永磁同步电动机无位置传感器的滑模观测器设计

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一种永磁同步电机新型高阶滑模观测器设计

阶滑
％
使用改进的积分滑模定子电流
估算永磁同步电机的反电动势，从而分析得出转子位置
和转速估算值％在指数趋近律的
，等速项用连续光滑的开
代替不连续的符号，指项引入随系统
的变化而调整的增益项。通过仿真实验，验证了该滑
对改善转子位置和速度估算精度有的提升效果，
增强了系统的性，抑制了现象。
关键词：永磁同步电机；高阶滑模；
函数作为开关函数，使切换项系数变小，通过减小
切换函数幅值，来削弱了系统的抖振现象％
稳定性证明 2.2
式( 对时间导得 8)
求：
E m Rsm 1
1;
( 21 )
结合式(8) ~式(10)，得观测器的输出为
・96・
二- "s - "eq + "sw
Rs is +
定义Lyapunov i Y = 1-is
磁
；(3 )电机的三相电流为正弦波电流％
PMSM在—两相静止坐标系下数学模型为
■% =R/” +L- +E”
+ + d.
Up = r/c L- dt Ep
(1)
式中，(#，up，n，n分别电机的电压和电流，R-， L-分别是电机定子电阻和电感，E#，Ep为电机的反
电动势％ (1)得电流状态方程为
在实际工作环境下电机的电阻值和电感值在电
(9)
大于式中，s - (s s』T, X1, x, x3都零。由于滑
模观测器中引入了状态变量的积分项，缩小了实际
值抑制与了观系测统值抖的振时间求导得 (9)
：
s ( r1 ) =0
(⑴
n

基于滑模观测器的无位置传感器永磁同步电机研究资料

切换函数s为：
s cx1 x2
c>0
直线s=0是切换线，在这个切换线上，u是不连续的。
设t=0时，状态x在s>0一侧，在u=u+作用下，在某个时限后到达s=0，并进入s<0一侧，u=u-，又往s=0控制。……
当系统在滑模状态时，s 0, s 0
滑模观测器在无位置观测器系统中的应用
PMSM在坐标系下的数学模型
u R 1 i e i L L L u R 1 i i e L L L

e 0e sin e e 0e cos e
假设 e 0 即转速变化很慢时，电机的反电动势模型：

e e
2. 国内外研究现状
电力电子器件的发展为电机调速奠定了物质基础。高速数字信号处理器 (DsP)的高速处理能力使无位置传感器电机控制技术的复杂算法得到实现，近10年来，各国学者致力于无位置传感器控制系统的研究，并且提出了几种切实可行的方法，目前，适用于永磁同步电机位置估算的主要策略有：（1）利用定子端电压和电流直接计算ω和θ （2）基于观测器基础上的估算（3）模型参考自适应（4）人工智能理论基础上的估算
基于滑模观测器的无位置传感器永磁同步电机研究
黎永华 08.12.16
1. 研究意义
永磁同步电机调速系统是以永磁同步电机为控制对象，采用变压变频技术对电机进行调速的控制系统。因其具有能耗低、可靠性高、控制精确等优点，在许多领域得到广泛的应用。PMSM控制系统稳定运行是建立在闭环控制基础之上的，如何获取转子位置和速度信号是整个系统中相当重要的一个环节。当前，在大多数调速驱动系统中，最常用的方法是在转子轴上安装位置传感器,不过传感器增加了系统的成本，降低了系统的可靠性和耐用性。因此，无位置传感器的控制系统有着广泛的应用前景。它通过测量电动机的电流、电压等可测量的物理量，通过特定的观测器策略估算转子位置，提取永磁转子的位置和速度信息，完成闭环控制。主要优点： 1、减少成本 2、减小电机体积 3、提高系统可靠性 4、减少系统维护量

电机无位置、无速度传感器的设计剖析

J I A N G S U U N I V E R S I T Y现代交流电动机的智能控制--电机无位置、无速度传感器的设计班级：电气姓名：学号:完成日期： 2015年1月3日电机无位置、无速度传感器的设计【摘要】近年来，随着现代电力电子技术以及现代控制理论的飞速发展，促进了永磁同步电机无位置传感器控制技术的不断进步。

无位置传感器永磁同步电机调速系统不仅具有结构简单、易维护、运行效率高、调速性能好等优点，还具有体积小、成本低、可靠性高以及能应用于一些特殊场合的特点。

本文以正弦波驱动的永磁同步电动机为研究对象，采用滑模观测器的方法，研究并实现了永磁同步电机驱动控制系统的无位置传感器技术。

【关键词】永磁同步电机，无位置传感器，矢量控制一、永磁同步电机数学模型永磁同步电机(PMSM)的定子结构与普通感应电动机的定子一样，均为三相对称绕组结构，转子的磁路结构是它区别于其它类型电机的主要因素。

为了更好的分析和控制，需要建立简便可行的永磁同步电机数学模型。

永磁同步电动机是一个多输入、强耦合、非线性系统，因此其电磁关系十分复杂。

为了简化分析，作出如下假设：(1)忽略磁路饱和、涡流和磁滞损耗；(2)转子上没有阻尼绕组，永磁体没有阻尼作用；(3)电机的反电势正弦，定子电流在气隙中只产生正弦分布磁势，忽略磁场高次谐波。

图1为表装式永磁同步电机的结构图，为了简化，这里转子设为一对磁极结构。

从图1中可知，永磁同步电机的定子绕组结构与感应电机相同，三个电枢绕组空间分布，轴线互差 120°电角度。

这里以 A 相绕组轴线作为定子静止参考轴，定义转子永磁极产生的磁场方向为直轴(d轴)，则沿着旋转方向超前直轴90°电角度的位置为交轴(q轴)，并且以转子直轴相对于定子 A相绕组轴线作为转子位置角θ。

⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡cbacbacbacbaiiiRRRuuuϕϕϕ三相定子电流主要作用是产生一个旋转的磁场，从这个角度来说，可以用两相系统来等效，这里就引入了旋转两相dq 坐标,于是得到PMSM 在dq 轴系的电压方程：⎩⎨⎧-+=-+=de q q q q e d d d p Ri u p Ri u ψωψψωψ 最终得到PMSM 的运动方程为：L r e r T B T dtd J --=ωω 二、永磁同步电机矢量控制原理矢量控制的基本思想是在磁场定向坐标下，将电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量，并使两分量互相垂直、彼此独立，然后分别进行调节。

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制【摘要】本文针对永磁同步电机无传感器控制问题展开研究，通过引入滑模观测器原理，提出一种新的控制方法。

文章首先介绍了永磁同步电机的基本原理，然后概述了传感器控制方法，并详细解释了滑模观测器的工作原理。

接着，提出了基于滑模观测器的永磁同步电机控制方法，并通过实验结果进行分析。

结论部分探讨了这种控制方法的优势，同时提出了未来研究方向。

通过本研究，可以为无传感器控制的永磁同步电机提供新的解决方案，具有一定的实际应用价值。

【关键词】永磁同步电机、无传感器控制、滑模观测器、控制方法、实验结果、优势、未来研究方向1. 引言1.1 研究背景在控制系统领域，永磁同步电机因其高效率、高功率密度和低惯量等优点，被广泛应用于各种工业领域。

传统的永磁同步电机控制方法需要准确测量电机转子位置和速度，以实现精准的控制。

传统的传感器控制方法存在成本高、可靠性差、体积大等缺点，尤其在一些特殊环境下难以应用。

开展基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制研究具有重要的理论和应用意义。

通过深入研究和分析，可以为永磁同步电机的控制与应用提供新的思路和方法，推动永磁同步电机技术的进一步发展和应用。

1.2 研究意义永磁同步电机是一种性能优越的电机，在各种领域广泛应用。

传统的永磁同步电机控制方法需要使用传感器来获取电机的转子位置信息，这不仅增加了系统构建的复杂度，还增加了系统成本。

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制方法备受研究关注。

研究意义主要体现在以下几个方面：采用无传感器控制方法可以减少系统构建的复杂度，降低系统成本。

基于滑模观测器的控制方法具有较好的鲁棒性，对参数变化和外部干扰具有一定的容忍性。

通过无传感器控制方法，可以提高系统的可靠性和稳定性，减少系统的维护成本。

最重要的是，这种控制方法能够提高永磁同步电机的性能表现，提高其控制精度和效率，从而更好地满足现代工业对电机控制精度和效率的要求。

基于优化的滑模观测器永磁同步电机无位置传感器控制研究

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒａｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｓｐｉｎｄｌｅｍｏｔｏｒｏｆ７．５ｋＷ，５ｐａｉｒｓｏｆｐｏｌｅ，ｉｎｓｔｅａｄｏｆ
ａｎｕｌｇａｒｐｏｓｉｔｉｏｎｄａｔａ．ＴｈｒｏｕｇｈａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｗｉｔｈＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｈｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｃｈｅｍｅｃａｎｅｓｔｉｍａｔｅａｎｕｌｇａｒｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｓｐｅｅｄｏｆｒｏｔｏｒｅｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄｃａｎｏｂｔａｉｎｍｏｒｅｐｒｅｃｉｓｅａｎｇｕｌａｒｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｓｐｅｅｄｄａｔａｗｉｔｈｔｈｅｃｏｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓｃｈｅｍｅｂｅｅｎｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｍａｒｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ；ｓｅｎｓｏｒ］ｅｓｓ；ｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｏｂｓｅｒｖｅｒ

永磁同步电机新型滑模观测器无传感器矢量控制调速系统

永磁同步电机新型滑模观测器无传感器矢量控制调速系统一、本文概述随着现代电力电子技术和控制理论的不断发展，永磁同步电机（PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的控制性能在诸多领域，如电动汽车、风力发电、工业自动化等，得到了广泛应用。

然而，传统的PMSM控制系统通常依赖于位置传感器来获取电机的转速和位置信息，这不仅增加了系统的复杂性，还降低了系统的可靠性和稳定性。

因此，研究并开发无传感器矢量控制调速系统对于提高PMSM的性能和适用范围具有重要意义。

本文旨在研究一种新型的滑模观测器无传感器矢量控制调速系统，旨在解决传统PMSM控制系统对位置传感器的依赖问题。

文章将介绍永磁同步电机的基本工作原理和控制策略，为后续研究奠定理论基础。

接着，将详细阐述滑模观测器的设计原理及其在PMSM无传感器控制中的应用，包括滑模观测器的数学模型、稳定性分析和优化方法。

在此基础上，将探讨基于滑模观测器的无传感器矢量控制调速系统的实现方法，包括转速估计、矢量控制和调速策略等。

通过仿真和实验验证所提系统的有效性和优越性，为PMSM无传感器控制技术的发展提供新的思路和解决方案。

本文的研究不仅对于提高PMSM的性能和稳定性具有重要意义，也为其他类型电机的无传感器控制提供了有益的参考和借鉴。

本文的研究成果有望为相关领域的技术创新和应用推广提供理论支持和实践指导。

二、永磁同步电机及其控制系统概述永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种高性能的电动机，其设计基于同步电机的原理，并采用永磁体作为其磁场源，从而省去了传统电机中的励磁绕组和相应的励磁电流。

由于其高功率密度、高效率以及优良的调速性能，PMSM在电动汽车、风电、工业自动化等领域得到了广泛应用。

PMSM的控制系统是实现其高性能运行的关键。

传统的PMSM控制系统通常依赖于高精度的位置传感器（如光电编码器或霍尔传感器）来获取电机的转子位置信息，进而实现准确的矢量控制。

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制永磁同步电机（PMSM）是一种高性能的电动机，其在许多应用中得到了广泛应用。

传统上，控制PMSM往往需要使用位置和速度传感器来获取反馈信息。

传感器的使用不仅会增加成本，而且还会引入干扰和故障的可能性。

无传感器控制方法成为一种备受关注的研究方向。

滑模观测器是一种常用的无传感器控制方法，它通过对系统状态的滑模观测来实现位置和速度的估计。

在PMSM控制中，滑模观测器可以通过测量电流和电压来估计电机的位置和速度。

具体而言，滑模观测器基于电机的动态模型和系统输入输出方程，通过引入一个滑模变量来实现状态的估计。

1. 降低成本：无传感器控制方法不需要额外的传感器装置，从而减少了系统的成本。

2. 提高稳定性：滑模观测器可以通过对系统状态的估计来增强系统的稳定性。

它可以实时地调整控制参数，以便在不同负载和工况条件下保持良好的控制性能。

3. 减少故障率：传感器往往是系统中容易损坏的部件之一。

通过使用无传感器控制方法，可以减少传感器的使用，从而减少了系统故障的可能性。

基于滑模观测器的无传感器控制方法也存在一些挑战和限制：1. 精度限制：滑模观测器的性能取决于系统的参数和模型精度。

如果参数或模型偏差较大，滑模观测器可能无法准确地估计系统状态。

2. 稳定性分析：滑模观测器的稳定性分析比较复杂，需要进行详细的数学推导和分析。

这增加了系统设计的难度。

3. 难以设计：滑模观测器的设计通常需要考虑多个参数和约束。

这增加了系统设计的复杂性。

基于滑模观测器的无传感器控制方法为PMSM的控制提供了一种低成本、高稳定性的解决方案。

尽管存在一些挑战和限制，但通过合理的设计和调整，这种方法可以在许多实际应用中得到有效应用。

未来的研究可以进一步探索滑模观测器的改进和优化，以提高系统的性能和稳定性。

一种PMSM无位置传感器FOC控制的滑模观测器设计

尤其适用于电器产品。此外，其定子磁场是由正弦分布的绕组产生的，与感应电机相比，ＰＭＳＭ在其尺寸上具有无可比拟的优势。由于使用了无刷技术这种电机的电噪音也比直流电机小。作为无位置传感器ＦＯＣ控制算法的核心，
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
技术
一
种ＰＭＳＭ无位置传感器ＦＯＣ控制的滑模观测器设计
杨宇澄徐庆
（合肥荣事达三洋电器股份有限责任公司安徽合肥
２５００８８）
摘要：永磁同步电机无传感器控制技术不但能够降低系统成本，而且能够增加系统的可靠性。为实现永磁同步电机无位置传感器运行，提出
ＹａｎｇＹｕｃｈｅｎｇＸＵＱｉｎｇ
（ＨｅｆｅｉｇｏｎｇｓｈｉｄａＳａｎｙｏＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏ．Ｌｉｄ．，２３０ｏ８８）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｎｓｏｒ１ｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｏｆＰＭＳＭｈａｓｂｅｅｎａｈｏｔｒｅｓｅａｒｃｈｔｏｐｉｃｏｆｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｈｉｃｈｈａｓｔｈｅ
比较大，不太适用于对成本敏感的实时控制系统
等。各大家电制造商均在研究和优化变频控制方案，而合肥三洋作为国内最早推出变频洗衣机的
企业，对变频电机在洗衣机上的应用有着深入的

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ｍｏｌｏｏｔｏｙｔｍｓｆｕｄｅｄｅｆｃｎｒｌｓｓｅｗａｏｎｄ．Ｂａｅｎｔｅｔｅｒｆｓｉｉｇｍｏｅｏｓｒｅｔｌｄｎｄｂｅｒｅｓｄｅｉｎｅｓｄｏｈｈｏｙｏｌｄｎｄｂｅｖｒ，ｈｅｓｉｉｇｍｏｅｏｓｖｒｗａｓｇｄ．Ｅｌｃｒｍｏｉｅｆｒｅｗａｂｓｒｅｔｃｉｖｈｒａｅｔｏｔｖｏｃｓｏｅｖｄｏａｈｅｅｔｅｅｌ— ｔｍｅｓｉｔｏｆｔｅｐｏｉｉｎｎｐｅｆＰＭＳＭ．Ａｔｌｓ，ｔｉｅｔｍａｉｎｏｈｓｔｏａｄｓｅｄｏａｔｈｅｍａｈｔｅｍａｉｓｍｏｅｓｓｍｕａｅｓｎａｌｂｉｌｎｋａｄｔｆｅｔｏａｉｔｏｆｔｒｅｃｎｔｎｓｓｕｄｅｔｃｄｌｗａｉｌｔｄｕｉｇＭｔａ／Ｓｍｕｉｎｈｅｅｆｃｆｖｒａｉｎｏｏｑｕｏｓａｔｗａｔｉｄ．Ｓｍｕａｉｌ— ｔｏｅｕｔｈｗｅｈａｈｏｓｄｓｒｔｇｓｆａｉｌｎｄｈｄｓｒｎｅｏｓｎｓｅｆｒａｃ．ｉｎｒｓｌｓｓｏｄｔｔｔｅｐｒｐｏｅｔａｅｙｗａｅｓｂｅａａｔｏｇｒｒｂｕｔｅｓｐｒｏｍｎｅ
２ｕｓａｎｖｒｉＦｏｈｎ５８０Ｃｉａ）．ＦｏｈｎＵｉｅｓｙ，ｕｓａ２００。ｈｎｔ
ＡｂｔａｔＡｓｉｉｇｍｏｅｏｓｒｅＳｓｒｃ：ｌｎｄｂｅｖｒ（ＭＯ）ｆｒｅｔｔｇｔｅｐｓｔｎａｄｓｅｄｏｅｍａｅｔｍａｎｔｓｎｈｏｏｓｄｏｓｉｉｈｏｉｏｎｐｅｆａｐｒｎｎｇｅｙｃｒｎｕｍａｎｉｍｏｏＰＭＳｔｒ（Ｍ）ｔｃｉｖｅｓｒｓｒｅｓｓｅｗａｒｓｎｅｎｔｉｐｐｒＢｒｎｆｒｉｇｃｏｄｎｔｔｅｍａｈｍａｉｓｏａｈｅｅｓｎｏｌｓｄｉｙｔｍｓｐｅｅｔｄｉｈｓａｅ．ｙｔｓｒｎｏｒｉａｅ，ｈｔｅｔｅｖａｅｃ
子位置和转速实时估算，并进行了仿真，同时对电机负载转矩的扰动影响进行了实验研究。仿真和实验结果表明，
所提出的控制方法是可行的，具有较强的鲁棒性。且
关键词：滑模观测器；永磁同步电动机；无位置传感器控制
朱自，芳李先祥皮佑国，
（．１华南理工大学，广东，州５０４２佛山科学技术学院，１６０；．广东佛山５８０）２００摘要：出了一种基于滑模观测器的永磁同步电动机无位置传感器的控制方法。采用坐标变换，提建立永磁同
步电动机的数学模型，据滑模观测器理论，计了滑模观测器，测出电机反电动势，现对永磁同步电动机的转依设观实
中图分类号：Ｍ３１Ｔ４文献标识码：Ａ文章编号：０４— ０８２０）３— ０９— ４１０７１（０８００２０
ＴｈｓｇｆａＳｉｎｇＭｏｅＯｂｓｒｅｏｅｏｒｅｓＣｏｒｌｏｒａｅａｎｅｎｃｏｏｏｏｅＤｅｉｎｏｌｄｉｄｅｖｒｆｒＳｎｓｌｓｎｔｏｆＰｅｍｎｎｔＭｇｔＳｙｈｒｎｕｓＭｔｒ
ＫｅｒｓｓｏｏｓｍｏｏＰＭ）；ｏｉｏｅｓｒｓｏｔｏｙｗｏｄ：ｌｎｄｂｅｗｒｐｒｍｎｎｇｅｙｃｒｎｕｔｒ（ＭＳｄｐｓｉｎｓｎｏｌｓｃｎｒｌｔｅ
ＺＵＺ一ｇ，Ｉｉｎ— ｉｇ，ＩＹｕ— ｕ。Ｈｉ／，ＬａｘａＰｏｇｏｚＸｎ
（．ｏｔｈｎｎｖｒｉｆＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｇ，ａｇｈｕ５６０，Ｃｉａ１ＳｕｈＣｉａＵｉｅｓｔｏｃｅｃｎｅｈｏｏｙＧｕｎｚｏ４ｙ１０ｈｎ；
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永磁同步电动机无位置传感器的滑模观测器设计
Ｏ引言
永磁同步电动机（以下简称ＰＭ）ＭＳ具有功率密度大、效率高、耗小、于控制等特点，国防、损便在工农业生产和日常生活等方面获得越来越广泛的应用。在ＰＭ转子磁场定向矢量控誊确检测ＭＳ制精、ｊ电。中，ｐ｝．淞