Sensorless Control of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on the Improved Sliding Mode Observer

Zhiguang Hua,Jianwei Yang,Dongdong Zhao,Liming Yan,Manfeng Dou,Junpeng Ji

doi:10.1051/jnwpu/20183640754

Abstract

Sliding mode observer (SMO) which has a strong robustness is used in the sensorless control system of permanent magnet synchronous motor (PMSM). The method is usually used to estimate the rotor position although it has the chattering problem. According to the causes of the chattering in traditional SMO, the method of improved sliding mode observer (ISMO) is proposed in this paper. Sign function is replaced by the saturation function to suppress the chattering problem, and the speed of PMSM is estimate when combined with field oriented control (FOC) method. A hardware platform of 2.7 kW, 10 000 r/min PMSM is built to verify the control effectiveness of ISMO. Simulation analysis and experimental result show that ISMO can estimate the rotor speed accuracy and reduce the chatting at the same time.

Highlights

器(PI),转速误差值经由 ASR 后作为电流环的 q 轴电流给定。 SMO 通过采集定子电压和电流等参数对转速进行估算,得到电机的电角度并实现转速反馈。电流环主要由电流给定、ACR 和矢量变换等组成,ACR 为电流调节器(PI),PMSM 为永磁同步电机。 d,q 轴电流给定与电流反馈产生电流环误差, 该误差信号再分别通过 2 个 ACR 后得到坐标变换的 d,q 轴电压给定 u∗d,u∗q,电压给定经过 Park 反变换及 SVPWM 模块后得到 PWM 波,驱动三相桥式逆变电路中的功率管。由电流传感器得到定子两相电流 ia,ib,经过 Clark 变换后得到 αβ 坐标系下的电流 iα, iβ,再经过 Park 变换后作为 d,q 轴的反馈电流 id,iq, θe 为坐标变换角。永磁同步电机的电磁转矩由永磁体产生的永磁转矩和交直轴电感不平衡产生的磁阻转矩构成,由于 d 轴电流始终为零,磁阻转矩为零, 因此 id = 0 的控制方法在表贴式永磁同步电机中即为最大转矩电流比控制。
式中, R 为定子电阻;eα 和 eβ 分别为 αβ 坐标系下的扩展反电势,可表示为
与旋转变压器得到的转子位置相比,滑模观测器在空载条件下的误差值约为 0.12 rad,滑模观测器在负载条件下误差值约为 0.10 rad。采用饱和函数代替符号函数减小了角度误差值的波动,负载条件下的转速较高,反电势较大,滑模观测器估计的转子角度较为准确。

Summary

Introduction

式中, ψα 和 ψβ 分别为 αβ 坐标系下的等效磁链;Ls 为器(PI),转速误差值经由 ASR 后作为电流环的 q 轴电流给定。 SMO 通过采集定子电压和电流等参数对转速进行估算,得到电机的电角度并实现转速反馈。电流环主要由电流给定、ACR 和矢量变换等组成,ACR 为电流调节器(PI),PMSM 为永磁同步电机。 d,q 轴电流给定与电流反馈产生电流环误差, 该误差信号再分别通过 2 个 ACR 后得到坐标变换的 d,q 轴电压给定 u∗d ,u∗q ,电压给定经过 Park 反变换及 SVPWM 模块后得到 PWM 波,驱动三相桥式逆变电路中的功率管。由电流传感器得到定子两相电流 ia,ib,经过 Clark 变换后得到 αβ 坐标系下的电流 iα, iβ,再经过 Park 变换后作为 d,q 轴的反馈电流 id,iq, θe 为坐标变换角。永磁同步电机的电磁转矩由永磁体产生的永磁转矩和交直轴电感不平衡产生的磁阻转矩构成,由于 d 轴电流始终为零,磁阻转矩为零, 因此 id = 0 的控制方法在表贴式永磁同步电机中即为最大转矩电流比控制。式中, R 为定子电阻;eα 和 eβ 分别为 αβ 坐标系下的扩展反电势,可表示为

Results

Conclusion