第

24 卷 第 1 期

Vol. 24 No. 1

控

  制   与   决   策

Control a nd Decision

2009 年 1 月

    Jan. 2009

收稿日期

: 2008204213; 修回日期: 2008210208.

基金项目

: 国家自然科学基金项目( 60775047) ; 湖南 省自然科学基金项目( 07JJ6111) .

作者简介

: 张细政( 1978 ) ) , 男, 湖北浠水人, 讲师, 博士生, 从事智 能控制及 其在电 气工程 中应用 的研究; 王耀 南

( 1958) ) , 男, 昆明人, 教授, 博士生导师, 从事智能控制、智能信息处理等研究.

    文章编号: 100120920( 2009) 0120157204

基于滑模观测器的永磁同步电机变结构鲁棒控制

张细政

, 王耀南

( 湖南大学 电气与信息工程学院, 长沙 410082)

摘

  要: 提出一种由一个变结构控制器和 一个滑 模观测 器组成的 控制 系统, 用于 永磁同 步电 机的 无传感 器鲁 棒控

制

. 首先利用 Lyapunov 稳定性原理分析得到观测器的收敛条件及 自适应率, 并证 明了其稳定 性; 然 后以转速 误差为

参量建立滑模面

, 构造出变结构速度控制器, 推导出自适应速度控 制律, 并得到速度 控制的参考 电流和参 考电压. 该

方案的控制性能不依赖于 电机参数和干扰变化

, 具有较强的鲁棒性. 仿真结果验证了该方案的有效性与正确性.

关键词

: 永磁同步电机; 滑模观测 器; 变结构控制; 矢量控制; 鲁棒性

中图分类号

: TP372         文献标识码: A

Robust variable str uctur e control of PMSM based on sliding mode
obser ver

ZH AN G Xi2zheng , WANG Yao2na n

( School of Elect rical and Infor mation Engineer ing, Hu. nan University, Changsha 410082, China. Cor respondent :
ZH ANG Xi2zheng, E2mail: z_x_z2000@ 163. com)

Abstra ct: A robust contr ol scheme, composed of a variable str ucture controller and a sliding2mode observer , is
presented for per manent magnet synchr onous motor ( PMSM ) dr ive in this pa per. T he convergence condition and
contr olling rule of the obser ver ar e obtained by utilizing Lyapunov theory. By using the speed err or as t he sliding
surface, the contr oller. s adapt ive law is deduced and the required volt ages and curr ents are then solved. The scheme is

insensitive and r obust to the parameter s. variat ion and uncertaint ies. Simulation results show the effectiveness and
correctness of the pr oposed scheme.
Key wor ds: P MSM; Sliding mode observer ; Var iable structure control; Vector control; Robust ness

1

 

引

    言

    在采用永磁同步电机( P MSM) 的高性能伺服驱

动和控制场合

, 为保证电机稳定运行并达到期望的

控制性能

, 需要获得可靠的永磁转子位置信息. 采用

无传感器的

PMSM 系统由于具有免安装、低价格和

高可靠性而得到了广泛的研究与应用

[ 1]

. P MSM 无

传感器调速控制系统利用电机 绕组中的有关 电信

号

, 通过计算估计出转子的位置和速度. 目前已提出

的主要策略有

: 1) 基于数学模型的开环估计; 2) 基

于检测感应电动势来估计转速和位置

; 3) 模型参考

自适应 方 法

; 4) 引 入 状态 观 测 器的 现 代 控 制 方

法

[ 225]

. 近年来, 滑模变结构方法因其所具有的优良

特性而受到越来越多的重视

. 该方法通过自行设计

所需的滑模面和等效控制律

, 能快速响应输入的变

换

, 而对参数变换和扰动不敏 感, 具有 很好的鲁棒

性

, 且物理制作简单. 但大多数采用滑模变结构方法

的控制系统没采用联合滑模观测和滑模控制的思想

进行鲁棒方案的设计

[ 628]

.

本文在两轴坐标系下对永磁同步电机的速度参

量建立滑模面

, 并根据 Lyapunov 稳定 性条件设计

到达律

, 构造一种变结构速度控制器以取代传统的

P I 速度控制器, 使得系统具有强鲁棒性和快速动态
响应

. 同时, 对转子速度构造鲁棒性更强的滑模观测

器以取代传统的速度观测器

, 该方法能克服电机参

数摄动和负载扰动对系统性能的影响

. 系统仿真结

果验证了该控制方案设计的正确性

.

2   滑模观测器

2. 1   永磁同步电机模型