基于變結構控制的無傳感器交流伺服系統研究
羅雪蓮（湖南工學院電氣與信息工程系，衡陽421002）
摘要：為了取消永磁同步電機控制中的機械傳感器，獲得矢量控制中需要的電機轉速和位置信息，設計了一種基于交結構控制的永磁同步電機轉速和轉子位置估算方法。選取定子固定坐標系下定子電流及電機感應電動勢為狀態變量，定子電壓和電流作為輸入、輸出量，建立估算電機轉速和轉子位置的自適應滑模觀測器系統。通過觀測電機感應電動勢來估計電機轉子位置和轉速，并結合擴展的卡爾曼濾波對電機感應電動勢進行濾波。實驗結果表明帶有擴展的卡爾曼濾波的滑模觀測器具有良好的動態性能，對被控對象的參數變化和擾動有很強的魯棒性。
關鍵詞：永磁同步電機；變結構控制；滑模觀測器；擴展卡爾曼濾波器；無速度傳感器
中圖分類號：TM341；TM351：TP273+2 文獻標志碼：A 文章編號：1001-6848(2010）01-0066-05
0引 言
目前，無速度傳感器交流伺服系統在極低轉速范圍內，精確的速度估計仍然是個難題。估計轉速必須在靜態、動態下以足夠的精度跟蹤實際的轉速。無速度傳感器的高性能交流伺服系統非常需要高精度的估計器或觀測器來保證系統在大轉速范圍（包括極低轉速）內具有穩定性和對重負載的魯棒性。本文提盅一個自適應滑模觀測器，根據觀測電流和實測電流之間的誤差構成滑模切換面對電機感應電動勢進行觀測以得到轉子位置角，并結合擴展的卡爾曼濾波對電機感應電動勢進行濾波。應用自適應轉速估計算法得到轉子轉速，并設計了基于滑模觀測器的無傳感器矢量控制系統。觀測器具有良好的動態性能，對被控對象的參數變化和擾動有很強的魯棒性。
1 交流永磁同步伺服電動機數學模型
在假設磁路不飽和，不計磁滯和渦流損耗影響，空間磁場呈正弦分布的條件下，當永磁同步電動機轉子為表貼式時，得靜止DQ坐標中的定子
電壓狀態方程[1]為：
us 為定子電壓空間矢量；is為定子電流空間矢量；Rs定子繞組相電阻Ls為等效同步電感；es為感應電動勢空間矢量；ψf為永磁體勵磁磁鏈。
2滑模變結構控制的基本原理
滑模變結構控制本質上是一類特殊的非線性控制，這種控制策略與其它控制的根本區別在于系統的控制不連續，系統的“結構”并不固定，而是可以在動態過程中，根據系統當前的狀態有目的地不斷變化，迫使系統按照預定的“滑動模態”的狀態軌跡運動。由于滑動模態可以進行設計且與對象參數及擾動無關，這就使得變結構控制具有魯棒性強、對參數變化及擾動不靈敏、快速響應等優點。
2.1滑模運動及其存在條件
對于一個控制系統：  ，系統狀態  ，控制向量  ，其狀態空間中存在一個切換超平面。 它將狀態空間分成s>0與s<0兩部分，如果適當選擇切換函數S（X）和輸入控制信號u，使得從任意初始狀態出發的運動點在“的作用下均能到達超平面，且狀態將 |
