永磁同步電動機（permanent magnet synchronous motor, PMSM）具有結構簡單、力矩慣量大和可靠性高等優(yōu)良特性。因此，研發(fā)高效的永磁同步電動機控制系統(tǒng)具有重要的實用價值。為構建高性能的控制系統(tǒng)，一般需安裝霍爾傳感器等機械傳感器來獲取電動機轉子的位置信息，但價格昂貴及增大電動機體積等缺點限制了機械傳感器的實際應用。因此，近些年來，基于永磁同步電動機的無傳感器控制技術已成為研究的熱點。

當前，永磁同步電動機無傳感器控制技術對于轉角和轉速的觀測主要被分為適用于低速和中高速的兩類方法。利用電動機凸極特性，外加特定頻率的激勵來估算轉子位置信息的方法，如高頻信號注入法、低頻注入法等，被提出并應用于永磁同步電動機的控制中，在低速甚至零速都取得了良好的結果。但在運行過程中需要持續(xù)的激勵，降低了逆變器的電壓利用率，運算量大，且動態(tài)性能不是十分理想。

中、高速區(qū)無速度傳感器控制方法大多依賴于電動機數(shù)學模型，通過反電動勢獲取位置信息。早期多采用的是開環(huán)算法，如直接計算法及反電動勢積分法等。開環(huán)算法工程實現(xiàn)簡單，當電動機模型準確時，觀測精度高，但極易受參數(shù)變化影響，算法不穩(wěn)定。

隨著控制理論的不斷發(fā)展，基于各種觀測器的閉環(huán)算法得到了廣泛的應用，如擴展卡爾曼濾波器法、模型參考自適應算法及滑模觀測器法等，使轉速觀測精度和系統(tǒng)魯棒性有了很大改善。擴展卡爾曼濾波器法算法比較復雜，計算量大，參數(shù)分析困難。模型參考自適應算法雖采用閉環(huán)控制，但觀測器精度依賴于參考模型的準確性。而滑模觀測器法受系統(tǒng)參數(shù)變化及外界擾動的影響較小，具有較強魯棒性，且結構算法簡單，工程實現(xiàn)容易，具有廣闊的應用前景。

本文設計的滑模觀測器，用飽和函數(shù)代替開關函數(shù)并引入反電勢卡爾曼濾波器來減弱滑?？刂浦泄逃械亩墩?，采用設計優(yōu)化的鎖相環(huán)來提高轉速提取精度，并搭建了永磁同步電動機仿真模型來驗證該方法的有效性。

圖4 永磁同步電動機無傳感器矢量控制框圖

結論

本文基于Matlab/Simulink搭建了永磁同步電動機無位置傳感器矢量控制系統(tǒng)，并提出用一種改進的滑模觀測器來估算轉速與轉角信息；通過用飽和函數(shù)替代開關符號函數(shù)及增加反電勢卡爾曼濾波器來減弱抖振；為避免正切函數(shù)和微分環(huán)節(jié)的使用，引入優(yōu)化的鎖相環(huán)來提取電動機的轉速與位置信息。

該方法可減少計算量，提高測量精度，節(jié)約系統(tǒng)資源，改善工程適用性。仿真結果表明，設計的改進滑模觀測器估算精度高，控制準確性高，動態(tài)性能良好，對外加擾動不敏感，體現(xiàn)出良好的魯棒性，驗證了該方法的有效性。