永磁同步电机双滑模无传感器矢量控制初探

永磁同步电机双滑模无传感器矢量控制初探

水顺广

云南锡业股份有限公司大屯锡矿 云南省个旧市  661000

摘要

本文主要针对同步电机双滑模无传感器矢量控制技术进行分析，文章提出了双滑模无传感器矢量控制方法。该方法建立于永磁同步电机数学闭环模型之上，并且引入正切函数完成滑模控制器控制，替代传统的开关函数，也能够有效控制整个系统的高频振动频次。另外，双滑模无传感器矢量控制方法摒弃传统PI速度外环，增强了系统抗干扰性能。与传统的PI控制相比，提出的双滑模无传感器矢量控制动态性能更优，具有更高的跟踪精度，使电机在运行过程始终保持良好的估算性能。

关键词：永磁同步电机；双滑模速度控制器；双曲正切函数

永磁同步电机是具有全面优势的电机设备，该电机的抗过载能力更高、电机应用安全稳定，转矩比以及功率密度也比传统电机更有优势。因此，永磁同步电机在现代社会生产中应用逐渐广泛。永磁同步电机在应用过程中，最初控制方式是利用传感器采集电机转速和转子信息，继而完成PMSM控制。但是，该控制方法在实际的应用过程中，容易受到外部环境因素影响，控制系统的稳定性存在不同。而本文在分析文献和实践研究之后，提出了双滑模无传感器矢量控制方法，该方法是利用控制算法取代传统传感器数据获取，继而减少传感器受到的外部影响，实现高精度矢量控制。

1.双滑模无传感器矢量控制方法研究现状探讨

研究双滑模无传感器矢量控制方法，主要目的是进一步提升永磁同步电机的控制精度，解决传统传感器数据获取的偏差问题。如，专家在研究无传感器矢量控制方法的过程中，主要是以自适应观测器为基础开展讨论。在控制系统中应用滤波器观测设备、滑模观测设备等实现控制优化。另外，进一步研究发现，采用Sigmoid函数替代原有的开关函数是实现控制的主要方法，能够控制系统的抖振频率、估算误差，继而实现控制方法优化。

通过上述研究分析，本文提出双滑模无传感器矢量控制方法。该方法应用将滑模控制器取代原有的传统滑模观测器，也利用无传感器控制替代PI控制模块。整个闭环控制时，为了减少不必要因素干扰，主要设计应用双曲正切函数，提升转子位置获取精度，继而实现矢量控制。

2.双滑模无传感器矢量控制方法深入研究

本文提出双滑模无传感器矢量控制方法，该方法主要包括PMSM数学模型、滑模控制器设计量大模块，以下是对该模块的具体分析。

2.1PMSM数学模型构建

①构建PMSM数学模型才能够保证后续的控制计算精准。整个数学模型构建实施的过程中，主要采用表贴式永磁同步电机设备，在模型构建过程中，主要是利用三相模型，简化a-B两相静止坐标系，构建静态方程，以下为静止坐标系方程。

ia=-ia+—

ib=ib+—

②模型构建过程中，还可以注重对整个发电动势公式为：Ea=-φfωsinΘ

                Eb=φfωcosΘ

在发电动势的公式计算中，ia和ib为定子电流、ua和ub为定子电压，公式中φ代表转子磁链，Θ代表转子角位置[1]。

③构建PMSM滑模电流状态方程，整个方程构建过程中，构建滑模的电流状态方程也极为关键，以下是对PMSM滑模电流状态方程进行分析，主要包括滑模控制率和双曲函数修正，以上两个模型算法构建，直接关系都到整个控制的精准度：

滑模控制率方程：=

双曲函数分析：fx=

2.2滑模控制器设计

本方法应用过程中，将传统滑模监测器改为滑模控制器，从而提升整个方法的控制能力。而在具体方法构建的过程中，还需要对滑模控制器进行设计，以下是对滑模控制器设计方案，主要包括相PMSM电机数学模型、滑模面求导等。

①PMSM电机数学模型：

②滑模面是滑模控制器最为关键的环节，因此在模型构建中，需要明确滑模面的构建方式，提升滑模的应用效果。以下是对整个滑模面推导公式研究：

S=cx1+x2

在上述模型公式中，uq和ui代表电压和电流，ud和id则代表定子电感和电阻，pn代表永磁同步电机以及极对数，按照上述公式构建模型，就可以保证双滑模无传感器矢量控制方法实施有效[2]。

3.实验模式分析

上述文章提出了双滑模无传感器矢量控制方法，主要包括整个控制模型和滑模控制器模型两大部分，为了验证双滑模无传感器矢量控制方法应用的合理性，更要求遵循双滑模的矢量控制效果，保证各项矢量控制应用良好，也能够提升矢量的控制效果。所以，在本文进行研究中，建立的PMSM的无速度传感器控制仿真。以下表1为具体仿真实施过程中的主要参数。

表1  实验仿真参数

采用Lyapunov方程模拟，对比双滑模无传感器矢量控制方法与传统PI控制方法的效果。通过实践模拟发现，采用双滑模无传感器矢量控制方法的转子估算精度能够达到99.7%，而传统PI控制器的控制精度则为98.2%。从而证明了该方法的应用设计合理性

[3]。

结束语

本文主要针对双滑模无传感器矢量控制方法进行分析，通过实际的分析发现，双滑模无传感器控制方法的主体控制能力强于传统的PI控制方法，适合在现代永磁同步电机中应用。

参考文献

[1]申永鹏, 刘安康, 崔光照,等. 扩展滑模观测器永磁同步电机无传感器矢量控制[J]. 电机与控制学报, 2020, 24(8):8-8

[2]李京, 王仲根, 沈志俊,等. 永磁同步电机双滑模无传感器矢量控制研究[J]. 兰州文理学院学报:自然科学版, 2022, 36(4):6-6

[3]刘震, 苗述, 李汶浍, et al. 基于Super-Twisting滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制[J]. 东北大学学报：自然科学版, 2020, 41(5):6-6