基于ESO的永磁同步电机直接转矩控制.pdf

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1、第31卷第1期电工电能新技术Vol．31，No．12012年1月AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergyJan．2012基于ESO的永磁同步电机直接转矩控制刘清，王太勇，董靖川，刘清建，李勃(天津大学机械学院，天津300072)摘要:为了实现永磁同步电机(PMSM)无速度传感器直接转矩控制，本文提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的定子磁链和转速观测器。选取定子磁链作为状态变量，并将包含转速信息的不确定项扩张成为新的状态变量，通过ESO即可实现定子磁链及转速的实时估计。仿真及实验结果表明新型控制策略结构

2、简单，显著地改善了系统的动、静态性能及鲁棒性，能够快速、准确地加工出符合设计需要的模型。关键词:永磁同步电机;扩张状态观测器;无速度传感器;直接转矩控制中图分类号:TM351文献标识码:A文章编号:1003-3076(2012)01-0035-04成为新的状态变量，采用ESO实现了对定子磁链及引言转速的实时估计。仿真以及实验结果表明控制系统永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制具有快速运行稳定，能够快速、准确地加工出符合设计要求的的转矩响应和良好的动态性能，然而存在电流及磁模型。链脉动大、逆变器开关频率不恒定等问题;此外机械1ESO数学模型传感器的应用使得系统复杂性

3、增加，降低了系统的鲁棒性。因此PMSM无速度传感器直接转矩控制文献［6］首先提出了扩张状态观测器的概念与［1］已成为电机控制技术领域中的研究热点之一。方法，对于形如式(1)的非线性不确定对象，ESO具定子磁链以及转速观测是PMSM无速度传感有良好的观测效果。(n)(n－1)器直接转矩控制系统中的重要环节，目前的观测方y=f(y，y'，…，y，t)+bu(1)0法大体有以下几种:①直接计算法，这种方法结构简(n－1)式中f(y，y'，…，y，t)是未知函数，u与y是单、但依赖电机参数较多;②基于反电势积分方法，控制输入与测量输出。将未知函数f(·)扩充成新的这种方法

4、仅依赖电机定子电阻参数，但是低速性能状态变量x，x(t)=w(t)，即可将原系统扩张n+1n+1不好。③基于各种观测器的方法，例如文献［2］提成为线性系统:出基于自适应模糊逻辑观测器的方法，这种方法有x=x，x=x，…，x=xì1223n－1n效抑制转矩脉动，然而以定子电流作为状态变量可ïïx=x+bunn+10í(2)能导致启动时估算结果错误;文献［3］提出基于滑x=w(t)ïn+1ï模观测器的方法，这种方法观测准确，然而实时性不îy=x1足;文献［4］将ESO应用于感应电机转子磁链观测，在此基础上构造扩张状态观测器:这种方法实时性强，然而采用纯积分

5、进行磁链估计导致磁链计算不准确。［5，6］本文提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的PMSM定子磁链及转速观测器。选取定子磁链作为状态变量，并将包含转速信息的不确定项扩张收稿日期:2011-04-14基金项目:国家高科技研究发展计划(863)基金资助项目(2007AA042005);国家重大专项资助项目(2009ZX04014-101)作者简介:刘清(1982-)，女，陕西籍，博士研究生，研究方向基于DSP的运动控制器研究;王太勇(1962-)，男，山西籍，教授，博士，研究方向数控技术与数字化制造。36电工电能新技术第31卷e=z－y为了设计观测器，将非线性项f(

6、X)分解成为ì11ïz=z－βe线性部分f(X)以及非线性部分f(X)之和:ï12011121ïïz=z－βfal(e，α，δ)f(X1)=f1(X1)+f2(X1)(12)23021í(3)Rs10ψrïf(X)=－X－(13)11L([]1[])ïz=z－βfal(e，α，δ)+bu010ïïnn+10nn－10îz=－βfal(e，α，δ)ωrψqn+10(n+1)nf(X)=(14)21[]［8］－ωrψd其中fal(e，α，δ)是非线性函数:iαi其中f(X)中包含转速信息。将f(X)作为esign(e)，e≥δ2111fal(e，α，δ)=(

7、4)i{1－α系统已知部分，将f(X)作为系统未知部分并扩张e/δi，e＜21δ成为新的状态变量X:式(3)中通过适当选择扩张状态观测器参数，2TX=f(X)=［a(t)a(t)］(15)即可实时观测出原系统状态变量以及扩张状态变221dq·量。记X2(t)=W(t)，则可将式(8)扩张成线性控制系统:2基于ESO的定子磁链及转速观测器·X=f(X)+X+bU11120状态观测器实质上是基于原系统中可直接测量·X=W(t)(16)2的变量重新构造一个系统，使得新系统输出信号在{Y=h(X)一定条件下等价于原系统状态。根据旋转坐标系下1基于式(16)构造式(17)所

8、示的扩张状