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自适应模糊滑模观测器提升PMSM无传感器矢量控制稳定性
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更新于2024-08-29
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本文主要探讨了一种创新的永磁同步电机(PMSM)无传感器矢量控制策略,该策略利用自适应模糊滑模观测器来解决传统滑模观测器(SMO)在实际应用中常见的问题,如抖振和相位延迟。首先,作者针对SMO的局限性,引入模糊逻辑来增强系统的适应性和鲁棒性。滑模观测器是基于Lyapunov稳定性理论构建的,这一理论确保了系统的稳定性,尤其是在面对不确定性和扰动时,模糊控制能够动态调整滑模增益,有效地减小抖振现象,提高系统的稳定性。 设计的关键在于通过模糊控制系统,对滑模增益进行实时优化,这种优化策略能够根据电机运行状态的变化,自动调节控制器参数,使得系统的响应更加平滑,从而削弱抖振影响。与传统的低通滤波器不同,文中提出了采用反电动势观测器来替代,这样可以避免相位延迟的问题,进一步提升系统的瞬态响应精度和跟踪性能。 此外,文章还强调了无传感器控制的优势,即无需复杂的传感器设备,降低了系统的成本和复杂性,使得PMSM能够在不依赖于外部反馈的情况下,实现精确的电机控制。仿真结果充分验证了这种基于自适应模糊滑模观测器的无传感器矢量控制方法的有效性和实用性,证实了其在实际应用中的可行性。 本文的研究对于改进PMSM的控制性能,提高其在工业自动化、电动汽车等领域的应用潜力具有重要意义,也为无传感器控制技术的发展提供了新的思路和解决方案。
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第 33卷 第 4期 控 制 与 决 策 Vol.33 No.4
2018年 4月 Control and Decision Apr. 2018
文章编号: 1001-0920(2018)04-0644-05 DOI: 10.13195/j.kzyjc.2017.0058
基于自适应模糊滑模观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制
彭思齐
†
, 宋彦彦
(湘潭大学 信息工程学院,湖南 湘潭 411105)
摘 要: 针对传统滑模观测器(SMO)存在的抖振及相位延迟问题,提出一种自适应模糊滑模观测器来实现永磁同
步电机 (PMSM) 无传感器控制. 根据 Lyapunov 稳定性定理构建自适应模糊滑模观测器, 以保证系统的稳定性. 通
过分析滑模增益对系统抖振的影响设计模糊控制系统, 从而实现对滑模增益的动态调整, 削弱抖振现象, 提高系统
的鲁棒性. 建立反电动势观测器代替低通滤波器, 避免相位延迟, 从而提高系统的稳定性及准确跟踪性. 仿真结果
验证了所提出方法的可行性.
关键词: 永磁同步电机;无传感器;滑模观测器;模糊控制
中图分类号: TP273 文献标志码: A
Sensorless vector control of PMSM based on adaptive fuzzy sliding mode
observer
PENG Si-qi
†
, SONG Yan-yan
(College of Information Engineering,Xiangtan University,Xiangtan 411105,China)
Abstract: To solve the problem of chattering and phase delay in traditional sliding mode observer(SMO), an adaptive
fuzzy sliding mode observer for sensorless control of permanent magnet synchronous motor(PMSM) is
proposed. According to the Lyapunov stability theorem, an adaptive fuzzy sliding mode observer is constructed to
guarantee the stability of the system. A fuzzy control system is designed by analyzing the influence of sliding mode gain
on the chattering of the system. The fuzzy control system can adjust the gain of the sliding mode dynamically, weaken
the chattering phenomenon and improve the robustness of the system. The back electromotive force(EMF) observer is
established to replace the low-pass filter to avoid the phase delay. At the same time, the stability and accurate tracking of
the system can be improved. The simulation results show the feasibility of the proposed method.
Keywords: permanent magnet synchronous motor;sensorless;sliding mode observer;fuzzy control
0 引 言
永磁同步电机由于具有高转矩比、高效率以及
高功率密度等特点,已被广泛应用于高性能调速系统
中
[1-2]
. 目前,矢量控制是永磁同步电机高性能控制中
应用最成熟、最广泛的一种控制. 工程中常常通过安
装传感器获得电机转子速度及位置的准确信息, 这不
仅增大了系统的体积和成本,而且降低了系统的可靠
性. 永磁同步电机无传感器控制技术研究已经成为
解决控制系统中由传感器给电机控制系统带来的各
种问题的关键,该技术已成为电机控制领域的研究热
点
[3-5]
.
目前常用的无传感器控制方法主要分为两类
[6]
:
一类是利用电机凸极效应的高频信号法, 但是此类方
法对电机结构要求较高,且只适用于电机低速及零速
范围; 另一类是利用反电势或定子磁链估算转速及
位置信息, 适用于中高速范围, 主要包括模型参考自
适应法、扩展卡尔曼滤波器法、滑模观测器法、人工
智能等方法
[7-12]
. 近年来, 滑模观测器因其具有计算
简单、鲁棒性好、容易实现等特点而备受人们欢迎. 文
献 [13] 将 Sigmoid 函数代替符号函数来估计反电动
势, 有效减小了系统抖振; 文献 [14] 提出了一种改进
的反电动势观测器,通过引入双曲正弦函数减少系统
抖振, 获得平滑的反电动势估计值; 文献 [15] 设计了
一款基于两级滤波的滑模观测器,用来对电机的转子
位置和速度进行估算,提高了滑模观测器算法的正确
性; 文献 [16] 为了更有效地估计转速和位置信息, 构
收稿日期: 2017-01-14;修回日期: 2016-04-10.
责任编委: 刘向杰.
作者简介: 彭思齐 (1978−), 男, 副教授, 博士, 从事工业智能控制、数控技术及装备信息化等研究;宋彦彦 (1990−),
女, 硕士生, 从事电力电子与电力传动的研究.
†
通讯作者. E-mail: 973556383@qq.com
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