2011年9月电工技术学报Vol.26No.9第26卷第9期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYSep.2011无速度传感器永磁同步电机反推控制刘栋良1,2郑谢辉1崔丽丽1(1.杭州电子科技大学自动化学院杭州3100182.卧龙电气集团有限公司上虞312300摘要提出了一种估算永磁同步电机转子角速度的降维线性Luenberger算法,该算法利用永磁同步电机定子交轴电流和转速方程构造观测器,实时估算电机的转子角速度。此观测器简单易行,通过特征值的配置可以获得快速的收敛速度;同时,采用反推控制策略来设计系统控制器,使系统具有良好的速度跟踪和转矩响应。Matlab的仿真及实验表明系统设计的有效性和可行性。关键词:永磁同步电机无速度传感器反推观测器:TP273;TM351BacksteppingControlofSpeedSensorlessPermanentMagnetSynchronousMotorLiuDongliang1,2ZhengXiehui1CuiLili1(1.HangzhouDianziUniversityHangzhou310018China2.WolongElectricCo.,LtdShangyu312300ChinaAbstractAcontrolofpermanentmagnetsynchronousmotorbytheestimatedrotorspeedusinganewreduced-orderLuenbergerobserverisproposed.Themotorspeedisacquiredthroughobserverconstructedwithstatorq-axiscurrentandspeedequations.Theobserverissimpleandcanachievefastconvergencethrougheigenvaluesplacement.Backsteppingcontrolisusedtodesignsystemcontrollersandthesystemcanachievefastspeedtrackingandtorqureresponse.Matlabsimulationandexperimentalresultisappliedtoprovestheefficiencyandfeasibilityofsystemdesign.Keywords:Permanentmagnetsynchronousmotor,speedsensorless,backstepping,observer1引言随着永磁材料、半导体功率器件和控制理论的发展,永磁同步电机(PMSM在当前的中、小功率运动控制中起着越来越重要的作用。永磁同步电机具有结构紧凑、高功率密度、高气隙磁通和高转矩惯性比等优点[1]。在传统的永磁同步电机伺服控制中,最常用的方法是在转子轴上安装传感器(如编码器、解算器、测速发电机等,来获得电机转速和位置,但是这些传感器增加了系统的成本(某些高精度传感器的价格甚至可与电机本身价格相比,降低了系统的可靠性,而且其应用受到诸如温度、湿度和振动等条件的限制,使该系统不能广泛适用于各种场合。为了克服使用传感器给系统带来的缺憾,很多学者开展了无传感器永磁同步电机控制系统的研究[2-8]。文献[3]采用直接计算方法,通过直接检测定子的三相端电压和电流,计算出θ和ω,其特点是计算简单、直接,动态响应快,但它对电机参数的准确性要求高,但随着电机运行状态的变化,电机参数会发生一定的变化,导致转速和位置的估算值偏离真实值。文献[4]利用计算反电动势过零点来估算转子位置和速度是较早提出的方法,这种方法仅依赖于电机电压的基波方程,因此实施起来较简单。但是这种方法最大的问题在于低速时,反电动势的值也很小,所以这种方法在低速时误差很大。文献[5]采用模型参考自适应(MRAS法来估算转子位置和速度,其主要思想是将含有待估计参数的方程作浙江省自然科学基金(Y1080012,Y1100954和浙江省科技厅重大课题(2009C11006资助项目。收稿日期2010-10-15改稿日期2011-03-2068电工技术学报2011年9月为可调模型,将不含未知参数的方程作为参考模型,两个模型具有相同物理意义的输出量。两个模型同时工作,并利用其输出量的差值根据合适的自适应率来实时调节可调模型的参数,以达到控制对象的输出跟踪参考模型的目的。文献[6]采用推广卡尔曼滤波器来估算速度,但要用到许多随机误差的统计参数,由于模型复杂,涉及因素较多,使得分析这些参数的工作比较困难,需要通过大量调试才能确定合适的随机参数。文献[7]采用全阶状态观测器的无传感器永磁同步电机调速系统,它设计简单,且稳定性可以保证,但系统的实时性比较差,要求控制器处理速度快,这限制了工程的应用;其实系统的某些状态可以测量,没有必要再观测,这样就能减轻计算负担。本文提出了一种利用永磁同步电机定子交轴电流和转速方程构造降维线性Luenberger观测器来获得电机的转速,通过特征值的配置可以获得快速的收敛速度。把反推控制策略运用于设计速度和电流控制器,...