基于滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制的研究

简要论述滑模观测器的理论基础,根据PMSM的数学模型,建立基于滑模观测器的PMSM无传感器控制的系统模型。根据滑模观测器原理,通过电机的定子电压和相电流估算出电机的转角和转速。利用MATU姬工具建立无位置传感器的永磁同步电动机调速系统的仿真平台,仿真实验检验滑模观测器法的有效性。在采用DSP2812的伺服控制平台上,验证滑模观测器法的正确性和可行性。实验结果表明滑模观测器法具有良好的动静态性能。     

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器技术研究

永磁同步电动机（PMSM）具有体积小、效率高、可靠性高以及对环境适应性强等诸多优点,在各种高性能驱动系统中得到了广泛应用。永磁同步电动机无传感器控制技术不但能够降低系统成本,而且能够增加系统可靠性,是当前电机控制技术领域的研究热点之一。本文给出了一种基于滑模观测器的永磁同步电动机无传感器方法,通过观测器获取磁极位置和转速信息,并进行了矢量控制的仿真和实验研究,仿真和实验结果验证了无传感器算法的性能。     

滑模变控制在CNC精密成型磨削设备上的DSP实现

本文阐述了一种应用在CNC精密成型磨削设备上的新型控制系统,采用基于DSP芯片的永磁同步电机(PMSM)构成其伺服系统.在PMSM矢量控制中,需要利用转子位置信息实现转子磁场高性能的定向控制.本文设计了一个基于滑模观测器的无传感器矢量控制系统,以估算电机转子位置.并介绍了利用DSP实现的软件和硬件设计.仿真结果表明,由该滑模观测器构成的控制系统具有良好的动态性能和稳态品质.     

基于ESO的无速度传感器PMSM系统自适应滑模FCS-MPC

为了提高三相永磁同步电机(PMSM)控制系统的性能,基于反双曲正弦函数的扩张状态观测器(ESO)技术,提出一种新颖的无速度传感器自适应滑模有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略,采用ESO技术构造PMSM系统转速和反电动势的观测器,实现对电机转速和反电动势快速准确估计.用带有负载ESO的自适应滑模控制作为系统的转速调节器,以提高系统的鲁棒性;利用基于快速矢量选择的FCS-MPC策略,达到减少转矩脉动、降低系统算法计算量的目的.仿真结果表明,基于ESO的无速度传感器自适应滑模FCS-MPC策略能够使PMSM系统可靠稳定运行,达到满意的转矩和转速控制效果.与基于积分型滑模面的自适应滑模FCS-MPC策略相比,所提出的控制策略能使系统具有良好的动态性能和抗负载干扰能力.     

基于滑模模型参考自适应观测器的无速度传感器三相永磁同步电机模型预测转矩控制

针对三相永磁同步电机(PMSM)驱动系统,基于滑模变结构模型参考自适应(MRAS)技术,提出了一种新颖的无速度传感器模型预测转矩控制(MPTC)策略.采用滑模变结构模型参考自适应方法构造电机转速观测器,以改善速度估计精度并提高系统鲁棒性;利用模型预测转矩控制策略,以达到减小转矩和磁链纹波并提高系统控制性能的目的.仿真结果表明:就滑模MRAS观测器与MRAS观测器比较而言,基于前者的PMSM无速度传感器MPTC系统比基于后者的PMSM无速度传感器MPTC系统具有较强的鲁棒性和更好的动态性能;就MPTC与直接转矩控制(DTC)和磁场定向控制(FOC)比较而言,采用前者策略的无速度传感器电机驱动系统能够降低逆变器开关频率、减少相电流总谐波失真(THD),从而提高系统可靠性.     

智能观测器在伺服系统控制中的应用

研究优化伺服控制系统策略,永磁同步电动机( PMSM)的伺服系统优化,可改善电动机系统的稳定性和响应特性.通过提高伺服系统定位精度和抗干扰能力,有效保证机器运行效率.针对传统有速度传感器矢量控制增加了系统复杂度和成本的问题,为优化伺服系统控制结构,提出了一种采用神经网络观测器的伺服系统无速度传感器矢量控制策略.系统中不需要安装传感器来检测PMSM转子位置/速度信号,而是利用神经网络观测器从电机反电动势信号中估算转子位置/速度,从而优化了系统整体结构,减小了系统复杂度.通过对PMSM的伺服系统无速度传感器矢量控制系统的建模与仿真测试,结果表明,所设计的神经网络观测器能够准确估算转子位置/速度,控制系统能够精确跟踪给定转速指令,改进了伺服系统优化控制问题,为实际应用提供了参考.     

基于无传感器的PMSM电流控制策略的研究

提出一种新型的滑模观测器,并分别研究在4种不同的电流控制策略下,基于该新型滑模观测器的PMSM伺服系统的控制问题。该新型滑模观测器引进了Sigmoid函数作为控制函数用来抑制抖振,并根据PMSM的反电动势模型构建了反电势观测器来提取所需的连续信号,因此取消了传统的一阶低通滤波器和相角补偿环节。为了对电机的转子位置和转速进行更加精确的估算,引入了转子位置锁相环结构。在Matlab/Simulink平台基础上建立了4种不同的电流控制策略,基于新型滑模观测器PMSM无位置传感器三闭环控制系统仿真模型,分别对反电动势估算、速度估算、位置估算和突加负载扰动进行了仿真分析。仿真结果表明,该新型滑模观测器在4种不同的电流控制策略下,对电机转子位置和转速的估算、电磁转矩以及定子三相电流有着不同的影响,验证了该新型滑模观测器算法的可行性。     

永磁同步电动机无速度传感器矢量调速系统的积分反步控制

基于永磁同步电动机(PMSM)的数学模型, 设计了由积分反步控制和滑模变结构模型参考自适应系统组成的无速度传感器矢量控制系统. 其中带有积分作用的反步控制作为矢量系统的速度和电流控制器, 实现给定速度和电流的无静差跟踪; 而滑模变结构模型参考自适应方法作为速度辨识器估计电机速度, 能够快速准确的跟踪实际速度. 通过Lyapunov定理证明了所设计的速度控制器和辨识器的稳定性. 仿真结果验证了所设计的无速度传感器矢量调速系统良好的速度跟踪性能和抗扰动性能.     

基于LPV观测器的永磁同步电机反推控制

针对永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)无速度传感器转速跟踪控制精度问题,提出了一种基于线性变参数(Lineeo Parameteo Varying,LPV)转速观测器的永磁同步电机反推控制方法。该方法首先根据PMSM的LPV模型,推导出电机的凸胞形顶点方程;然后利用Lyapunov稳定性理论,获得了基于线性矩阵不等式(Lineeo Matrix Inequality,LMI)的观测器设计方法,构造了PMSM的LPV观测器,实现对电机转速及定子交轴电流的重构;最后运用反推控制策略,设计电机闭环系统控制器,实现对电机转速的高精度跟踪控制。仿真结果表明,该方法相较与传统PI矢量控制,跟踪精度高、响应快、抗负载扰动强,对实现PMSM的无速度传感器高精度转速跟踪控制具有重要意义。     

永磁同步电动机无传感器二阶滑模观测器仿真研究

针对永磁同步电动机无传感器控制采用传统滑模观测器引起的"抖振"现象,提出了一种基于二阶滑模控制方法的滑模观测器,并将其用于估算永磁同步电动机的转子位置和速度;采用Matlab/Simulink软件,分别在理想情况及存在参数摄动情况下,对永磁同步电动机采用传统滑模观测器和二阶滑模观测器控制时的转子位置和速度进行估算,结果表明该二阶滑模观测器在没有低通滤波器的情况下即可得到平滑的电动机速度和位置估算曲线,估算误差较传统滑模观测器小,且具有更高的观测精度和更好的鲁棒性。     

A New Full‐Order Sliding Mode Observer Based Rotor Speed and Stator Resistance Estimation for Sensorless Vector Controlled Pmsm Drives

Sensorless control of a permanent magnetsynchronous motor (PMSM) at low speed remains a challenging task. In this paper, a sensorless vector control of PMSM using a new structure of a sliding mode observer (SMO) is proposed. To remove the mechanical sensors, a full‐order (FO‐SMO) is built to estimate the rotor position and speed of PMSM drives. The FO‐SMO, which replaces a sign function by a sigmoid function, can reduce the chattering phenomenon. In order to overcome time delay, we cancel the low pass filter. This sensorless speed control shows great sensitivity to stator resistance and system noise. To improve the robustness of sensorless vector control, a full‐order SMO technique has been used for stator resistance estimation. A novel stator resistance estimator is incorporated into the sensorless drive to compensate for the effects of stator resistance variation. The validity of the proposed FO‐SMO with a 1.1 kw low‐speed PMSM sensorless vector control is demonstrated by experiments. In this paper, experimental results for FO‐SMO, back‐EMF SMO and MRAS techniques were obtained with fixed point DSP‐based (TMS320F240).     

无速度传感器PMSM混沌运动的非奇异快速终端滑模控制

针对永磁同步电机调速系统中速度传感器存在安装缺陷及在某些特定的参数下电机会呈现混沌特性,提出了无速度传感器永磁同步电机滑模控制混沌抑制方法．在无速度传感器运行的永磁同步电机矢量控制调速系统基本框架下,采用非奇异快速终端滑模控制方法来抑制电机的混沌运动．首先在永磁同步电机的混沌模型基础上通过仿真验证了混沌现象的存在;然后利用扩张状态观测器（ESO）估计转速,构成无速度传感器永磁同步电机矢量控制系统;在此基础上设计了非奇异快速终端滑模控制器,当电机在某些参数条件下呈现混沌现象,即刻通过控制器的切入来抑制永磁同步电机的混沌运动．最后通过仿真验证该方法的有效性,保证电机运行稳定和可靠.     

基于EKF的PMSM无传感器控制系统研究

文章分析了永磁同步电动机(PMSM)在d-q坐标系下的数学模型及其矢量控制原理,提出了一种将扩展卡尔曼滤波(EKF)原理应用于PMSM无传感器控制系统的方法,即在α-β和d-q坐标系下对PMSM的非线性方程进行线性化处理,利用EKF算法对PMSM的转子位置和转速进行实时在线估计,以满足实时控制要求。Matlab/Simulink仿真及dSPACE硬件平台实验结果表明,基于EKF的PMSM无传感器控制系统运行稳定,超调小,动、静态性能良好。     

基于RBF神经网络-滑模观测器的PMSM无传感器矢量控制

为了解决传统滑模观测器方法应用在永磁同步电机无传感器矢量控制时所产生的抖振问题,使用RBF神经网络动态调节观测器的切换增益,即使其输入为传统滑模估计方案中的电流估计误差,输出为滑模增益;同时为了简化系统结构、提高方案可行性,将RBF神经网络设计为单输入单输出的结构,并将网络的学习和工作过程融合,使其在自身网络参数的不断优化中实时输出滑模增益,以增强系统鲁棒性。最后通过Matlab/Simulink软件对该系统进行建模仿真,并将该方法与传统滑模观测器方法进行对比。实验结果表明,该方案能够为矢量控制提供更加准确的转子位置及速度信息,提高了整个电机控制系统的稳定性。     

基于SIMULINK的永磁同步电机无速度传感器直接转矩控制的仿真建模

永磁同步电机（PMSM）以其高效率、高功率因数、小体积以及节省电能等优点,在许多领域得到了广泛的应用。主要分析了永磁同步电动机的直接转矩控制系统,采用了基于电机转子磁链矢量角的速度估算方法对无速度传感器控制系统的速度进行估计。利用MATLAB中的Simulink仿真工具箱设计并实现了控制系统的仿真,并对仿真结果进行了分析。仿真结果验证了文中采用的转速观测算法的正确性和可行性。     

Backstepping Control of Speed Sensorless Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Slide Model Observer

This paper presents a backstepping control method for speed sensorless permanent magnet synchronous motor based on slide model observer. First, a comprehensive dynamical model of the permanent magnet synchronous motor(PMSM) in d-q frame and its space-state equation are established. The slide model control method is used to estimate the electromotive force of PMSM under static frame, while the position of rotor and its actual speed are estimated by using phase loop lock(PLL) method. Next,using Lyapunov stability theorem, the asymptotical stability condition of the slide model observer is presented. Furthermore, based on the backstepping control theory, the PMSM rotor speed and current tracking backstepping controllers are designed, because such controllers display excellent speed tracking and anti-disturbance performance. Finally, Matlab simulation results show that the slide model observer can not only estimate the rotor position and speed of the PMSM accurately, but also ensure the asymptotical stability of the system and effective adjustment of rotor speed and current.     

基于滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

本文提出了一种基于滑模变结构控制原理的无位置传感器控制方法。通过分析永磁同步电机的模型,应用滑模变结构控制原理,提出了一种针对永磁同步电机的无位置传感器控制策略。它利用电机中容易测得的定子电流、直流母线电压,通过滑模变结构控制原理来估算转子位置。利用Matlab／Simulink对系统进行了仿真,仿真结果表明,转子位置估算结果基本与实际位置一致。     

A sliding-mode observer for high-performance sensorless control of PMSM with initial rotor position detection

This paper proposes a new method to detect the initial rotor position at standstill of permanent magnet synchronous motor (PMSM). To estimate rotor position and rotor speed from the back electromotive force (EMF) voltage, we apply sensorless speed control based on sliding-mode observer (SMO). The initial rotor position is detected by using a suitable high-frequency sequence of voltage pulses intermittently applied to the stator windings at standstill. With this approach, we managed to minimise the error on the estimated position to 3.75° electrical degrees without additional materials and uncomplicated calculations. The stability of the proposed SMO was verified using the Lyapunov method. Numerical simulations and experiments demonstrate that the novel SMO method can effectively estimate rotor position and speed with achievement of good static and dynamic performance. The experimental implementation is carried out on powerful dSpace DS1103 controller board based on the digital signal processor (DSP) TMS320F240.