基于无传感器矢量控制的PMSM在AGV中的应用

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基于高频注入法的pmsm无位置传感器控制

摘要永磁同步电机(PMSM)因其体积小、效率高、能量密度高等特点，已经在工业生产、日常生活、新能源汽车等领域中得到了广泛的应用。

常用的永磁同步电机控制策略都需要实时获知转子的位置，目前一般是通过角度传感器来获得转子位置，但与此同时，带有角度传感器的控制系统往往需要控制系统提供额外的接口电路，而且需要考虑传感器的稳定性和成本等问题，一些工作情况比较恶劣的情况下甚至不允许系统加装传感器。

鉴于这些原因，无位置传感器的PMSM控制成为当前需要解决的一个问题。

本文针对这一问题，研究了基于高频信号注入法的PMSM无位置传感器的控制策略。

本文首先分析了PMSM的基本结构以及数学模型，然后介绍了空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)的理论。

在SVPWM的基础上，介绍了PMSM的矢量控制，即通过坐标变换解耦，把控制系统的励磁分量和转矩分量单独控制。

在矢量控制系统的大框架下，介绍了高频信号注入法的基本工作原理，即在电机的基波电压中注入幅值远低于直流总线电压、频率远高于转子电角度频率的正弦信号，然后对高频信号激励下的定子电流进行采样，通过滤波器获得含有转子位置的高频信号，再通过一系列数学运算解算出转子位置。

在这些理论基础上，建立了旋转高频注入法和脉振高频注入法的MATLAB/Simulink模型，仿真结果表明两种高频注入法都能较好的跟踪转子位置。

设计了以MKV46F256VLH16为核心的PMSM无位置传感器控制系统，并在图形化上位机FreeMASTER平台运行了基于脉振高频注入法的实验，得到了详细的实验波形和数据。

论文最后通过仿真和实验结果，得出结论。

关键词：永磁同步电机无位置传感器矢量控制高频注入法AbstractPermanent Magnet Synchronous Motor(PMSM) has been widely used in the field of industrial production, daily life, new energy vehicles and so on due to its small volume, high efficiency, high energy density, etc. In general, common control strategy for PMSM needs real-time rotor position, which is usually obtained by rotor position sensor. Meanwhile, control system with position sensor should offer additional interface electric circuit, and the stability and cost of position sensor should be taken into consideration. In addition, position sensor could not be installed in harsh situation. In consideration of these reasons, sensorless control system for PMSM need to be proposed. This paper aims at this issue and studies strategy of sensorless control on PMSM based on high frequency signal injection.This paper analyzes the basic structure and mathematic model of PMSM, and introduces the theory of Space Vector Pulse Width Modulation(SVPWM). B ased on SVPWM, vector control system of PMSM is introduced, which decouples excitation and torque variable using coordinates transform, so two variables could be controlled alone. Basic principle of high frequency signal injection is introduced based on the frame of vector control. Sinusoidal signal is injected into motor basic voltage, whose amplitude is far below dc bus voltage and frequency is far higher than rotor electrical frequency. After sampling stator current which is generated by high frequency injection, high frequency signal with rotor position information could be obtained by filter. Rotor position could be solved with mathematic operation by high frequency signal. Based on these theoretical analysis, MATLAB/Simulink model of rotating high frequency signal injection and fluctuating high signal frequency injection are built, which have superior performance on rotor position trace. At last, a sensorless PMSM control system experiment platform is designed, which uses the MKV46F256VLH16 chip as the core component, and experiment of high frequency signal injection is operated on graphic upper-computer FreeMASTER, and detailed experimental waveforms and data are obtained.Finally, this paper draw a conclusion based on simulation and experiment.Keywords：PMSM; Sensorless; Vector Control; High Frequency Signal Injection目录摘要 (I)Abstract ................................................................................................................................................... I I 目录. (III)第一章绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2国内外发展现状及分析 (3)1.3本文主要研究内容 (5)第二章PMSM的数学模型与控制 (7)2.1永磁同步电机的基本结构 (7)2.2 PMSM的数学模型 (8)2.3 SVPWM算法的原理与实现 (12)2.4 PMSM的矢量控制 (15)2.5本章小结 (17)第三章高频信号注入法的PMSM无位置传感器控制 (18)3.1 高频激励下的PMSM数学模型 (18)3.2 旋转高频电压注入法的PMSM无传感器控制 (20)3.3 脉振高频电压注入法的PMSM无传感器控制 (23)3.3.1 脉振高频电压注入法的基本原理 (23)3.3.2 基于跟踪观测器的转子位置估计方法 (25)3.3.3 基于PLL转子位置估计方法 (26)3.4 转子极性判断 (28)3.5 本章小结 (30)第四章高频注入法的Simulink仿真 (32)4.1 基于SVPWM的FOC控制算法仿真 (32)4.1.1 SVPWM算法仿真模块 (32)4.1.2 基于SVPWM的FOC控制算法仿真 (35)4.2旋转高频电压注入法系统仿真 (37)4.3脉振高频电压注入法系统仿真 (41)4.4 两种高频注入法的比较 (43)4.5 本章小结 (43)第五章PMSM无传感器矢量控制系统设计 (45)5.1 系统硬件结构 (45)5.1.1 主控制芯片 (46)5.1.2 电源电路 (46)5.1.3 IPM功率电路 (48)5.1.4 信号采集电路 (49)5.1.5 通信电路 (51)5.2 系统软件结构 (51)5.2.1 主程序设计 (52)5.2.2 中断子程序设计 (52)5.2.3 SVPWM程序设计 (53)5.2.4 PID程序设计 (54)5.2.5 脉振高频注入法检测转子位置程序设计 (55)5.3 基于高频注入法的无位置传感器永磁同步电机矢量控制系统试验 (56)5.4本章小结 (60)结论与展望 (61)参考文献 (63)攻读硕士学位期间取得的研究成果 (67)致谢 (68)第一章绪论第一章绪论1.1研究背景能源一向是人类生活、工业生产必不可缺的物质根本。

基于EKF的PMSM无机械传感器矢量控制

ISSN 1000-0054CN 11-2223/N 清华大学学报(自然科学版)J T singh ua Un iv (Sci &Tech ),2009年第49卷第10期2009,V o l.49,N o.10w 3http://qhx bw.chinajo 基于EKF 的PMSM 无机械传感器矢量控制郑泽东1,　李永东1,　M aurice FADEL2(1.清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084,中国;2.法国图卢兹国家理工学院LAPLACE CNRS-UMR 5213实验室,图卢兹31071,法国)收稿日期:2008-07-17作者简介:郑泽东(1980—),男(汉),山东,博士后。

通讯联系人:李永东,教授,E-mail:liyd@tsing 摘　要:为了准确估计永磁同步电机(PM SM )的转子位置和转速,并实现无机械传感器矢量控制,提出了一种基于扩展K alman 滤波器(EK F )的转子位置和转速观测器,适合于求解永磁同步电机的非线性方程。

观测器状态方程采用转子磁链定向的同步旋转坐标系下的电压方程,电感等参数为常数,可以应用于凸极机和隐极机。

对扩展Ka lman 滤波器进行了算法简化,使它可以实用化。

把负载转矩作为状态变量,观测器可以同时观测负载转矩,并把观测转矩用作前馈补偿,提高了系统的动态性能。

通过实验验证了系统的性能。

关键词:永磁同步电机;扩展Kalman 滤波器;无机械传感器矢量控制;负载转矩观测中图分类号:T M 351文献标识码:A文章编号:1000-0054(2009)10-0009-04PMSM mechanical sensor -less vectorcontrol based an extended Kalman filterZH ENG Zedong 1,LI Yongdon g 1,Maurice FADE L 2(1.Department of Electrical Engineering ,T s inghua University ,Beij ing 100084,China ;boratory LAPLACE INPT -ENSEEIHT -CNRS ,Toulouse 31071,France )Abstract :T he rotor pos ition and speed of a permanen t magnet synchronousmotor(PM SM )areestimatedformechanicalsensor-les s vector control by an extend ed Kalman filter (EKF)algorithm s uitable for solving the nonlinear PM SM equation s.T he equations us e rotating coordinates s ynchr on ou s with oriented by the rotor flux w here the parameters su ch as indu ctan ces are cons tants ,so the ob ser ver can be applied to both salient and n on -salien t motors.T heEKFcompu tationissimplifiedforpracticalap plications.W ith th e load torqu e as a s tate variable,th e observer can also ob ser ve th e load torque w hich can be u sed for feed-forw ard compens ation to improve the dynamic performan ce.T he s ystem per formance is verified by experim ental res ults.Key words :permanentmagnetsynchronousmotor;extendedKalman filter;mechanical sensor-less vector control;load torque ob servation由于永磁同步电机(PMSM )具有功率密度高,功率因数高,效率高等优点,因此得到了越来越广泛的应用。

基于PMSM的无传感器控制技术的研究

基于PMSM的无传感器控制技术的研究HU Xia;LI Shu-xian【摘要】使用PMSM无传感器复合操控方式不需要特别昂贵的机械传感器也能使得电机的总体尺寸变小,因而这个论题在学术界一直在不断地讨论中.详尽描述了低速高速以及复合操控方法的基本原理与实施的基本步骤,使用matlab/simulink搭建模型并仿真,分析实验结果可得出该方法在零速低速到高速的范畴内有比较好的跟踪性能.【期刊名称】《佳木斯大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(037)001【总页数】5页(P27-31)【关键词】永磁同步电机;复合控制;无传感器;矢量控制【作者】HU Xia;LI Shu-xian【作者单位】;【正文语种】中文【中图分类】TN-90 引言在矢量控制闭环速度调节系统中，若要落实PMSM的高性能追踪，则电机转子所处的地点和速度的回馈必须有更高的准确度。

目前，最常用的监测方式是安装传感器，来及时发现转子所处的地点并算出电机的转动速度后回馈给整个操作的闭环回路里。

但是这会有一系列的缺点，这将使电机的总体构造更加繁复，机械强度降低，因此需要采用软件的方法替代传统的传感器。

为解决零速低速到高速的范畴内的无传感器问题，采用了复合控制的方法，可以更好的跟踪转子所处地点信息和转动速度，使其与实际值更加靠近，得到更好的操作性能。

1 永磁同步电动机的数学模型了解PMSM的普遍方式是建造d、q 轴数学模型。

他不仅可以解释电机平稳特性，还可以解释电机的暂态特性。

PMSM的d、q轴数学模型对转子所处地点的预测算法的解释与推演起着关键效果。

处于转子参考坐标轴dr-qr 的PMSM位于定子侧的电压方程为：(1)在公式(1)中，vdsr和 vqsr、idsr和 iqsr、ψdsr和ψqsr依次是处于转子侧参考坐标轴下的定子 dr、qr轴电压、电流与磁链；rs是定子电阻；ωr是转子旋转角速度；p 是微分算子。

电机定子磁链方程为：(2)图1 基于脉振高频注入法的PMSM无传感器控制框图上式中， Ld、Lq依次为定子dr、qr 轴电感；ψpm为转子永磁体产生的磁链。

一种基于新型滑模速度控制器MRAS的PMSM无位置传感器矢量控制方法

专利名称：一种基于新型滑模速度控制器MRAS的PMSM无位置传感器矢量控制方法
专利类型：发明专利
发明人：聂建华,周松,王正兵
申请号：CN202111269159.X
申请日：20211029
公开号：CN113972869A
公开日：
20220125
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于新型滑模速度控制器MRAS的PMSM无位置传感器矢量控制方法，从属电机控制技术领域。

首先，建立永磁同步电机(PMSM)基于同步旋转坐标系下的电压数学模型，对电压状态方程重构为定子电流状态方程；其次，构造变换后的电流估计状态方程，进而可以得到电流误差状态方程，然后利用Popov积分不等式进行逆向求解，就可以得到自适应律，得到估计位置后反馈到新型滑模速度控制器和电流控制器然后再作用于可调模型，进而实现电机的无传感器控制。

本发明在高速阶段可以更为准确的估算出电机转子位置和速度信息，有效抑制了控制系统的抖振和超调现象，并使系统稳态和动态性能更加良好。

申请人：安徽工业大学
地址：243002 安徽省马鞍山市花山区湖东路59号
国籍：CN
代理机构：安徽知问律师事务所
代理人：平静
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基于死区补偿的PMSM无传感器矢量控制方法

基于死区补偿的PMSM无传感器矢量控制方法杨立永;翟飞;陈智刚【摘要】针对永磁同步电机控制系统提出了一种基于死区补偿的无速度传感器控制方法.为获得出色的无传感器低速控制性能,对考虑死区因素的电压源型逆变器输出电压进行了数学建模,随后基于建立的数学模型对逆变器的输出电压进行补偿.最后采用算法简单且鲁棒性好的反电动势法估算永磁电机的转子位置和转速,以达到无传感器控制的目的.该方法消除了转子相位畸变现象,扩大了系统运行范围.实验结果证明了这种控制算法的可行性.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2015(045)012【总页数】4页(P8-11)【关键词】永磁同步电机;无传感器;反电动势法;死区补偿【作者】杨立永;翟飞;陈智刚【作者单位】北方工业大学电气与控制工程学院,北京100144;北方工业大学电气与控制工程学院,北京100144;北方工业大学电气与控制工程学院,北京100144【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁同步电机因其结构紧凑、性能可靠而被广泛应用在风力发电、电动汽车、船舶驱动等领域［1］。

在永磁同步电机无速度传感器控制系统中，需要利用定子电压对磁链进行估计，如果直接利用SVPWM 算法中的给定电压作为定子电压，则由于死区的影响，可能导致电机实际转子位置和估计转子位置有所偏差，从而降低了电机低速区的控制性能［2］。

本文介绍的方法是采用反电动势法对转子位置进行跟踪估算，利用检测得到的电压、电流和建立的相关数学模型对电机的给定电压进行死区补偿，使定子电压给定值和实际值相等。

这样估计转子位置就能较好地跟踪实际转子位置。

最后通过基于TMS320F28335 控制板的硬件实验平台对上述理论进行了实际验证。

1 逆变器电压建模及死区补偿1.1 逆变器输出电压的数学模型由于死区的影响使实际输出电压扭曲，而且转速越低死区的影响越严重，从而使估算出的角度出现严重偏差。

经分析可知，实际A 相相对于母线中点n 的电压为式中：Vdc 为电网不控整流后给逆变器的直流母线电压；Vce 为功率器件管压降；Vd 为续流二极管的管压降。

基于电压矢量注入法的PMSM无传感器控制

第２７卷第１２期
２１００年１２月
机
电
工
程
ＶＯ．７Ｎｏ１１２．２Ｄｅ．２０ｃ０ｌ
ＪｕｎｌｆＭｅｈｎｃｌＥｅｔｉａＥｎｉｅｒｇｏｒａｃａｉａ＆ｌｃｒｌｇｎｅｉｏｃｎ
Ｋｙｗｒｓｐｒａｅｔａｎｔｙｃｒｎｕｏｏ（ＭＳ；ｓｎｏｌｓｃｎｒ；ｓｓｍｓｕａｏ；ｅ－ｄｐｉｂｅｖｒｅｏｄ：ｅｍｎｎｍｇｅｓｎｈｏｏｓｔＰＭ）ｅｓｒｓｏｔｌｙｔｉｌｔｎｓｌａａｔｅｏｓｒｅｍｒｅｏｅｍｉｆｖ
（．ｅａｔｎｆＡｕｏｂｌｎｌｃｒｃｔｎｉｅｒ，ＹａｇｈｕＰｌｔｃｎｃＣｌｇ，Ｙｎｚｏ２０１，Ｃｉａ；１ＤｐｒｍｅｔｏｔｍｏｉａｄＥｅｔｉＥｇｎｅｓｅｉｙｎｚｏｏｙｅｈｉｏｌｅａｇｈｕ２５１ｈｎｅ
ｍａｎｅｉａｉｎｃａａｔｒｓｉｓｏｈｔｔｒｃｒａｓｄｂｈｏｏｇｅｓＥｘｅｉｎｔｌｒｓｔｈｗｈｔｉｏｈｓｅｄｎｒｎｓｅｔｓａｅ，ｇｔｚｔｏｈｒｃｅｉｔｃｆｔｅｓａｏｏｅｃｕｅｙｔｅｒｔｒｍａｎｔ．ｐｒｍｅａｅｕｌｓｓｏｔａｎｂｔｔａｙａｄｔａｉｎｔｔｔｅｓｔｍａｃｅｅｅｐｅｅｒｏｍａｅ．ｈｙｓｅｃｎａｈｉｖｘｃｔｄｐｅｆｒｎｃｓ
；ｌ：

基于新型滑模观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制系统

( ) ⎧
⎪
diˆα
= − R iˆα
+ uˆα
sgn −K
iˆα − iα
( ) ⎪ dt
⎨
Ls Ls
Ls
⎪ ⎪
diˆβ
=
−
R
iˆβ
+ uˆβ
sgn −K
iˆβ − iβ
⎩ dt
Ls Ls
Ls
（3）
式中，iˆα 、iˆβ 分别为αβ 两相静止坐标系下定子电流估算值； uˆα 、 uˆβ 分别为αβ 两相静止坐标系下定子电压估算值；sgn( )为开关函数；K 为滑模观测器
Zhang Liwei Li Hang Song Peipei Zhang Peng Yun Lansi （School of Electrical Engineering Beijing Jiaotong University Beijing 100044 China）
Abstract Modern permanent magnet synchronous motor vector control system mostly uses mechanical speed sensor to detect rotor position and speed information. Due to the complicated working environment of the motor, the mechanical speed sensor can not guarantee the stability of the system, so the speed sensor is gradually used for control. Among many speed sensorless control, sliding mode observer is widely used because it is insensitive to parameter changes and has strong robustness. The traditional sliding mode observer control system based on sign signal causes large jitter in the system due to the high frequency switching of the signal. To solve this problem, this paper proposes a new sliding mode observer, whose main structure is to use the segmentation index. The type function replaces the sign signal function. Then the stability condition analysis of the system is carried out by using the Lyapunov stability criterion equation. Finally, the simulation theory and experimental verification of the proposed new sliding mode observer are carried out by Matlab/Simulink simulation platform and motor-to-drag facility. The simulation and experimental results show that the proposed new sliding mode observer has better performance and stability than the traditional sliding mode observer.

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。

PMSM 的自适应滑模观测器无传感器控制

, Hangzhou 310027 , China)
Abstract: A nonlinear adaptive sliding mode speedjposition observer was proposed for sensorless control of permanent
magn巳 t
synchronous motors CPMSM). The sliding surface was defined based on the errors be-
,
(8) (9)
当滑模控制器进入滑模状态后，系统控制输出
(hsgn Ci ß- i ß)) eq = Eß =
产生高频抖动现象.这种抖动实际上是系统未知参
数的一种反映，利用这一特性可以构造出一种新型
的系统参数辨识方法.本文提出了一种基于滑模观
测器的非线性观测器方法，根据观测电流和实测电
1. 1
滑模增益 h 的选择
为考察滑模观测器 (3) 的收敛性，取下列正定
Lyapunov 函数
V=ST IS/2>0. V=ST IS=e;ICAe s -BEs +BK) =A ，十 A 2 •
式中:
(1 0) (11)
流之间的误差构成滑模面对反电势进行观测以得到
转子位置角，应用自适应转速估计算法得到转子转速，基于 Lyapunov 稳定性判据对观测器的收敛性
tween actual and estimated currents. The estimated back electro-motive force CEMF) was observed to calculate the position of the rotor , and the speed of the rotor was obtained by the adaptive velocity estimato r. Convergence of the estimated parameters was analyzed based on the Lyapunov function. The choice of slid ing mode gain was also analyzed. A sensorless vector control system based on the sliding mode observer was implemented. The proposed algorithm is easy to design and implement. Experimental results showed that the proposed method can precisely estimate the speed and position of the rotor , and that the system has good dynamic and static performances. Key words: permanent magnet synchronous motors CPMSM); sliding reference adaptive observer

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－－
{
L1 = （ θ － arctan L2 = （ θ － arctan
H （Ｒ－ W））· H Ｒ－W H （Ｒ + W））· Ｒ+W H
2
2
（ 1）
* s
[ ] [
]
图2
AGV 转向示意图
当时间 Δt 足够小，可以默认在 Δt 时间内两个轮子为匀速运动：
PMSM 的转子位置通过反电动势得到，由于时间较短，所以认为 ω 不变。同时由于使用了滑模观测器函数，使得一些变量产生了高次的干扰波，所以选
避免使用传感器的情况下能够使电机较为精确地工作。
2
系统结构描述
AGV 作为一种无人操控的自动化运输设备，由
1
无传感器矢量控制的介绍
永磁同步电机（ PMSM ）工作时，一般需要编码器发送信号，但是编码器的增加意味着电机的轴向增长，相对应的成本提高，同时也可能出现一些外界对反馈信号的干扰等问题。当 PMSM 工作于一些特殊环境例如低温、振动等时，其编码器容易出现问题，所以在这些环境下需要使用无传感器矢量控制小车， ห้องสมุดไป่ตู้传感器控制成为了解决这种情况的选择之一。从理论上而言，当得到伺服驱动器的输出电压和电流值时，可以通过实时计算得出电机的实时转速，从而在
[]
[
]
（ 4）在常用的滑模观测器中使用的开关函数为 sigmoid 函数，但是由于在过渡阶段时存在不连续点，可能会导致系统出现抖动现象。为了使系统能够更加平稳地过渡，过渡阶段选取了 sin 函数，用以避免不连续点以及导数突变的现象出现。所以，此系统的滑模观测器为： 2π 1 （ is － i* s ）＞ a 2π 2π * ＜（ is － i* G（ is － i* （ 5） s ）＜ s ） = sin（ a（ i s － i s ））－ a a 2π －1 （ is － i* s ）＜－ a 滑模观测器的电流方程为：Ｒs Es k d （ i － i* ） = －（ is － i* － G（ i s － i * s ） + s ） dt s s Ls Ls Ls （ 6）式中： i s 为电流估计值； i 为电流实际值；Ｒ s 与 L s 分别为定子绕组的电阻和电感； E s 为电机工作的反电动势； k 则是滑模观测器增益（常量）。令 i s = i s － i* s ，即 i s 为电流误差值。同时，反电动势 E s 转换到坐标系 αβ 中可以得到公式： Eα － sin θ = ωψ （ 7） cosθ Eβ
Application of PMSM Based on Sensorless Vector Control in AGV
SHU Zhibing，ZHOU Pei，ZHANG Zhiyuan （ College of Automation ＆ Electrical Engineering，Nanjing Tech University，Nanjing Jiangsu 211816 ，China）
图6
AGV 运行过程图 38 （ 8 ）： 15 － 18．［ 2］张兴华．感应电机的无速度传感器逆解耦控制［J］．电 2005 ， 20 （ 9 ）： 55 － 60．工技术学报，［ 3］ STEPHAN Jennifer， BODSON Marc， CHIASSON John．Ｒealtime Estimation of the Parameters and Flux of Induction Motors［ J］． IEEE Trans on Industry Applications， 1994 ， 30 （ 3 ）： 746 － 759．［ 4］曹建荣，虞烈，魏泽国，等．基于逆系统理论的感应电机．电工技术学报， 1999 ， 11 （ 4 ）： 7 －解耦控制的研究［J］ 11．［ 5］刘爱民，郭庆鼎．采用滑模观测器的交流永磁直线伺服．沈阳工业大学学报， 2004 ， 26 电机无传感器控制［J］（ 2 ）： 164 － 167．
Abstract ： For PMSM，the accuracy of the encoder feedback is very important． But in some harsh environments，the accuracy of the encoder feedback has been influenced， so there are no sensors to control the servo motor． By using sensorless control in AGV， AGV will still be able to make work properly and accurately in some harsh environments． By sliding mode observer and filter estimates， PMSM running was estimated to replace the PMSM encoder feedback in normal operation， in order to achieve the PMSM sensorless control． In the case of low speed，the motion control way to PMSM was changed to avoid big velocity fluctuation caused by slot effect and some other factors． The reliability of the program was proved by test． Keywords： AGV； PMSM； Sliding mode observer； Sensorless vector control
{
对提出的控制算法进行仿真，得到电机由初始速度 0 到 1 600 r / min 的速度波形和转矩输出波形，见图 4 —5 。
图4
电机启动的速度波形
图5
电机的输出转矩波形
6
实验结果及总结
图3
滑模观测器的结构图
5
仿真结果
在不考虑低速抖动的理想情况下，通过仿真软件
首先通过驱动器对电机施加一个电压，此时电机的内部虽然有电流，但是电机的速度为 0 ，这是为了对电机进行自整定，转子并不会转动。然后当自整定结束后，由停止状态进行加速然后进行匀速运动，最后停止运行。可以通过示波器监测给定速度（曲线 1 ）、实际速度（曲线 2 ）和 q 轴电流（曲线 3 ）。
图1
AGV 系统的结构
通过公式（ 1 ）转变方程将定子电流当作状态变量，则可以得到方程： di α Ｒ 0 1 0 i dt L · α + L · Uα － Eα di = － iβ Uβ － Eβ 0 Ｒ 0 1 β L L dt
自动导引车（ Automated Guided Vehicle， AGV ），科学解释是装配有激光或电磁等多种导引装置，能沿着特定的路径工作，且含有安全保护以及各种移载功能的运输小车。由于人力成本的提高， AGV 在工业、物流业发展十分迅速。伴随着工业以及物流业发展的多样性，传统的 AGV 在一些较为恶劣的环境下使用会出现编码器故障等问题，文中所提出的无传感器矢量控制下自动导引车则是为了解决这个问题。
收稿日期： 2014 － 09 － 28 作者简介：舒志兵（ 1965 —），男，副教授，主要研究方向为交流伺服系统、数控系统、运动控制、机电一体化系统等。 E － mail： shuzhibing@ 163. com。
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机床与液压
第 43 卷
含 48 、24 、5 和 12 V。 AGV 车上利用电力电子转换器将电源的 48 V 转换为 5 、12 和 24 V。24 V 电源为车体控制器、运动控制器和传感器供电；其中运动控制器输出的 5 、12 V 可提供编码器和地标传感器的电源以及伺服控制电源； 48 V 电源为总电源，为伺服电机、起重单元等提供电源。
于用途的广泛性和多样性，从而产生了多种不同的引导方式。引导方式中主要分成两种：（ 1 ）车外固定轨迹引导；（ 2 ）自由路径引导。文中所选用的引导方式为车外固定轨迹引导中的电磁引导方式。该种方式导线隐蔽、不易污损、经济耐用、可靠性高，是现如今最为成熟和在各种方面应用范围最广的引导方式。图 1 简单地描述了 AGV 的基本结构。 AGV 的主动轮为小车的后轮，前轮为从动轮，这样的设计能使小车在加速的时候，重心后移，主动轮与地面的最大摩擦力更大，主动轮抓地的能力更强，防止后轮出现打滑的现象。同时，后轮采用无传感器矢量控制下的 PMSM ，用以保证 AGV 运行的精确性。 AGV 的驱动器选用了路斯特公司的 CDF 驱动器； AGV 的电源包
舒志兵，周培，张志远
（南京工业大学自动化与电气工程学院，江苏南京 211816 ）
摘要：对于 PMSM 而言，编码器反馈信号的精确性十分重要。但是在一些恶劣环境下，编码器的精确性受到了极大的影响甚至于可能出现编码器损坏，所以出现了伺服电机的无传感器控制。通过在 AGV 上使用无传感器控制，使 AGV 在一些恶劣环境下仍然能够正常且精确地工作。通过滑模观测器和滤波器达到对 PMSM 运行的估算，从而取代了正常工作中的 PMSM 编码器反馈，以达到对 PMSM 无传感器控制。同时提出在 PMSM 低速运转情况下通过改变 PMSM 的运动控制方式，以避免电机在低速运动时因为受到齿槽效应等因素的影响而出现速度波动较大的现象，并且通过实验证明了该方案的可靠性。关键字： AGV； PMSM；滑模观测器；无传感器矢量控制中图分类号： TM341 文献标志码： A 文章编号： 1001 － 3881 （ 2015 ） 22 － 135 － 3