永磁同步電機是采用稀土永磁體代替勵磁繞組所構(gòu)成的一種新型同步電機。它結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、效率高、功率因數(shù)高，轉(zhuǎn)子無發(fā)熱問題，有較大的過載能力，較小的轉(zhuǎn)動慣量和轉(zhuǎn)矩脈動。

與傳統(tǒng)的電磁式同步電機相比永磁同步電機無需電流勵磁，不設(shè)電刷和滑環(huán)，因此結(jié)構(gòu)簡單使用方便，可靠性高。同時永磁同步電機的效率比電磁式同步電機高。與鼠籠式異步電機相比，永磁同步電機具有高效節(jié)能、體積小、重量輕、功率密度高等優(yōu)點，且電機轉(zhuǎn)速與頻率嚴格成正比。

電機調(diào)速的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)矩控制，而轉(zhuǎn)矩控制的要求可以歸納為：響應(yīng)快、精度高、脈動小、系統(tǒng)效率和功率因數(shù)高等。對于由三相永磁同步電機構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)而言，除電磁轉(zhuǎn)矩外無其它控制量可以影響電機的轉(zhuǎn)速，因此，如果能快速準確地控制轉(zhuǎn)矩，使得控制系統(tǒng)在負載擾動時能獲得較小的動態(tài)速降和較短的恢復(fù)時間，那么，調(diào)速系統(tǒng)就顧軍男1979年生；畢業(yè)于南京工業(yè)大學(xué)，研究方向為樓宇自動化、智能建筑；現(xiàn)為南京航空航天大學(xué)碩士研究生，研究方向為交流電機調(diào)速技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)。

理量，如電流、電壓磁鏈和反電動勢等信號，估計辨識電機的轉(zhuǎn)子位置，實現(xiàn)電機自同步運行。永磁同步電機無位置傳感器控制技術(shù)是在數(shù)字信號處理器（dsp）出現(xiàn)后才得以發(fā)展起來的。dsp的高速數(shù)據(jù)處理能力使無傳感器控制技術(shù)的復(fù)雜算法能得以實現(xiàn)。

常用的無傳感器控制技術(shù)有：模型位置估計法：先假設(shè)轉(zhuǎn)子所在位置，利用電機模型計算出在該假設(shè)位置電機的電壓或電流值，并通過與實測的電壓或電流比較得出兩者的差值，該差值正比于假設(shè)位置與實際位置之間的角度差。如果該差值減少為0則可認為此時假設(shè)位置為真實位置。

卡爾曼濾波器估計法：卡爾曼濾波器可以從隨機噪聲信號中得到最優(yōu)觀測。但采用該算法計算量很大，濾波器很難確定實際系統(tǒng)的噪聲級別和算法中的卡爾曼益，且受電機參數(shù)的影響較大。

檢測電機相電感變化的位置估計法：利用作為位置函數(shù)的電感變化獲得位置信息。凸極的永磁同步電機比隱極的永磁同步電機在利用該方法上更有優(yōu)勢。

3滑模觀測器的基本原理與實現(xiàn)本文所采用的無位置傳感器算法，在構(gòu)成永磁同步電機矢量控制雙閉環(huán)運行時，為了便于理論分析和實際實施，需要用到整個系統(tǒng)的全部狀態(tài)變量。通常而言，對于一個常規(guī)的動力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)x的監(jiān)測、控制與調(diào)節(jié)都是以x（t）的全部分量己知或可測量為前提的，然而實際中卻只有極少數(shù)的調(diào)節(jié)對象能夠滿足此要求，這是由于一般的系統(tǒng)并非所有的狀態(tài)變量都是可測量的，或者是雖然可以測量，但需要花費很大的工作量或者測量起來十分困難。然而，由于系統(tǒng)q維輸出量y（t）和p維控制量u（t）的全部分量通常都是可測的，因此，可以借助由這些可測量來獲得狀態(tài)變量x（t）的信息，或者即使無法精確確定x（t）也可以獲得其近似值x（t）（稱x（t）的重構(gòu)量或復(fù)現(xiàn)量），如果它們之間的誤差x（t）=x（t）-x（t）在卜（實際應(yīng)用時為觀測時間f財能趨于0問題即可解決。

通過一個狀態(tài)觀測器，利用可測的y（t）和u（t）來獲得狀態(tài)重構(gòu)（復(fù)現(xiàn)）量x（t）并且在經(jīng)過一定時間（實際應(yīng)用時為觀測時間f）后能使它變得與真正的狀態(tài)變量x（t）完全相等。由此，當用狀態(tài)重構(gòu)量（復(fù)現(xiàn)量）x（t）取代x（t）用于反饋時，就可解決全部狀態(tài)變量不可測的困難并且為系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)節(jié)創(chuàng)造條件。

由上述分析，假定無隨機擾動時的線性或線性化處理后的定常系統(tǒng)狀態(tài)空間方程有x（t）=ax（t）+bu（t）式⑴中，a、b、c為常系數(shù)矩陣（t）與u（t）假定己知（或可測），則設(shè)計的目的就是得到一個用以確定狀態(tài)變量x（t）的線性觀測器，為了獲得全部狀態(tài)變量的精確重構(gòu)，在數(shù)學(xué)上要求所設(shè)計的觀測器是收斂的，也即要求滿足同時還要求其與u（t）和初始狀態(tài)x（0），也即y（0）無關(guān)。

基于三相永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型可知，其反電勢在定子靜止兩相a坐標系統(tǒng)下的分量和及其基波分量為印（艮）=碎1+氣咖式（3）中由此可得由公式（5）可估算出轉(zhuǎn)子位置，進一步計算可以得到電機轉(zhuǎn)速信息。

根據(jù)前述分析，可以通過采用如所示的預(yù)估器來估算電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置。其中滑模觀測器（sm0）用于估算電機反電勢在定子靜止兩相卩坐標系統(tǒng)下的分量和啦濾波器用于從e.和中分別檢測出和eu信號。最后由公式（5）可估算得電機轉(zhuǎn)子位置。

由三相永磁同步電機擴展狀態(tài)方程模型，建立用于反電勢估算的smo如下在smo中，由于米用輸出誤差信號的符號函數(shù)取代了實際誤差，使得smo模塊具有高增益特征，且對參數(shù)變化具有很好的調(diào)節(jié)作用，極大地提高了整個控制系統(tǒng)的魯棒性。

4調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真分析bookmark3永磁同步電機無位置傳感器矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的控制框圖如所不，基于matlab/sinubbbb仿真的模型如所示。

可知，其構(gòu)成形式為ms！無位置傳感器矢量控制調(diào)速系統(tǒng)框圖pmsm無位置傳感器矢量控制調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖在模型中，設(shè)定轉(zhuǎn)速為628rad/s直流母線電壓為350v，負載力矩給定值為0 2nm在004s時減少為0 1nm.其線電壓波形如所示，三相電流波形如所示；d、q軸電流如所示，電機轉(zhuǎn)速波形如所示；輸出轉(zhuǎn)矩如所示；sm0模塊估算轉(zhuǎn)子位置角如所示；sm0角度估算誤差如0所示。

pmsm無位置傳感器矢量控制輸出轉(zhuǎn)矩波形im制無位置傳感器矢量控制線電壓波形im搠無位置傳感器矢量控制svi0估算輸出角度波形pmsm無位置傳感器矢量控制三相電流波形0無位置傳感器矢量控制mo角度估算誤差波形pmsm無位置傳感器矢量控制電機轉(zhuǎn)速波形用。從和可以看出，電機輸出轉(zhuǎn)矩與交軸電流成正比，驗證了d=0電流控制策略的正確性。和0分別為smo估算的轉(zhuǎn)子位置角度及估算誤差，從圖中可以看出，smo模塊估算的轉(zhuǎn)子位置角精度較高，且當負載轉(zhuǎn)矩發(fā)生突變時，仍然具有很高的精度，在系統(tǒng)進入穩(wěn)定運行狀態(tài)后，估算誤差很小，驗證了采用無位置傳感器矢量控制算法的可行性與正確性。

pmsm無位置傳感器矢量控制dq軸電流波形~可以看出系統(tǒng)在經(jīng)過大約10ms的啟動時間后，進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，轉(zhuǎn)速達到設(shè)定值628rnd/s時進入穩(wěn)定，三相電流也進入一個穩(wěn)定值。在0 04s時使負載突變，由0 2nm突變到0 1n.m轉(zhuǎn)速降低很小，經(jīng)過短時間振蕩后，仍然進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，且轉(zhuǎn)速仍然保持約628rad/s幾乎沒有變化；三相電流減小到一個新值，力矩變化對轉(zhuǎn)速影響極小，說明系統(tǒng)抗負載擾動能力較強且速度閉環(huán)起到了很好的調(diào)節(jié)作2公ib波形曲線3iaf、4皮形曲線由~可以看出當電機定子電流突變時，電機轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩波形產(chǎn)生小幅振蕩，并很快恢復(fù)到平穩(wěn)運行狀態(tài)。由可知，當電機定子電流突變時，smo模塊的輸入i和將發(fā)生較大的突變，導(dǎo)致預(yù)估器估算的轉(zhuǎn)子位置和電機轉(zhuǎn)速與電機的實際轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速存在一定程度的偏差，從而使得電機產(chǎn)生小幅振蕩。由于smo采用滑動控制并具有高益特征，因此電機很快又恢復(fù)平穩(wěn)運行狀態(tài)。

如1為采用無位置傳感器矢量控制調(diào)速系統(tǒng)在母線電壓為350v速度電流雙閉環(huán)運行狀態(tài)下ab兩相電流波形。由1可以看出，電流波形中含有較明顯的噪聲信號，呈周期性出現(xiàn)，其周期與電流有效信號周期相同。為了提高smo的估算精度，需要合理選擇電流采樣的時間點，盡可能的減小噪聲信號的影響。本文采用pwm同步方式來啟動電流采樣，并確保在零矢量作用時間段的中點時刻啟動ad，這樣可以使得采樣的電流值盡可能的接近其實際值。

1 350v速度電流雙閉環(huán)運行狀態(tài)ab兩相電流波形2為360°電角度對a、b兩相電流采樣定標后的曲線圖，3為經(jīng)過claike變換后得到的波形曲線。從圖中可以看出通過pwm同步方式啟動電流采樣可以明顯的減小噪聲信號的干擾，提高電流采樣的精度，從而使得smo模塊的電流輸入具有較高的精度，預(yù)估器的角度估算與實際角度的偏差盡可能的降低，從而減小電機的振動。

采用pwm同步方式并選擇零矢量作用時間段的中點時刻啟動ad采樣可以提高電流采樣精度，而采用由smo算法實現(xiàn)的永磁同步電機無位置傳感器矢量控制調(diào)速系統(tǒng)，具有較好的穩(wěn)態(tài)特性。

5結(jié)語仿真結(jié)果表明，采用由smo算法實現(xiàn)的永磁同步電機無位置傳感器矢量控制調(diào)速系統(tǒng)，具有較好的穩(wěn)態(tài)特性，節(jié)省了硬件成本具有實際應(yīng)用價值。