一种改进型自适应滑模观测器的PMSM控制系统

为了改善传统滑模观测器(SMO)在无感永磁同步电机(PMSM)中转速和转子位置跟踪精度不高的问题，重新设计了一种改进型自适应滑模观测器。采用饱和阈值函数sigmoid代替传统设计中的sign函数；在边界层外引入削弱型积分，用反电动势自适应估计环节来代替低通滤波，提高系统的鲁棒性和反电动势的估算精度；再通过锁相环(PLL)技术来降低估算误差，经过Lyapunov函数来验证算法的稳定性。最后，基于31 W的PMSM实验平台进行算法验证对比出优越性。结果表明，改进型自适应滑模观测器能够实现PMSM的高精度控制同时能达到稳定性要求。

自从人们把变速系统广泛应用于汽车工业，伴随电力电子科学技术、电机控制理论研究及微电力电子技术的发展，交流永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)凭借其优越的控制性能， 广泛用于高精密数控机床、激光切割、纺织等对系统的精度和可靠性要求严格的领域[1]。然而PMSM 是一个复杂的系统，在实际运行中无法忽略电机参数随运行环境的变化，从而影响控制器的调节性能。矢量控制(vectorcontrol, FOC)的形式主要是0di =，为实现电机转子位置和转速信息的实时反馈控制，通过传感器在来采集转子的位置信息和转速信息，但此种方法由于采用了传感器所以不可避免地存在诸如体积、成本、接线复杂、抗干扰能力弱等问题[2]。为了解决这些问题，国内外学者提出了多种无传感器的PMSM 控制方法。滑模观测器法因其鲁棒性好、控制相对精确、响应时间快等优点被广泛使用。

由于滑模观测器自身的工作特性， 在干扰大及参数不确定的非线性系统中， 能够保持良好的鲁棒性。

同时也由于其结构原因， 开关的不断切换导致控制的不连续， 使得系统出现抖振， 采用滑模观测器的系统输出避免不了抖振的产生， 为保证系统的强鲁棒性。

所以国内外研究方法致力于削弱系统的抖振而不是完全消除， 文献[3]提供了一种在矢量控制中利用饱和函数代替传统的滑模观测器里面的开关切换函数，从而改善因为高频信号所引起的抖振，提高电机系统的稳定性。文献[4]提供了一种新颖的算法思路，提出了一种自抗扰滑模控制器的设计思路， 能够精确估计出电机的转子位置， 稳态性能良好， 但是此算法在实际应用中会由于算法过于复杂而难以应用。文献[5] [6]提出了一种滤波反电动势代替法，在边界层结合趋近律对滑模观测器进行饱和函数构造，削弱系统抖振，但此种涉及到反电动势替换的方法会导致相位、幅值的变化[7]。

本文在传统的滑模观测器的思路上提出了一种新型自适应算法与锁相环(PLL)相结合的技术， 将传统的用低通滤波器对转子值进行补偿的环节进行重新设计，用反电动势自适应环节来代替，结合锁相环(PLL)技术[8]来提高电机转子位置的准确性识别与转速估计误差缩小。

同时提出边界层概念， 在滑模面的