永磁同步牵引电机有效磁链观测与转矩控制

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1、第１１卷第５期铁道科学与工程学报Ｖｏｌｕｍｅ１１Ｎｕｍｂｅｒ５２０１４年１０月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＲａｉｌｗａｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＯｃｔｏｂｅｒ２０１４永磁同步牵引电机有效磁链观测及转矩控制①１，２１，３２２１，２赵凯辉，陈特放，张昌凡，何静，黄刚（１．中南大学交通运输工程学院，湖南长沙４１００７５；２．湖南工业大学电气与信息工程学院，湖南株洲４１２００７；３．中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙４１００７５）摘要：建立基于有效磁链的永磁同步牵引电机模型，提出基于有效磁链概念的非奇异终

2、端滑模观测器和精确转矩闭环控制方法。首先，在α－β坐标系中构建龙贝格－滑模自适应滑模观测器，准确估计出定子电阻和ｑ轴电感并作为有效磁链滑模观测器的输入；其次，在α－β坐标系中构建有效磁链非奇异终端滑模观测器，并基于滑模等值控制方法实现了有效磁链观测，进而实现转矩的实时估算，以此和转矩给定值构成精确转矩闭环控制，从而提高轨道交通驱动系统的转矩控制精度，改善了轨道交通控制系统的性能。该方法不仅适用于表贴式永磁同步电机，而且适用于内置式永磁同步电机。仿真结果验证了方法的可行性和有效性。关键词：永磁同步电动机；龙贝

3、格－滑模观测器；非奇异终端滑模观测器；有效磁链；转矩闭环控制中图分类号：ＴＭ３５１文献标志码：Ａ文章编号：１６７２－７０２９（２０１４）０５－０１４６－０８Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｆｌｕｘｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄｔｏｒｑｕｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｏｆｒａｉｌｗａｙｖｅｈｉｃｌｅｓ１，２１，３２２１，２ＺＨＡＯＫａｉｈｕｉ，ＣＨＥＮＴｅｆａｎｇ，ＺＨＡＮＧＣｈａｎｇｆａｎ，ＨＥＪｉｎｇ，ＨＵＡＮＧＧａｎｇ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｒａｆｆｉｃａｎｄＴｒａ

4、ｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７５，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｕｚｈｏｕ４１２００７，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ

5、：Ｔｈｅｐｅｒｍａｎｅｎｔ－ｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｔｒａｃｔｉｏｎｍｏｔｏｒｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆａｃｔｉｖｅｆｌｕｘｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄａｎｏｎｓｉｎｇｕｌａｒｔｅｒｍｉｎａｌ－ｓｌｉｄｉｎｇ－ｍｏｄｅｏｂｓｅｒｖｅｒ（ＮＴＳＭＯ）ｂａｓｅｄｏｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｆｌｕｘａｎｄａｐｒｅｃｉｓｅｔｏｒｑｕｅｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＡｎａｄａｐｔｉｖｅＬｕｅｎｂｅｒｇｅｒ－ｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｏｂｓｅｒｖｅｒｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅ

6、ｄｉｎα－βｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｔｏｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｓｔａｔｏｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｑ－ａｘｉｓｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｒｅｇａｒｄｅｄａｓｔｈｅｉｎｐｕｔｔｏｔｈｅａｃｔｉｖｅｆｌｕｘｏｂｓｅｒｖｅｒ．ＴｈｅＮＴＳＭＯｏｆａｃｔｉｖｅｆｌｕｘｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｉｎα－βｓｔａｔｏｒｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｆｒａｍｅ，ａｎｄａｃｔｉｖｅｆｌｕｘｗａｓｏｂｓｅｒｖｅｄｂｙａｐｐｌｙｉｎｇｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ，ｓｏａｓｔｏ

7、ｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｔｏｒｑｕｅ．Ｔｈｅｔｏｒｑｕｅｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗａｓｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅｄｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｔｏｒｑｕｅｃｏｍｍａｎｄ．Ｔｈｅｔｏｒｑｕｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｓｙｓｔｅｍｃｏｕｌｄｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄ，ａｎｄｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｒａｉｌｗａｙｖｅｈｉｃｌｅｓｗａｓｆｕｌｆｉｌｌｅｄａｎｄｇｕａｒａｎｔｅｅｄ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｎｏｔｏｎｌｙａｐ

8、ｐｌｉｅｓｔｏｓｕｒｆａｃｅ－ｍｏｕｎｔｅｄｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｓ（ＳＰＭＳＭ），ｂｕｔａｌｓｏｔｏｉｎｔｅｒｉｏｒｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ（ＩＰＭＳＭ）．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｖｅｒｉｆｙｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎ