摘要：為改善永磁同步電機(PMSM)伺服系統的控制性能，在分析PMSM數學模型的基礎上，提出了基於變係數滑模觀測器的無位置傳感器PMSM伺服系統控制方案。設計了滑模觀測器，通過加入低通濾波器(LPF)，協調LPF和滑模觀測器的參數，改善了滑模觀測器帶來的抖動幹擾。利用磁場定向控制原理，根據估算參數，實現了無位置傳感器的PMSM矢量控制。樣機實驗結果表明，所提出的控制方案提高了系統的魯棒性和伺服性能。
關鍵詞：永磁同步電機；滑模觀測器；無位置傳感器；矢量控制
1 引言
為實現對PMSM的精確控制，需要準確檢測轉子的位置或速度信息，為降低伺服系統的成本、體積，提高其可靠性，可採用無位置傳感器的PMSM控制方法。其中，基於滑模觀測器的控制方式因具有對參數變化及擾動不敏感、響應快速、瞬態性能好、易於數位化實現等優點而備受關注。
此處採用一種變係數的滑模觀測器控制結構，在獲取滑模變量時採用LPF濾除高頻諧波，通過補償方式消除低通濾波帶來的相移問題，並採用抗飽和積分環節消除積分飽和效應。最後通過實驗證明了設計的正確性和合理性。
2 PMSM數學模型
在簡化分析中，靜止α，β坐標系下PMSM的數學模型可表示為：
為高頻開關信號，由此得到：中的es也為高頻開關信號。在滑模面上作滑模運動時，由於開關時間和空間上的滯後，使滑模觀測器呈現固有的抖振現象，可通過對es進行低通濾波從而得到連續的反電勢估算值：
估算反電勢取決於兩個因素：濾波器係數和電流誤差信號。電流誤差信號可通過加大噪聲的濾波強度使估算反電勢的波形變得更光滑，即降低濾波的截止頻率。但越加大濾波力度，造成的相移越大，對角度補償的難度和誤差也就越大，因此不能單純地修改濾波器的係數。而另一個因素則是電流誤差信號，波形的噪聲信號反映了滑模變結構在滑動模態下的抖振現象，滑模抖振是必定存在的且不能消除。此處採用一種簡單的方法來抑制滑模抖振，即協調滑模增益，使滑模增益根據電流的峰值而變化成為一種可行的辦法。