基于PSoC®4 的PMSM无传感器矢量控制

只看该作者 · 2014-9-28 17:35

1. 引言

　　永磁同步电动机(PMSM)因其体积小、重量轻、功率密度高等优点而广泛应用于航空、航天、工业等领域。在PMSM驱动系统中, 无位置传感器空间矢量控制技术是一种成本低、可靠性好、维护简单的控制策略，避免了安装传感器(如旋转变压器、编码盘等)带来的系统体积重量增大、维护难等问题，并可适用于一些特殊场合，如空调压缩机等。PMSM无位置传感器空间矢量控制技术的难点在于转子位置的估算,近年来许多学者对此进行了深入的研究,提出了很多方法,如反电动势过零检测、高频注入法、卡尔曼滤波、模型参考自适应法、各种观测器法等。在这些方法中,滑模观测器由于其鲁棒性强、对系统参数变化及外界扰动不敏感、易于工程实现等优点,在交流调速系统中得到了广泛的应用。本文将讨论基于滑模观测器的无传感器矢量控制技术。

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2. PMSM无传感器矢量控制原理

　　状态观测器的实质就是重构控制系统的状态，将原系统中可以直接测量的变量作为新构造系统的输入信号，并使构造新系统的输出信号在一定条件下等于原系统的状态。滑模变结构控制就是根据系统当前的状态的不同，反馈控制器的结构按照事先规定的控制法则有目的地、不断地变化。通过控制系统结构的不断变化，最终使得系统的结构以极高的频率来回切换，系统的状态点做高频的上下穿越运动即滑模运行。由于变结构控制的这种独特的不连续的控制特点，它对被控对象的数学模型的精确程度要求不高，尤其是在控制过程中被控对象参数的变化和外部干扰，这些都不会对变结构控制的控制精度产生较大的影响，即变结构控制对外界的干扰有很强的鲁棒性。

　　变结构控制的基本原理是：在变结构控制中，控制量根据设定的控制法则在u+(x) 或u−(x) 之间切换. 变结构控制就是根据系统当前的状态的不同，反馈控制器的结构按照事先规定的控制法则有目的地、不断地变化，最终使得系统的结构以极高的频率不停地来回切换，系统的运动点则以极小的幅度和极高的频率在S(x)=0 上下穿越。这种特殊的状态叫做“滑模状态”。此时，这种变结构控制就叫滑模变结构控制。此时，称S(x)=0 被称作滑模面，S=S(x) 为切换函数。

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滑模观测器设计

等式2减去等式1可得：

　　无传感器矢量控制

　　图1 无传感器FOC控制框图

　　图1为无传感器FOC控制框图。整个FOC控制的核心是坐标变换，通过坐标变换将采样所得的三相电流转换成转矩电流分量i_q和磁通电流分量i_d。通过PI控制器分别对i_q和i_d进行控制，并将i_d的参考值设置为0实现最大转矩控制。三相电流采样重构后经过滑模观测器，一方面获得转子位置角，用于坐标变换，另一方面可利用角度信息获取速度信息，用于速度控制。最后通过FOC SVPWM法对三相逆变器进行控制，实现逆变驱动PMSM运行。