ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＤＲＩＶＥ ２０１２ Ｖｏ１．４２ Ｎｏ．６ 电气传动 ２０１２年 第４２卷 第６期
基于滑模观测器的无位置传感器
ＰＭＳＭ控制研究
王海涛，皮佑国
（华南理工大学自动化科学与工程学院，广东广州５１０６４１）
摘要：在无位置传感器的永磁同步电机控制策略中，采用观测器通过电压和电流来观测转子位置而取代 位置传感器是一种有效的策略，但这种策略在零速及附近的低速范围内存在观测死区。提出一种将电机的它 控和自控方式相结合的控制策略，在零速及附近的低速范围内采用它控方式，电机按照压频比控制并在观测 器能够观测出转子位置后切换到自控方式而实现空间电压矢量控制。研究表明这种方式能够解决观测器方 式在零速及附近的低速范围内存在预测死区问题，适用于对低速控制性能要求不高的风机以及泵类等的永 磁同步电机控制。 关键词：永磁同步电机；滑模观测器；无位置传感器；切换；恒压频比 中围分类号：ＴＭ３０１ 文献标识码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ＰＭＳＭ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｌｉｄｉｎｇ Ｍｏｄｅ Ｏｂｓｅｒｖｅｒ ＷＡＮＧ Ｈａｌ—ｔａｏ，ＰＩ Ｙｏｕ—ｇｕｏ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４１，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ）ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｆｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ， ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｉｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｃｈｅｍｅ ｃｏｎｔｒａｓｔｉｎｇ ｔｏ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｕｓｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｄｅａｄ—ｚｏｎｅ ａｔ ｓｔａｎｄｓｔｉｌｌ ａｎｄ ｌｏｗ ｓｐｅｅｄ．Ａ ｎｅｗ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｔｈａｔ ｏｔｈｅｒ—ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｓｅｌｆ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ａｒｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｏｔｈｅｒ—ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ａｔ ｓｔａｎｄｓｔｉｌｌ ａｎｄ ｌｏｗ ｓｐｅｅｄ。ｔｈｅ ＰＭＳＭ ｉｓ ｒｕｎｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｖｏｌｔｓ／ｈｅｒｔｚ（Ｖ／ｆ） ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｓｗｉｔｃｈｅｓ ｏｖｅｒ ｔｏ ｓｅｌｆ－－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ（ＳＭＯ）ｃａｎ ｏｂｓｅｒｖｅ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｐｏｓｉ—— ｔｉｏｎ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ．Ｓｔｕｄｉｅｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ａｐｐｒｏａｃｈ ｃａｎ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｄｅａｄ—ｚｏｎｅ ａｔ ｓｔａｎｄｓｔｉｌｌ ａｎｄ ｌｏｗ ｓｐｅｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｓｕｉｔｓ ｔｏ ｔｈｅ ＰＭＳＭ ｏｆ ｆａｎｓ ａｎｄ ｐｕｍｐｓ ｔｈａｔ ｈａｖｅ ｌｏｗ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｔ ｓｔａｎｄ— ｓｔｉｌｌ ａｎｄ ｌｏｗ ｓｐｅｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ）；ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ；ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ； ｓｗｉｔｃｈ ｏｖｅｒ；ｃｏｎｓｔａｎｔ ｖｏｌｔｓ／ｈｅｒｔｚ
基于代码生成的PMSM滑模控制
PMSM滑模控制系统主要包括速度环和电流环两部分。速度环控制PMSM的转速，而电流环控制PMSM的电流。滑模控制采用滑模面的方法，在有限时间内将系统状态从初始状态引导到期望状态，并保持在期望状态附近。滑模控制系统具有良好的鲁棒性，在扰动和参数变化的情况下仍能保持系统的稳定性和性能。
1. PMSM数学模型：PMSM数学模型描述了PMSM的动态特性和电机参数，是设计控制系统的基础。PMSM数学模型通常采用dq轴变量描述，考虑电机的非线性特性和磁通饱和效应。PMSM数学模型可以简化为矩阵形式，便于控制器设计和实现。
2. 控制器设计：控制器设计是基于PMSM数学模型，通过控制电机的电流和转速来实现期望的运行状态。滑模控制器设计包括速度环和电流环两部分。速度环控制器根据PMSM的速度误差和期望速度计算电流指令，电流环控制器根据电流误差和期望电流计算电压指令。
3. 代码生成：代码生成是将控制器设计转化为可执行的代码，通常采用Simulink和Embedded Coder进行代码生成。Simulink是一个模块化建模工具，通过搭建模块和连接信号，可以快速搭建PMSM滑模控制系统的模型。而Embedded Coder是一个用于自动生成嵌入式系统C代码的工具，可以将Simulink模型自动生成C代码。
4. 调试和验证：在代码生成之后，需要对生成的代码进行调试和验证，确保算法和代码的正确性和稳定性。可以采用实时仿真平台进行调试和验证，观察系统的响应和性能指标，对系统进行优化和调整。
1. 模块化设计：基于Simulink的模块化建模和代码生成，使得系统设计和修改更加灵活和方便，可以快速搭建PMSM滑模控制系统的模型，并进行参数调整和优化。
2. 自动生成代码：通过Embedded Coder的自动生成C代码功能，可以减少人工编写代码的工作量，提高代码质量和可维护性，同时减少代码错误的可能性。
基于代码生成的PMSM滑模控制
随着现代科技的不断发展，电机控制的算法也在不断更新换代。PMSM滑模控制是一种新兴的电机控制算法，其能够满足高效、高精度、高稳定性要求，逐渐成为现代电机系统控制中的主流算法。本文将介绍如何使用代码生成工具设计PMSM滑模控制算法。
1.基本概念
在详细介绍PMSM滑模控制之前，首先需要了解几个基本概念。
PMSM是指永磁同步电机，其转子上装有永磁体，具有高效率、高功率密度等特点。
滑模控制是一种非线性控制方法，其基本思想是将系统从一种状态滑动到另一种状态。通过滑动变量的设计，实现使系统实现稳定转移的控制方法。
2.PMSM滑模控制原理
PMSM滑模控制是通过控制电机的电流来控制电机的转速和位置。其控制流程包括输入变量u_d、u_q的计算、转子位置估计、滑动变量的计算、控制器的运算等。
控制器的目的是通过计算电流控制信号，使得滑动变量ε趋近于零以达到控制稳定的目的。控制器一般包含三元件，即比例、积分和微分元件，可以对电流控制信号进行精细调整和优化。
MATLABSimulink是目前最常用的电机控制设计工具之一，其强大的建模功能和高效的仿真工具可以大大提高控制算法的设计效率。Simulink还提供一系列代码生成工具，可以将Simulink模型自动转化成代码实现。
使用Simulink设计PMSM滑模控制算法时，可以通过以下步骤进行：
（1）选择PMSM模型，通过MATLAB的SimPowerSystems工具箱构建仿真模型；
（2）参数调整，优化模型的参数以达到最优控制效果；
（3）设计控制器模型，通过比例、积分、微分调整控制信号，将滑动变量逐渐逼近零；
（4）运行模拟程序，通过对模型进行仿真和调试，验证模型效果；
（5）使用代码生成工具，将模型转化成代码实现。 使用代码生成工具可以将PMSM滑模控制算法自动转换成可执行的C代码，以直接在硬件平台上运行，并且代码生成工具可以自动生成必要的驱动器和接口，大大提高系统移植性和可维护性。
第４５卷 ２０１２年 第５期 ５月 锻＇Ｉ｝机
ＭＩＣＲ０Ｍ０Ｔ０ＲＳ Ｖｏ１．４５．Ｎｏ．５ Ｍａｖ ２０１２
基于滑模观测器的ＰＭＳＭ无速度传感器研究
王 正，王一平
（沈阳工业大学电气工程学院，沈阳１１０８７０）
摘要：为解决传统机械传感器应用存在的诸多缺陷，针对永磁同步电机矢量控制系统，采用一种滑模观测器的无
速度控制方法。该方法是通过测量永磁同步电机定子侧电流和端电压来计算出转子的实际位置，系统成本低、可靠
性较高。根据滑模观测器原理，建立了基于滑模观测器的ＰＭＳＭ无速度传感器控制的系统模型。同时利用Ｍａｔｌａｂ仿 真工具建立无位置传感器的永磁同步电机仿真平台，仿真结果验证了滑模观测器法的有效性。
关键词：永磁同步电机；速度辨识；滑模观测器；矢量控制；无位置传感器控制 中图分类号：ＴＭ３５１；ＴＭ３４１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１—６８４８（２０１２）０５—００５２—０３
Ｓｐｅｅｄ Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
Ｍｏｔｏｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｌｉｄｉｎｇ Ｍｏｄｅ Ｏｂｓｅｒｖｅｒ
ＷＡＮＧ Ｚｈｅｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｙｉｐｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０８７０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｍａｎｙ ｄｅｆｅｃｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｅｎｓｏｒ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｕｓｅｄ ａ ｓｌｉｄｉｎｇ－ｍｏｄｅ ｏｂｓｅｒｖ－
ｅｒ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｂｙ ｍｅａｓ— ｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｓｔａｔｏｒ ｓｉｄｅ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ
