内置式永磁同步电动机无位置传感器控制策略.pdf

工矿自动化 In d u st ry an d Mi n e Au t o mat i o n 第45卷第5期 2019年5月 Vo l .45No .5 May 2019 文章编号1671-251X201905-0085-07 DOI10. 13272/j . i ssn . 1671-251. 201811000I 内置式永磁同步电动机无位置传感器控制策略 谷明月刘艳 唐山科技职业技术学院智能制造系，河北 唐山063000 扫码移动阅读 摘要为改善中高速永磁同步电动机无位置传感器控制的稳态、动态性能，并针对电动机反转时传统的 正交锁相环不能有效运行的问题，提出了一种基于超螺旋滑模观测器与改进正交锁相环的内置式永磁同步 电动机无位置传感器控制策略。在两相静止坐标系下，使用超螺旋函数取代传统滑模观测器的开关函数构 建超螺旋滑模观测器，可充分抑制滑模抖振，同时避免了低通滤波器的使用，解决了低通滤波器带来的相位 延迟与幅值衰减问题；改进的正交锁相环算法避免了正切函数的使用，利用一种简单的反电动势信号重构策 略获取误差信号，相比于基于正切函数的正交锁相环算法更简单有效，能够使电动机反转运行，且在运行过 程中转速与位置估计误差较小。仿真结果验证了该控制策略的可靠性和有效性 关键词内置式永磁同步电动机；无位置传感器；超螺旋滑模观测器；正交锁相环；反转；STA-SMO 中图分类号TD614 文献标志码A Sen so rl ess c o n t ro l st rat eg y o f i n t eri o r perman en t mag n et syn c h ro n o u s mo t o r GU Mi n g yu e, LIU Yan Depart men t o f In t el l i g en t Man u f ac t u ri n g , Tan g sh an Vo c at i o n al Co l l eg e o f Sc i en c e k Tec h n o l o g y, Tan g sh an 06I000, Ch i n a Abstract To i mpro ve st ead y-st at e an d d yn ami c perf o rman c e o f sen so rl ess c o n t ro l o f perman en t mag n et syn c h ro n o u s mo t o r wi t h med i u m an d h i g h speed , an d so l ve t h e pro bl em t h at t rad i t i o n al q u ad rat u re ph ase- l o c ked l o o p c an n o t o perat e ef f ec t i vel y wh en t h e mo t o r i s reversed , a sen so rl ess c o n t ro l st rat eg y o f i n t eri o r perman en t mag n et yn c h ro n o u mo t o r baed o n u per-t wi t i n g l i d i n g -mo d e o berver an d i mpro ved q u ad rat u re ph ase-l o c ked l o o p was pro po sed . In t h e t wo -ph ase st at i o n ary c o o rd i n at e syst em, t h e su per- t wi st i n g f u n c t i o n i su sed t o repl ac eswi t c h i n g f u n c t i o n o f t h et rad i t i o n al sl i d i n g -mo d eo bservert o es t abl i sh su per-t wi s t i n g sl i d i n g -mo d eo bserver,wh i c h c an f ulys u ppres s c h ateri n g o f sl i d i n g -mo d ean d avo i d u si n g l o wpassf i l t er,an d c an so l vepro bl emso f ph ased el ayan d ampl i t u d eaten u at i o n c au sed byl o wpassf i l t er. Th ei mpro ved q u ad rat u reph as e-l o c ked l o o pal g o ri t h m avo i d s u se o f t an g en t f u n c t i o n an d u ses a si mpl e revers eel ec t ro mo t i vef o rc esi g n al rec o n st ru c t i o n st rat eg yt o o bt ai n t h eerro rsi g n al .Co mpared wi t h t h e q u ad rat u re ph ase-l o c ked l o o p al g o ri t h m based o n t an g en t f u n c t i o n , t h e i mpro ved al g o ri t h m i s mo re si mpl e an d efec t i ve,an d c an maket h e mo t o rreverseo perat i o n .In ad d i t i o n ,t h espeed an d po si t i o n est i mat i o n erro ri s s mali n o perat i o n pro c ess.Th esi mu l at i o n resu l t sveri f yrel i abi l i t yan d efec t i ven esso f t h ec o n t ro l st rat eg y. Key words i n t eri o r perman en t mag n et syn c h ro n o u s mo t o r ; sen so rl ess ; sl i d i n g -mo d e o bserver based o n su per-t wi st i n g al g o ri t h m； q u ad rat u re ph ase-l o c ked l o o p; revers e; STA-SMO 收稿日期收稿日期2018-11-01;修回日期修回日期20190229；责任编辑张强责任编辑张强。 基金项目基金项目河北省自然科学基金资助项目“0142091I8 作者简介作者简介谷明月（198I ）,女，河北唐山人，副教授，主要研究方向为电气自动化，E-mai l g u mi n g yu e45616I. c o m。 引用格式引用格式谷明月，刘艳.内置式永磁同步电动机无位置传感器控制策略口-.工矿自动化2019,45（5）8591. GU Mi n g yu e, LIU Yan . Sen s o rl es s c o n t ro l st rat eg y o f i n t eri o r perman en t mag n et syn c h ro n o u s mo t o r [J-. In d u st ry an d Mi n e Au t o mat i o n 2019 45 5）85-918 - -86 - - 工矿自动化2019年第45卷 0引言引言 近些年，内置式永磁同步电动机近些年，内置式永磁同步电动机In t eri o r Perman en t Mag n et Syn c h ro n o u s Mo t o r, IPMSM 因其高功率密度、高转矩电流比的优点已广泛应用因其高功率密度、高转矩电流比的优点已广泛应用 于煤矿工业现场,于煤矿工业现场,12，其运行的安全性尤为重要,对，其运行的安全性尤为重要,对 其进行可靠控制已成为研究热点。文献其进行可靠控制已成为研究热点。文献［3］将直接将直接 转矩控制策略应用于矿用永磁同步电动机，以增强转矩控制策略应用于矿用永磁同步电动机，以增强 电动机控制系统的动静态性能。文献电动机控制系统的动静态性能。文献［4］将无差拍将无差拍 控制策略应用于矿用永磁同步电动机，以提高电动控制策略应用于矿用永磁同步电动机，以提高电动 机的效率，并抑制电动机的转矩脉动。以上控制策机的效率，并抑制电动机的转矩脉动。以上控制策 略都是基于永磁同步电动机有位置传感器的控制策略都是基于永磁同步电动机有位置传感器的控制策 略，但由于煤矿井下恶劣的工作环境，位置传感器故略，但由于煤矿井下恶劣的工作环境，位置传感器故 障率较高，需要定期停车维护，严重影响了煤矿的生障率较高，需要定期停车维护，严重影响了煤矿的生 产安全和效率的提高产安全和效率的提高5。无位置传感器控制技术能。无位置传感器控制技术能 够有效减小电动机控制系统体积，增加系统的可靠够有效减小电动机控制系统体积，增加系统的可靠 性,使永磁同步电动机可以应用于高温、高湿等恶劣性,使永磁同步电动机可以应用于高温、高湿等恶劣 环境环境3 ,其在矿用机车及垂直提升机电动机等驱动,其在矿用机车及垂直提升机电动机等驱动 系统中的应用具有重大意义。目前已有大量矿用机系统中的应用具有重大意义。目前已有大量矿用机 车 提 机 动机 动 用 置传感器车 提 机 动机 动 用 置传感器 控制策略控制策略［368］ „］ „ 永磁同步电动机无位置传感器控制技术主要包永磁同步电动机无位置传感器控制技术主要包 括适用于零低速的基于转子凸极效应的辅助信号注括适用于零低速的基于转子凸极效应的辅助信号注 入法和利用反电动势估计电动机速度与转子位置的入法和利用反电动势估计电动机速度与转子位置的 方法。适用于零低速的基于转子凸极效应的辅助信方法。适用于零低速的基于转子凸极效应的辅助信 号注入法主要包括旋转高频信号注入法号注入法主要包括旋转高频信号注入法7、脉振高、脉振高 频信号注入法间与高频方波信号注入法频信号注入法间与高频方波信号注入法9等，相比等，相比 于前于前2种方法，高频方波信号注入法有着更高的注种方法，高频方波信号注入法有着更高的注 入信号频率与电流环带宽，并且能够提高控制系统入信号频率与电流环带宽，并且能够提高控制系统 的动态性能旧。利用反电动势估计电动机速度与转的动态性能旧。利用反电动势估计电动机速度与转 子位置的方法适用于中高速电动机，主要包括模型子位置的方法适用于中高速电动机，主要包括模型 参考自适应法参考自适应法Mo d el Ref eren c e Ad apt i ve Met h o d， ， MRAS［［10］ ］、扩展卡尔曼滤波法、扩展卡尔曼滤波法Ext en d ed Kal man Fi l t eri n g，，EKF 、滑模观测器法、滑模观测器法Sl i d i n g Mo d e Observer，，SMO［［1112］ ］。模型参考自适应法对参数。模型参考自适应法对参数 依赖性过大，导致其鲁棒性能较差；扩展卡尔曼滤波依赖性过大，导致其鲁棒性能较差；扩展卡尔曼滤波 法过于复杂，计算量过大，实时性较差；滑模观测器法过于复杂，计算量过大，实时性较差；滑模观测器 法具有较强的鲁棒性，且算法简便、易于实现，在永法具有较强的鲁棒性，且算法简便、易于实现，在永 磁同步电动机无位置传感器控制中具有广泛的应磁同步电动机无位置传感器控制中具有广泛的应 用。但是,传统的滑模观测器中使用的用。但是,传统的滑模观测器中使用的si g n开关函开关函 数会使估测的反电动势引入数会使估测的反电动势引入ban g -ban g控制产生的控制产生的 高频谐波，在滑模面附近会呈现出固有的抖振现象，高频谐波，在滑模面附近会呈现出固有的抖振现象， 使得估计结果在实际值附近上下振荡，对估计精度使得估计结果在实际值附近上下振荡，对估计精度 产生 影响， ， 传 中 用低产生 影响， ， 传 中 用低 波器 频抖动 波， 但低 波器 使用会波器 频抖动 波， 但低 波器 使用会 造成位置估计的相位延迟和速度估计的幅值衰减。造成位置估计的相位延迟和速度估计的幅值衰减。 为了解决抖振问题，文献为了解决抖振问题，文献［13］采用采用si g mo i d函数取函数取 代开关函数，然而代开关函数，然而si g mo i d函数的引入，虽抑制了抖函数的引入，虽抑制了抖 振现象，但在滑模边界层内观测器的鲁棒性无法得振现象，但在滑模边界层内观测器的鲁棒性无法得 到保证。文献到保证。文献［14］采用变截止频率的低通滤波器对采用变截止频率的低通滤波器对 观 反 动势进行 波， 制 抖 ， 但观 量观 反 动势进行 波， 制 抖 ， 但观 量 产生的相位滞后与幅值衰减问题仍然存在。文产生的相位滞后与幅值衰减问题仍然存在。文 献［献［15-16-提 -提 Su per t wi st i n g Al g o ri t h m， ，STA 的二阶滑模观测器，文的二阶滑模观测器，文 献献［17］进一步分析了基于超螺旋算法的滑模观测器进一步分析了基于超螺旋算法的滑模观测器 Sl i d i n g Mo d e Oberver Baed o n Su per-t wi t i n g Al g o ri t h m， ，STA-SMO 的稳定性，并给出 了 的稳定性，并给出 了 STA- SMO的稳定条件的稳定条件，STASMO可以有效消除滑模抖可以有效消除滑模抖 振,不损害鲁棒性，并且可以避免传统振,不损害鲁棒性，并且可以避免传统SMO反电动反电动 势估计过程中低通滤波器的使用，进而避免了低通势估计过程中低通滤波器的使用，进而避免了低通 滤波器造成的相位延迟与幅值衰减。滤波器造成的相位延迟与幅值衰减。 静止坐标系下的传统滑模观测器是利用估计的静止坐标系下的传统滑模观测器是利用估计的 反电动势通过反正切函数来直接计算位置信息，但反电动势通过反正切函数来直接计算位置信息，但 是由于谐波与噪声的存在，会影响到位置估算的精是由于谐波与噪声的存在，会影响到位置估算的精 度。特别是在反电动势过零点时，将会出现明显的度。特别是在反电动势过零点时，将会出现明显的 估计误差。文献估计误差。文献［［18 ］］提出了正交锁相环提出了正交锁相环 Qu ad rat u re Ph ase-Lo c ked Lo o p, Q-PLL 算法，用算法，用 于改进位置估算性能，其通过调节角度误差来调节于改进位置估算性能，其通过调节角度误差来调节 估计 ， 使估计 际 一 ， 提估计 ， 使估计 际 一 ， 提 系统估计精度，并获得了良好的动态性能。但是当系统估计精度，并获得了良好的动态性能。但是当 永磁同步电动机反转时,永磁同步电动机反转时,Q-PLL会产生一个会产生一个180。的。的 角度估算误差，从而导致电动机无法反转运行。文角度估算误差，从而导致电动机无法反转运行。文 献献［19］提出了一种基于正切函数的正交锁相环，用提出了一种基于正切函数的正交锁相环，用 解决 动机反 效 行 ， 但解决 动机反 效 行 ， 但 法的复杂性，并且由于反正切函数的引入，其易受到法的复杂性，并且由于反正切函数的引入，其易受到 谐波与噪声的干扰。谐波与噪声的干扰。 对 制 存 ， 永磁 步对 制 存 ， 永磁 步 动机矢量控制的基础上，本文提出了一种基于动机矢量控制的基础上，本文提出了一种基于 STA-SMO与改进与改进Q-PLL的的IPMSM无位置传感无位置传感 器控制策略。传统的开关函数被超螺旋函数取代,器控制策略。传统的开关函数被超螺旋函数取代, 从而 抖 ， 且避 低 波器 使用， 解从而 抖 ， 且避 低 波器 使用， 解 决 低 波器 幅 减决 低 波器 幅 减 进 环 避 数 使用，进 环 避 数 使用， 能够使电动机实现反转运行。能够使电动机实现反转运行。 1 IPMSM数学模型建立数学模型建立 为便于超螺旋滑模观测器的设计，建立了静止为便于超螺旋滑模观测器的设计，建立了静止 坐标系下的坐标系下的IPMSM数学模型数学模型 2019年第5期谷明月等内置式永磁同步电动机无位置传感器控制策略・・87・ ・ 1 u -R pLi Li Lq“K u- -OeLi Lq R pLq -“-K-- 式中分别为式中分别为， ，-轴定子电压轴定子电压值；，为滑模增益;为扰动项。为扰动项。 文献文献［15］已经给出证明，如果式已经给出证明，如果式3中的扰动项中的扰动项 全局有界，即满足式全局有界，即满足式4,并且并且.1与怂满足式与怂满足式5, 那么电动机控制系统将在有限时间内收敛至滑那么电动机控制系统将在有限时间内收敛至滑 模面。模面。 -pi ki 2ki 2i i ki | - 11/ /2si g n - k2si g nz-dip-, 8 式中式中 ； - 2-- 式式7与式与式8中扰动项为中扰动项为 - R- Li Lq - pi Ji 匸i ---j-----coet-十十 - R- pi -,厂- Li 将式将式9、式、式10分别代入式分别代入式7、式、式8中，得到中，得到 观 器为观 器为 1 r “ - I _U i i Li Lq - 1 r------7--------， 十 yu- Li i Li 10 d“- R- Li Lq - 1 d L Li “- LU ki | | i | |i/ /2si g n Jk2si g nzd i 11 di---R；十 十Li Lq ；丄丄1 i u - i Li-十 十 Li s ki | | i- | |i/ /2si g n - k2si g n z-d i 12 将式将式9与式与式10代入式代入式4,可得可得 Ri i Lqe 十十⑴U 1 | i |1/ /2 0 i i i 13 Li Lq - R- 1 - 1/ /2 ---z----,“ --十一u- i | | “- | | 0 14 当当取值较大时，很容易满足式取值较大时，很容易满足式4所示的稳所示的稳 定性条件定性条件 将式将式11、式、式12与与IPMSM电流状态方程做电流状态方程做 , 得 止坐标 程为, 得 止坐标 程为 ・・88・ ・工矿自动化工矿自动化2019年第年第45卷卷 17 18 19 “ “d k1 | ia |1/2 s i g n za .2si g nd / 血 血 15 “d .1 IB T/2 si g ni“一一 j.2 s i g nz “巾方 巾方 匂 匂 16 当定子电流到达滑模区时，定子电流观测值收当定子电流到达滑模区时，定子电流观测值收 敛至实际值，此时有敛至实际值，此时有 dia _ di- 0 _- _ d_ d_ 0 从而可以得到反电动势的等效控制率为从而可以得到反电动势的等效控制率为 k _ k1 | i 11/2 s i g n j.2 si g nid / _ k1 | i B |1/2 s i g n i B Jk2 s i g n i Bdt 3改进的正交锁相环改进的正交锁相环 虽然正交锁相环有着良好的估计性能，但当永虽然正交锁相环有着良好的估计性能，但当永 磁同步电动机反转时，正交锁相环将会产生磁同步电动机反转时，正交锁相环将会产生180的的 角度估算误差，从而导致电动机反转失败。本文提角度估算误差，从而导致电动机反转失败。本文提 出了一种改进的正交锁相环，以解决电动机反转出了一种改进的正交锁相环，以解决电动机反转 问题。问题。 3. 1 传统的正交锁相环传统的正交锁相环 静止坐标系下的传统滑模观测器是利用估计的静止坐标系下的传统滑模观测器是利用估计的 反电动势通过反正切函数来直接计算位置信息，即反电动势通过反正切函数来直接计算位置信息，即 “e _arc t an - 20 式中式中e为转子位置估计值为转子位置估计值ZK分别为分别为仔轴扩轴扩 展反电动势的估计值。展反电动势的估计值。 由于滑模观测器固有的抖振现象，扩展反电动由于滑模观测器固有的抖振现象，扩展反电动 势观测值中存在高频谐波和噪声，这势必会影响其势观测值中存在高频谐波和噪声，这势必会影响其 观测性能；并且反正切函数计算方法包含除法运算，观测性能；并且反正切函数计算方法包含除法运算， 反 动势观 置观反 动势观 置观 会进一步被放大。会进一步被放大。 传统的正交锁相环如图传统的正交锁相环如图1所示，所示，Ze为转子速度为转子速度 估计值。定义扩展反电动势幅值为估计值。定义扩展反电动势幅值为E, ,满足满足 Ld Lq, e d D q ，e 。当 。当 | | Ze “e 2 /6 时时， ， 认为认为si n “e “eZe“e e成立，则估计误差△幺为成立，则估计误差△幺为 △幺 △幺 _ ea c o s “e Z- s i n “e _ Es i n“ec o s “e Ecos “es i n “e _ Es i n “e 3e 9 E“e “e 21 图1传统的正交锁相环 Fi g .1 Trad i t i o n al q u ad rat u reph a e-l o c ked l o o p 正交锁相环的传递函数为正交锁相环的传递函数为 2,ns,n s2 2,ns“e 22 式中严槡式中严槡J槡,槡,Gp与与Ki分别为分别为PI 调节器的比例增益与积分增益。调节器的比例增益与积分增益。 3. 2 基于正切函数的正交锁相环基于正切函数的正交锁相环 文献文献［19］提出了一种基于正切函数的正交锁相提出了一种基于正切函数的正交锁相 环，用于解决电动机反转有效运行问题，其基于正切环，用于解决电动机反转有效运行问题，其基于正切 函数构建的误差方程为函数构建的误差方程为 △k _ t an “e “/2 _ tai“e Z/2 23 1 t an“et anZe/2 当系统达到稳态时，有当系统达到稳态时，有 “e _“ee/ /2 24 该锁相环的估计位置角度为实际位置角度的该锁相环的估计位置角度为实际位置角度的 2 ， 解决 动机反 ， 但 数， 解决 动机反 ， 但 数 的引入，使得锁相环易受噪声的干扰，特别是反电动的引入，使得锁相环易受噪声的干扰，特别是反电动 势过零点时,将会产生较大的观测误差。基于正切势过零点时,将会产生较大的观测误差。基于正切 函数的正交锁相环如图函数的正交锁相环如图2所示。所示。 图2 数 环 Fi g .2 Qu ad rat u reph a e-l o c ked l o o pba ed o n t an g en t f u n c t i o n 3. 3 改进的正交锁相环改进的正交锁相环 本文提出的改进的正交锁相环如图本文提出的改进的正交锁相环如图3所示，其所示，其 误差信号以式误差信号以式25的形式求得。的形式求得。 图3改进的正交锁相环 Fi g .3 Impro ved q u ad rat u reph a e-l o c ked l o o p 2019年第5期谷明月等内置式永磁同步电动机无位置传感器控制策略・89・ △△e _ 2ZZ-c o s2ee Z es i n QOe 25 当位置 小时，式25 为 △△e _ Ksi n [2“e 3e _ 2K“e 26 式中△△“为位置估计误差，且有一2eae- Ksi n 2“e，“Z Kc o s2“e ；K E2。 动机反 ，由于平 导致估计误 差的符号不会改变，从而避免了引入正切函数，不存 受高频信号与噪声影响 点；此外，改进 交锁相环相较于基于正切函数的正交锁相环算法更 为简便。 为简化锁相环参数设计，对反电动势进行归一 化处理，有 e _ 2682比 ps i n Qee 27 e- 误差信号经过pi调节器 得到转子电角速 度，进而积分得到转子位置 z _ 1KP 牛△幺 28 改进锁相环的传递函数可表示为 “e KpS Ki “q 耳s2 Kps K 4仿真及结果分析仿真及结果分析 为验证与评估本文所述的基于STA-SMO与 改进Q-PLL的IPMSM无位置传感器控制策略的 可靠性和有效性，在Mat l ab/Si mu l i n k中对图4所 示拓扑结构进行仿真验证，其中Sa“为SVPWM模 块输 信号，用来控制功率 器件的开关 状态。具体仿真参数见表1 图4 基于STA-SMO与改进Q-PLL的IPMSM Fi g .4 St ru c t u reo f en o rl ec o n t ro l t rat eg yo f IPMSM based o n STA-SMO an d i mpro ved Q-PLL 仿真时长为1. 5 s ,采样频率为10 kHz,滑模增 益.1为15 ,.2为60 000,锁相环参数Kp为20 0 , 无位置传感器控制策略结构 表1仿真参数 Tabl e1 Si mu l at i o n paramet er 数数值参数数 功率P/kW60电阻R//0. 1 永磁磁链则/Wb0. 225 磁极对数D 4 d轴电感Ld/mH0. 95转动惯量丿/kg・m20. 1 q轴电感Lq/mH2.05采样时间2/0s100 Ki为40 000。为方便比较，传统的正交锁相环、基 于正切函数的正交锁相环与本文提出的改进的正交 锁相环采用相同的参数。STA-SMO正转闭环仿真 结果如图5所示。初始转速设为750 r/mi n,在0. 8 s 时，转速由750 r/mi n增至1 000 r/mi n ,在1. 5 s时， 负载由空载突增至50N・m。 1 250 1 000 750 500 250 7 750 实际转速 『7305 厂估计转叫 0 0.5 1.0 1.5 a转子实际转速与估计转速 时间/s p e p e 糊鞘云担鋼型 c转子位置估计误差 图5 STA-SMO正转闭环仿真结果 Fi g . 5 Si mu l at i o n res u l t s o f STA-SMO f o rward t u rn c l o sed l o o p 由图5可看出，在电动机正转时,转速可以较快 地跟踪到突变 ，实际 估计转速波形 相似度较高，转速稳态误差在6 r/mi n,位置稳态误 差在0. 03 ad以内，在升速与加载后，也能快速收 敛至实际转速和位置。仿真结果验证了基于STA- SMO的IPMSM无位置传感器控制策略的可靠性 和有效性。 电动机由零速空载启动运行至700 r/mi n ,在 0. 6 s时，给定转速由700 r/mi n降低至 700 r/mi n, 实现电动机反转运行，并在1. 2 s时负载由空载突 ・90・工矿自动化2019年第45卷 至50 N・m。图6与图7分别为电动机 到反 数 环 环反 仿 真结果 进 环闭环反转仿真 纟吉果。 G 1 000 500 S -500 亚-1 000 0 0.5 1.0 1.5 时间/s 图6基于正切函数的正交锁相环开环反转仿真结果 Fi g .6 Si mu l at i o n -esu l t so f q u ad -at u -eph as e-l o c ked l o o p o pen l o o pi n ve-s i o n based o n t an g en t f u n c t i o n 1 000 a 际 估计 0 0 -1 000 午 500 -500 实际转速 ---估计转速 0.5 1.0 时间/s / 200 --200 t-------1 0.66 0.78 700 ”*心 6801.06 1.10 p e p e 鋼起 0.39 0.45 0.68 0.80 0.94 0.97 - --- -实际位置 估计位置 0 0.5 1.0 1.5 时间/s b 际 置 估计 置 p m、揪鞘云担鋼起 0 0.5 1.0 1.5 时间/s c转子位置估计误差 图7基于改进的正交锁相环闭环反转仿真结果 Fi g . 7 Si mu l at i o n res u l t s o f i mpro ved q u ad rat u re ph ase- l o c ked l o o p c l o sed l o o p i n versi o n 由图6可以看出 数的正交锁相环 虽能够解决电动机反转问题，但由于正切函数的引 入，使得 环易受噪声的干扰，特 近零低 ，将会产生较大的观 ，从而不 动 机 到反 行。由图7 看出，电 动机 反 变 动 得到保证。在实现电动机由正转切换至反 程 中，估计的转速可以较快地跟踪到突变后的转速，位 置 不 0.16 ad， 敛至实际 位置。 5结论结论 1在静止坐标系下，使用超螺旋函数取代传 统的开关函数构 用于IPMSM的超螺旋滑模 观测器， 抖振，并避免了低通滤波器的使用， 从而解决了低 波器 幅值衰 减，改善了永磁同步电动机控制运行的动态及稳态 2针对电动机反转问题，在传统正交锁相环 的基础上，提出了一种改进正交锁相环算法，相比于 基于正切函数的正交锁相环算法，该算法更简单有 效，能够使电动机反转运行，且在运行过程中转速与 位置估计误差较小，验证了基于STA-SMO与改进 Q-PLL的IPMSM无位置传感器控制策略的可靠 性和有效性。 参考文献References [1 -张国强，王高林，徐殿国，等.基于单观测器误差信息 融合的永磁电机无传感器复合控制策略[J-.中国电 机工程学报,2017,3720 6077-6082. 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