过程中，将模糊控制的思想融入传统滑模观测器中，有效解决了转子位置和转速在观测过程中存在抖振的问题。
最后，通过仿真验证了该方案的正确性和实用性。
关键词：永磁同步电机；模型预测电流控制；全阶滑模观测器；模糊控制中图分类号:TM351文献标志码：A文章编号：1673-6540(2021)03-0036-06doi：10.12177/emca.2020.208Model Predictive Current Control Strategy of PMSM Based onFull-Order State Sliding Mode ObserverLIU Xiangchen,XIONG Zhiyu2,XUE Erqiao1(1.College of Automotive Engineering,Lanzhou Petrochemical Polytechnic,Lanzhou730060,China;2.Hunan Light Arms Research Institute Co.,Ltd.,Yiyang413000,China)Abstract：The traditional model predictive control(MPC)needs to dynamically predict all voltage vectors of pennanent magnet synchronous motor(PMSM),which has the problems of large calculation and long calculation period.Therefore,an advanced model predictive current control(MPCC)is proposed.The strategy could reduce the voltage vector selection,reduce the redundancy of the algorithm calculation,and improve the control efficiency.On this basis,the full-order sliding mode observer is used to accurately estimate the rotor position and speed of the PMSM.In the designing process of the full-order sliding mode observer,the idea of fuzzy control is integrated into the traditional sliding mode observer.The improved sliding mode observer could efiectively solve the chattering problem of rotor position and speed during observation.Finally,the simulation verifies the correctness and practicability of the proposed strategy.Key words:permanent magnet synchronous motor(PMSM);model predictive current control (MPCC);full-order sliding mode observer;fuzzy control收稿日期：2020-11-08；收到修改稿日期：2021-01-10作者简介：刘向辰(1989-)，男，硕士，研究方向为电力电子与电力传动。
基于负载观测的PMSM滑模抗扰动自适应控制
２ ０ １ ３年 １ ０月
工 程
设
计
学
报
Ｖ０ １ ． ２ Ｏ ＮＯ ． ５
Ｏｃ ｔ ．２ Ｏ １ ３
Ｃｈｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎａ ｌ ｏ ｆ Ｅｎｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
ＤＯＩ ： １ ０ ． ３ ７ ８ ５ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ．１ ０ ０ ６ — ７ ５ ４ Ｘ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ０ １ ３
基于 负载观测 的 Ｐ ＭＳ Ｍ 滑模抗扰动 自适应控制
张 兵 ， 唐 猛 ， 廖 海 洲
（ １ ． 西南交通大学 机械 工程学院 ， 四川 成 都 ６ １ ０ ０ ３ １ ； ２ ．湖 南 邮 电 职业 技 术 学 院 ， 湖南 长沙 ４ １ ０ ０ １ ５ ）
摘 要 ： 实际转速值是转角微分得 到的 ， 基 于 转 速 的观 测器 设 计 会 引 入 微 分 突 变 ． 本 文 在 滑 模 变 指 数 趋 近 率 控 制 的 基础上 ， 针 对 实 际 应 用 的永 磁 同步 电机 （ ｐ ｅ ｒ ｍａ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ， Ｐ ＭＳ Ｍ） 提 出 了 一 种 新 的 负 载 转 矩 降阶观测器设计方法 ， 以可 直 接 测 量 的 转 角 为 已 知 观 测 对 象 ， 避 免 引 入微 分 突 变 ， 将 观 测 到 的 负 载 转 矩 成 比例 地 前
２． Ｈ ｕｎ ａ ｎ Ｐｏｓ ｔ ａ ｎｄ Ｔｅ ｌ ｅ ｃ ｏｍ ｍ ｕｎｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇｅ ， Ｃｈ ａ ｎｇ ｓ ｈａ ４１ ０ ０１ ５，Ｃｈｉ ｎ ａ）
基于滑模电流观测器的高性能无速度传感器PMSM控制
already acquired certain achievements. The sliding mode variable structure control is a comprehensive approach to solve the problem of the nonlinear systems, because the sliding mode
符号函数曲线为从根本上解决由于开关切换造成的控制的不连续性所导致的抖振问题消除由于抖振对系统造成的不良影响我们采用准滑动模态控制中的饱和函数来连续化控制量取代开关滑动模态控制中的开关特性函数sgn在边界层外采用切换控制在边界层内采用线性化反馈控制
基于滑模抗扰动观测器的PMSM无差拍预测控制
基于滑模抗扰动观测器的PMSM无差拍预测控制
潘登;刘义才;高俊
【期刊名称】《组合机床与自动化加工技术》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】受温度及其它非线性因素影响,永磁同步电机(PMSM)运行过程中电阻、电感及磁链参数会发生变化,直接导致预测电流模型中电机参数与实际参数不符,影响系统控制性能。
为提高系统参数的鲁棒性,针对一种三电平驱动的PMSM进行基于滑模观测器的参数抗扰动研究,电流内环采用等速趋近律滑模观测器来估计系统所受到的总参数扰动,并对模型电流预测控制器进行实时补偿;转速外环采用基于指数趋近律的滑模控制器实现;此外,针对传统预测电流控制中定子电流谐波分量大的问题,提出一种基于注入虚拟矢量的近似两电平SVPWM无差拍算法;最后,搭建Simulink仿真平台验证了所提控制理论的正确性与鲁棒性。
【总页数】7页(P114-120)
【作者】潘登;刘义才;高俊
【作者单位】武汉商学院机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH165;TG659
【相关文献】
1.基于卡尔曼滤波滑模变结构转子位置观测器的PMSM无差拍控制
2.基于无差拍预测和扰动观测器的PMSM的滑模控制
3.基于非奇异终端滑模观测器的PMSM
无差拍电流预测控制4.基于滑模扰动观测器的PMSM增量式模型预测控制5.基于滑模观测器的PMSM改进无差拍电流预测控制
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基于滑模观测器的高速PMSM无传感器控制
基于滑模观测器的高速PMSM无传感器控制
王建渊;颜肃;陈晓煊;张延庆
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2024(58)1
【摘要】针对基于饱和函数滑模观测器方法存在调节参数多及低通滤波器带来的相位延迟问题,研究一种基于超螺旋算法的滑模观测器无传感器控制策略,通过理论推导及系统稳定性分析,设计了一种滑模系数根据转速变化在线调节的自适应滑模系数算法。
通过实验验证了该方法相比于基于饱和函数滑模观测器,能在较宽速度范围内有效地抑制抖振,提高了无传感器控制系统的估计精度,简化了参数调节过程及滤波器设计环节。
【总页数】4页(P14-17)
【作者】王建渊;颜肃;陈晓煊;张延庆
【作者单位】西安理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TM341
【相关文献】
1.基于改进滑模观测器的PMSM无位置传感器控制
2.基于改进非奇异终端滑模观测器的对称六相PMSM无位置传感器控制
3.基于并联滑模观测器的PMSM无位置传感器控制
4.基于新型滑模观测器的PMSM无传感器控制
5.基于新型自适应滑模观测器的PMSM无传感器控制
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万方数据万方数据万方数据万方数据基于滑模观测器的PMSM模糊滑模控制作者：王巍， 汪玉凤， 郭凤仪， WANG Wei， WANG Yu-feng， GUO Feng-yi作者单位：辽宁工程技术大学,辽宁葫芦岛,125105刊名：微特电机英文刊名：SMALL & SPECIAL ELECTRICAL MACHINES年，卷(期)：2010，38(8)被引用次数：0次1.Elmas tun O A hybrid controller for the speed control of a permanent magnet synchronous motor drive 2008(1)2.沈艳霞.纪志成基于无源性永磁同步电机模糊滑模控制系统研究 2007(17)3.Ilioudis V C.Margaris N I PMSM Sensorless Speed Estimation Based on Sliding Mode Observers 20084.赵德宗.张承进.郝兰英一种无速度传感器感应电机鲁棒滑模控制策略 2006(22)5.Han Y S.Choi J S.Kim Y S Sensorless PMSM Drive with a Sliding Mode Control Based Adaptive Speed and Stator Resistance Estimator 2000(5)6.王巍.郭凤仪.侯利民滑模控制的PMSM无速度传感器最优转矩控制 2009(3)7.Cárdenas R.Pe(n~)a R MRAS Observer for Sensorless Control of Standalone Doubly Fed Induction Generators 2005(4)8.王庆龙.张崇巍.张兴基于变结构模型参考自适应系统的永磁同步电机转速辨识 2008(9)9.Bianchi N.Bolognani S Advantages of Inset PM Machines for Zero-Speed Sensorless Position Detection 2008(4)10.秦峰.贺益康.贾洪平基于转子位置自检测复合方法的永磁同步电机无传感器运行研究 2007(3)11.Jeong Y Initial rotor position estimation of an interior permanent magnet synchronous machine using carrier frequency injection methods 2005(1)1.期刊论文骆再飞.蒋静坪.曹芳祥.LUO Zai-fei.JIANG Jing-ping.CAO Fan-xiang交流伺服系统的动态模糊滑模控制策略研究-机电工程2008,25(11)为提高永磁同步电机(PMSM)交流伺服系统的动静态性能,提出了一种动态模糊滑模控制方法.采用"距离"减少了模糊输入维数和模糊规则,减少控制器的计算量从而加快了响应速度;并利用自适应算法改善了系统性能.仿真试验表明,该方法能明显削弱抖振,提高稳态精度,并具有动态响应速度快的特点以及较强的鲁棒性.2.期刊论文王洪斌.穆太青.高殿荣基于模糊滑模控制的永磁同步液压电机泵变速控制的研究-武汉理工大学学报（交通科学与工程版）2010,34(1)提出一种永磁同步液压电机泵模型,即把永磁同步电机转子作为液压泵缸体,以进一步提高液压传动的整机效率.通过控制电机转速直接调节泵的输出流量,使电机泵提供的功率与负载匹配,从根本上提高液压调速系统的效率.同时建立了该液压电机泵变速控制系统的数学模型.针对永磁同步电机非线性、多变量、强耦合的特点,将模糊和滑模控制理论运用到永磁同步电机直接转矩控制中,以提高系统的鲁棒性和快速性.对转速阶跃变化进行仿真研究,仿真结果表明该策略具有良好的鲁棒性和快速性.3.期刊论文黄石维.周国荣.HUANG Shi-wei.ZHOU Guo-rong永磁同步电机的模糊滑模控制-机械工程与自动化2010(1)为了实现高性能永磁同步电动机伺服系统快速而精确的位置跟踪控制,在滑模控制策略中引入模糊控制算法,设计了基于模糊规则的滑模控制器;并通过理论分析和控制仿真,证实了模糊滑模控制很好地解决了抖振问题,对参数变化和负载扰动具有很好的鲁棒性,永磁同步电机可获得很好的位置跟踪效果.4.学位论文刘梦溪交流伺服系统的滑模控制研究2008随着现代化工业的不断发展，交流伺服系统在许多领域的应用日益广泛，对其性能要求也越来越高。
由于交流伺服系统本质上具有非线性、多变量、参数时变的性质，因此要实现高品质的控制，对控制策略就提出了很高的要求。
本文针对在交流伺服驱动系统中一些尚待解决的的控制问题将一些新的控制方法引入交流伺服系统，力求以新的控制方式和策略提高整个系统的鲁棒性。
滑模控制对系统模型不精确和外部扰动具有较强的鲁棒性，因此获得了广泛应用。
但滑模控制的高频抖振现象却成为限制其应用的主要障碍。
模糊控制作为利用专家知识和经验的有效方法，特别适用于复杂、非线性、时变的系统，但大多数模糊控制系统缺少保证系统性能的分析方法。
将模糊控制与滑模控制相结合的模糊滑模控制中，滑模控制用来克服模型不精确和扰动的影响，而模糊控制用来消除抖振。
本文研究的是以永磁同步电动机为执行元件的交流伺服系统，主旨为实现高品质的控制策略。
文章首先对永磁同步电动机的数学模型和矢量控制策略进行了分析，指出了传统控制的不足之处。
然后在此基础上提出了滑模控制方案，并与传统的控制方案相比较以显示其控制的优越性。
最后通过模糊控制来估计系统不确定量的边界值，从而使得系统既能充分发挥滑模控制对参数变化和干扰不灵敏的特点，又具有模糊自调节的能力，进而达到削弱抖振的目的。
为了验证本文提出方法的有效性，文中用MATLAB/Simulink进行仿真，仿真结果表明，理论分析和仿真的结果相一致，本文采用的模糊滑模控制器设计方法基本上取得了比较满意的控制效果。
5.期刊论文黄石维.周国荣.HUANG Shi-wei.ZHOU Guo-rong永磁同步电机的模糊滑模控制-电气传动自动化2009,31(6)为了实现高性能永磁同步电动机伺服系统快速而精确的位置跟踪控制,在滑模控制策略中引入模糊控制算法,设计了基于模糊规则的滑模控制器.通过理论分析和控制仿真,证实了模糊滑模控制很好地解决了抖振问题,对参数变化和负载扰动具有较强的鲁棒性,永磁同步电机可获得优良的位置跟踪效果.6.期刊论文黄石维.周国荣.Huang Shiwei.Zhou Guorong永磁同步电机的模糊滑模控制-电机技术2010(3)为了实现高性能永磁同步电动机伺服系统快速而精确的位置跟踪控制,在滑模控制策略中引入模糊控制算法,设计了基于模糊规则的滑摸控制器.仿真结果显示模糊滑摸控制较好地解决了抖振问题,对参数变化和负载扰动具有很好的鲁棒性,永磁同步电机可获得很好的位置跟踪效果.7.学位论文刘姗梅永磁同步电机伺服系统控制策略研究2007伺服控制系统在工业控制和家用电气等领域的应用越来越广泛，随着人们对伺服控制产品的性价比要求越来越高，以数字信号处理技术为基础、以永磁同步电机为执行电机、采用高性能控制策略的全数字永磁同步交流伺服控制系统已成为伺服控制系统发展的趋势。
本文首先分析了永磁同步电机矢量控制的原理和特点，选取了基于i<,d>=0的转子磁场定向控制方式，确立了基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)的三闭环伺服控制系统实施方案，并在Matlab/Simulink中建立了永磁同步电机伺服控制系统的仿真模型，采用PI控制时的仿真结果验证了该方案的正确性。
在分析了永磁同步电机的数学模型后，针对伺服系统的非线性和不确定性，提出了一种基于自适应模糊算法的滑模控制器，并将此控制器用于永磁同步电机伺服系统的位置控制，仿真结果验证了此策略的可行性。
与PI控制的对比仿真结果证明了自适应模糊滑模控制器在抗参数变化和负载扰动上的优越性。
本文进一步研究了控制参数变化对控制性能的影响，结果表明降低自适应控制项的系数大小时，系统的抗干扰能力明显变弱，这验证了自适应控制在抵抗负载扰动上的重要性。
结合上述研究，本文在以Freescale公司DSP56F8357为基础的试验平台上进行了一系列试验，并通过PC Master对电机运行状态进行观测，试验结果证明了自适应模糊滑模控制系统的优越性和实用性。
8.期刊论文沈艳霞.纪志成.SHEN Yan-xia.JI Zhi-cheng基于无源性永磁同步电机模糊滑模控制系统研究-系统仿真学报2007,19(17)结合无源性控制和滑模控制两种非线性控制方法,并引入交流伺服系统,提出永磁同步电机(PMSM)的无源性滑模控制方法.文中分析了PMSM的无源性,并由此推导出矢量控制算法,采用滑模控制方法,设计了滑模速度控制器,从PMSM能量无源性的角度对控制器稳定性进行了证明,控制器参数由Lyapunov函数稳定性理论给出.针对滑模切换函数的高频"抖动"现象,采用模糊控制方法,设计了模糊切换函数,削弱了滑模切换函数的"抖动".Simulink仿真和dSPACE实验结果表明:控制系统能够稳定运行,具有良好的动、静态性能和抗扰动能力.9.学位论文王芙蓉PMSM伺服系统滑模变结构控制研究2006交流永磁同步电机(PMSM)具有气隙磁密高、转矩脉动小、转矩/惯量比大、效率高、结构简单等优点，在要求高控制精度和高可靠性的场合，如航空航天、数控机床、雷达与各种军用武器跟随系统以及机器人等方面获得了广泛的应用，在现代交流电机中也占有举足轻重的地位。
滑模变结构控制的滑动模态可以进行设计，对系统参数变化和负载扰动不敏感，具有鲁棒性好、响应速度快及容易实现等优点。
因此将滑模变结构控制应用于交流永磁同步电机伺服系统的控制中，有望设计出高品质的控制策略。
因而，本文研究滑模变结构控制在永磁同步电机控制中的应用。
本文首先在分析永磁同步电机数学模型的基础上，结合矢量控制技术，推导了PMSM在d-q坐标系上的线性解耦状态方程。
采用转子位置定向的矢量控制方案，在Matlab/Simulink环境下构建了PMSM伺服系统的仿真模型。
接着通过对滑模变结构控制原理、特性、抖振产生原因及削弱方法的分析，给出了一种用于交流永磁同步电机速度控制的常规滑模控制器。
对其进行仿真，通过仿真曲线分析了该控制器的控制效果以及控制器参数对系统性能的影响。
然后在常规滑模控制器的基础上提出了一种改进的滑模控制器：基于分段积分型切换增益的滑模速度控制器。