第３４卷第６期 ２０１３年６月 哈尔滨工程大学学报 Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．６ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉ 永磁同步电机无位置传感器模糊滑模观测技术 周永勤，崔延光，王旭东，周关兰 （哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，黑龙江哈尔滨１５００８０） 摘要：针对饱和函数滑模观测器趋近滑模面较慢的问题，引入模糊控制，用模糊控制器调节开关函数输出幅值，以抑制 抖动并快速到达滑模面．通过与饱和函数滑模观测器的比较分析，验证了模糊滑模观测器能柔化控制器的输出信号，使 响应速度更快，可以实现转子位置的精确估算．同时提出一种基于锁相环的转速估算方法，解决了转速实时估算问题． 关键词：永磁同步电机；滑模观测器；模糊控制；转子位置估算；锁相环 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—７０４３．２０１２０９０７２ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２３．１３９０．Ｕ．２０１３０５３０．０９３６．００９．ｈｔｍｌ 中图分类号：ＴＭ３５１ 文献标志码：Ａ文章编号：１００６－７０４３（２０１３）０６—０７２８—０６ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｎ ｆｕｚｚｙ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｆｏｒ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ）ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ＺＨＯＵ Ｙｏｎｇｑｉｎ，ＣＵＩ Ｙａｎｇｕａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｘｕｄｏｎｇ，ＺＨＯＵ Ｍｅｉｌａｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｓ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｒｅａｃｈｅｓ ｔｈｅ ｓｌｉｄｉｎｇ ｓｕｒ－ ｆａｃｅ ｓｌｏｗｌｙ，ａ ｆｕｚｚｙ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｔｏ ｒｅｇｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｏｒ ａｌｌｅｖｉａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｈａｔｔｅｒｉｎｇ ｉｎ ｅｆｆｏｒｔｓ ｔｏ ｒｅａｃｈ ｔｈｅ ｓｌｉｄｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｑｕｉｃｋｌｙ．Ｉｎ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｔｏ ｔｈｅ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｉｔ ｗａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｃｏｕｌｄ ｓｏｆｔｅｎ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｓｉｇｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｆａｓｔｅｒ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ａ ｓｐｅｅｄ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ（ＰＬＬ）ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｅｓｔｉ— ｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｐｅｅｄ ａｓ ｗｅｌ１． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ；ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ；ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｒｏｔｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ； ｐｈａｓｅ ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐ 在永磁同步电机控制当中，通常需要使用位置 高频信号注入法等¨ Ｊ．滑模观测器具有响应快速、 鲁棒性强、易于工程实现等特点，受到了广泛的关 注，但是其存在的抖动问题一直影响着滑模变结构 算法的应用．通常抑制抖动的方法是用饱和函数代 替符号函数．饱和函数法引入边界层概念，在边界层 外是普通开关控制，在边界层内采用线性控制，能 传感器来获得电机转子的位置及转速信息，实现闭 环控制．位置传感器的优点是精度高，缺点是体积 大、成本高、需要安装，难以在高温、高压、强腐蚀等 恶劣环境下工作．因此，无位置传感器检测技术是永 磁同步电机研究的热点与难点． 永磁同步电机无位置传感器技术主要是利用电 机的数学方程估算出含有磁极位置信息的磁链或反 电动势等，进而间接估算出转子位置．目前国内外学 有效抑制抖动，但是在边界层内不能使系统快速到 达滑模面，当模型存在不确定性时，系统鲁棒性会 比较差 ．本文研究把模糊控制引入滑模观测器中， 者已提出的方法有虚拟坐标系法、模型参考自适应 法、磁链观测器、滑模观测器、扩展卡尔曼滤波器和 用模糊控制器调节开关函数的输出幅值，以抑制抖 动并满足快速性要求．对位置信号处理可以实现转 速估算，由于滑模变结构的抖动性，一般处理方法难 以得到转速信息，本文借鉴锁相环原理对转速进行 估算．通过仿真和实验，验证了模糊控制去抖动、响 应快速以及转速估算的有效性． 收稿日期：２０１２－９－２３． 网络出版时间：２０１３—５．３０ ９：３６ 基金项目：教育部科学技术重点资助项目（２０８０３７） 作者简介：周永勤（１９７０一），男，副教授，博士研究生． 通信作者：周永勤，Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｙｑｅｍａｉｌ＠１６３．ｅｏｍ 第６期 周永勤，等：永磁同步电机元位置传感器模糊滑模观测技术 １滑模观测器建模 永磁同步电机的数学模型可以表示为 Ｌ律变化的信号，如果Ｋ≥ｍａｘ（ｆ ｅ ｆ，ｆ ｅ日ｆ），则式 （７）、（９）恒小于０．由式（８）可以看出在边界层内并 等＝ Ｒｉ ， （１） 不能保证ｓ ・ ＜０，饱和函数法不要求在滑动模态 上进行变结构切换，能有效抑制抖动，但是系统只能 渐进到达滑模面，到达滑模面时间长，不能满足快速 ｖｅｔ 式中： ，为定子磁链， 、Ｒ、ｉ 、Ｍ 、 分别为 一 坐标系下定子电感、电阻、电流、电压与反电 动势．由式（２）得 ＝ａｒｃｔａｎ （一ｅ／ ），显然，若能 获得反电动势信号，便可以估算出转子位置．观测器 法是用可测参量构造出的一个全新系统，是一种状 态重构的方法．观测器法种类繁多，本文使用滑模观 测器进行观测． 选择观测定子电流与实际电流偏差为滑模超平 面ｓ＝ｓ 口： 邶一ｉ ＝０，ｉ 为滑模观测器的观测 ，值．根据式（１），构造如下滑模观测器： ｝： ：Ａｉ ＋Ｂ ＋ — ・ （ 一 ）］． （３）（） 式中：Ｉｔｓ： 口，Ａ：ｄｉａｇ（一争，一 ）， ＝ ｄｉａｇ（÷，÷），Ｋ为开关增益，ｚ（ｉ 一ｉ ）＝ｓｉｇｎ（ｓ）． 为了抑制抖动，通常使用饱和函数ｓａｔ（ｓ，８）来代替符 号函数，其中 为边界层厚度．饱和函数如下式所示： １， ｓ＞ ； ｓａｔ（５， ： ，～ ＜ ＜６； （４） 一１． ｓ＜一 根据李亚普诺夫定理，若 ・ ＜０，则滑模控制器可 以到达滑模面，系统稳定． ｓ 卢】＜ｏ． （５） 式（３）与式（１）相减得趋近律ｊ： ｄ ： ｄｔ Ａ ｉ ＋ ｅｓ—Ｋ‘ （ ｓ）］・ （６） 式中： 一ｉ 一ｉ ． 代人式（４）得 ＋Ｂｉ （ｅ 一Ｋ），ｓ＞ ； （７） ２＋ （ 一等 ），一 ＜ ＜ ；（８） ＋Ｂｉ （ｅ ＋Ｋ），ｓ＜＆ （９） 式中：Ａ ｉ 恒小于等于０，反电动势是一个按正弦规 性要求，实质上是一种准滑模控制方法 Ｊ．为了抑 制抖动并快速到达滑模面 ，本文引入模糊控制． ２模糊控制器设 在滑模运动中，当 较大时，系统远离滑模 面；当 较小时，系统接近滑模面．系统向滑模面 趋近，需要满足 ・ｊ＜０，若 较大，则趋近运动 剧烈；若 较小，则趋近运动柔和．为了使滑模运 动快速而且柔和，当系统远离滑模面时，趋近律应该 较大；当系统接近滑模面时，趋近律应该较小．因此， 在满足ｓ ’・ｊ＜０的情况下， 的取值范围由 决定，当 较大时， 应取较大值；当 较 小时， 应取较小值． 根据该原理对式（６）进行分析，由于电流观测 误差 较小，当忽略 时，可以看出ｊ正比于定子 反电动势ｅ 和开关函数控制器Ｋ・ （ ）输出之差． 当反电动势与开关函数控制器输出之差大时， 较 大，滑模运动剧烈；当它们之差小时，ｊ较小，滑模运 动柔和．显然， 的大小可通过选取ｌ ・ｚ（ ）ｌ来 改变，反之，Ｉ ・ｚ（ ）ｌ可以通过ｊ和 直接选取， 也可以通过ｓ和ｅ 间接选取．为了抑制抖动并快速 到达滑模面，本文使用模糊控制选取开关函数输出 的幅值，使用符号控制选取开关函数输出的符号，控 制框图如图１所示． 为了计算方便，本文以估算反电动势代替实际 反电动势，以 和估算反电动势作为模糊控制器输 入，输入输出变量的整数论域取｛一６，一５，一４，一３，一 ２，一１，０，１，２，３，４，５，６｝，共分为７个模糊集：ＮＬ（负 大），ＮＭ（负中），ＮＳ（负小），ＺＥ（零），Ｐｓ（正小）， ＰＭ（正中），ＰＬ（正大）．采用Ｍａｍｄａｎｉ推理算法和重 心法反模糊化对推理结果进行判决，控制规则由下 式确定： ｌ ｅｑ ｌ＝Ｉ ｅ 一ｓ Ｉ． （１０） 根据式（１０）建立模糊规则表如表１所示． 由于模糊控制的模糊性，并不一定能保证模糊 控制器输出与ｓ符号相同．例如，当输出信号在论域 零时，输出信号有可能是正也有可能是负，所以本文 加人符号控制模块，当ｓ＞０时，控制器输出为正；当 ｓ＜０时，控制器输出为负． 当到达滑模面时，ｓ＝ ＝０，由式（６）得 ｅ ＝Ｋ・ （ｉ ）． （１１） ・７３０－ 哈尔滨工程大学学报 第３４卷 等效信号ｅ 是系统沿着滑模面上下穿梭所产生的高 频信号，理想状态下穿越滑模面的频率是无限大的，需 要对其进行低通滤波，才可以得到反电动势信号 ． ｏ ｔ～ 低通滤波器频率响应函数为 Ｈ（ｊＯｔ）＝— ＿＝÷∞ｃｒＪ， １ 卞Ｊ∞ １。ｒ Ｊｐ ． （１３） ＝— Ｋ・ｚ（ｉ）． Ｓ＋∞ （１２） 相位延迟角度为ａｒｃｔａｎｐ，Ｐ一般取０．２—０．５ ．由于 采用截止频率可变的低通滤波器，因此需要补偿的 角度是一个固定值，避免了不同速度对应不同补偿 值的查表操作． 低通滤波导致； 相位滞后，需要相位补偿．假设 ∞ ＝ｐ， 为电机角速度，ｔｏ 为滤波器截止频率． 图１模糊滑模观测器框图 Ｆｉｇ．１ ＦＳＭＯ ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ 表１ 模糊规则表 Ｔａｂｌｅ １ Ｆｕｚｚｙ ｒｕｌｅ ｔａｂｌｅ ＾ ｅ ｅ叼 器，因此可以估算出平滑的速度信号．低通滤波会导 致转速信号相位滞后，但是一般机械时间常数大，可 以忽略相位滞后． ＮＬ ＮＭ ＮＳ ＺＥ ＰＳ ＰＭ ＰＬ ＮＬ ＺＥ ＰＳ ＰＭ ＮＬ ＮＭ ＮＳ ＺＥ ＮＭ ＮＳ ＺＥ ＮＬ ＮＭ ＮＳ ＺＥ ＰＳ ＮＳ ＮＭ ＮＬ ＺＥ ＮＳ ＺＥ ＰＳ ＰＭ Ｓ ＺＥ ＮＬ ＮＭ ＮＳ ＺＥ ＰＳ ＰＭ ＰＬ 图２转速估算模型 ｉｇ．Ｆ２ Ｓｐｅｅｄ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ＰＳ ＮＭ ＮＳ ＺＥ ＰＳ ＺＥ ＰＬ ＰＭ ＰＭ ＮＳ ＺＥ ＰＳ ＰＭ ＰＬ ＺＥ ＰＳ ４仿真与实验分析 本文使用Ｍａｔｌａｂ进行仿真，电机参数为Ｒ＝ ２．６ Ｑ，Ｌｄ＝０．００８ Ｈ，Ｌ。＝０．００８ Ｈ， ＝０．１０５ Ｗｂ， ＰＬ ＺＥ ＰＳ ＰＭ ＰＬ ＮＭ ＮＳ ＺＥ ３ 转速估算 转速的估算通常是对转子位置角求取微分，但 是由于滑模变结构系统存在抖动，依照该方法估算 的转速偏差比较大 Ｊ．为了提高转速估算的精度， 本文采用锁相环进行转速估算．锁相环是一个自动 频率调整的的闭合回路，使输出信号在频率和相位 上与输入信号同步． 根据锁相环原理，对角度的误差进行ＰＩ运算得 到角速度，对角速度进行积分运算后作为反馈信号． 但是当角度由２盯到０变化时，会产生幅值大约为２ｗ 的误差，该误差会使ＰＩ运算器产生较大的动作，导致 转速波动．实际上由于角度信号是周期信号，角度由 ２订变化到０时，基本无误差．由于ｓｉｎ２￣ｒ＝０，符合实 际情况，本文对角度误差 取正弦，当稳态跟踪时，角 Ｊ＝０．００３ ｋｇ－ｍ ，Ｆ＝０．０００ ２５ Ｎ・ｍ・Ｓ，Ｐ＝４．当 ｔ＝０．０６ Ｓ时，电机转速由１ ０００ ｒ／ｍｉｎ阶跃至 ２ ０００ ｒ／ｍｉｎ． 使用饱和函数的滑模观测器设置其开关增益为 ６００，边界层厚度为０．１，其仿真波形如图３、图４所 示，使用模糊滑模观测器的仿真波形如图５、６所示． 度误差０ｅ较小， 一ｓｉｎ ０ｅ．为了得到平滑的速度信 号，加入低通滤波模块，估算模型如图２所示． 滑模变结构运动沿着滑模面上下穿梭，形成正 负抖动量，加入积分运算，可以使正负抖动量相互抵 消，使输出信号稳定．本文设计的锁相环中含有积分 Ｏ Ｏ．ｏ２ ０．０４ ｔ ０．Ｏ６ ０．Ｏ８ ０．１Ｏ （ａ）转子位置波形 第６期 周永勤，等：永磁同步电机无位置传感器模糊滑模观测技术 ・７３１・ ８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ １ 咖 癣 Ｏ ０．００２ ０．０Ｏ４ ０．Ｏ０６ ０．００８ ０．０１０ ｔ／ｓ （ｂ）转子位置局部１放大波形 ８ ７ ６ 一 ＿ｕ【Ⅲ．Ｊ一＼ 车毒 加 ｍ ５ ５ 骂４ 婢３ ２ １ ０．０５０ ０．ｏ５５ ０．０６０ ０．０６５ ０．０７０ （Ｃ）转子位置局部２放大波形 咖 卜｝’ （ｄ）转子位置估计误差波形 图３基于饱和函数的转子位置仿真结果 Ｆｉｇ．３ Ｒｏｔｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｉｍｕｔａｔｉｏｎ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ｆｏｒ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｗｉｔｈ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ×１０ Ｏ ０．０２ ０．０４ ０．Ｏ６ ０．０８ ０．１０ ｔ／ｓ 图４基于饱和函数转速仿真波形 Ｆｉｇ．４ Ｓｐｅｅｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ｆｏｒ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｗｉｔｈ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ８ ７ ６ 量５ 骂４ 样３ ２ １ ０ Ｏ．０２ ０．０４ ０．０６ ０．０８ Ｏ．１０ ｔ／ｓ （ａ）转子位置波形 （ｂ）转子位置局部１放大波形 哈尔滨工程大学学报 第３４卷 哪 ８ ７ ６ ５ ４ 蝉 ３ ２ １ 估算出转子位置，转速变化时都可以快速跟踪系统 ＰＢ ＝虿 变化．从局部放大波形可以明显看出，在电机启动与 ８ ６ ４ ２ Ｏ 罐 ０．０５０ ０．０５５ ０．０６０ Ｏ．ｏ６５ ０．０７０ ｔ／ｓ （ｃ）转子位置局部２放大波形 ０ ０．０２ ０．０４ ０．０６ ０．０８ Ｏ．１０ ｔＪｓ （ｄ）转子位置估计误差波形 图５基于模糊控制的转子位置仿真结果 Ｆｉｇ．５ Ｒｏｔｏｒ ｐｏｓｉｉｔｏｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ｆｏｒ ｆｕｚｚｙ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒｎ ．璺 ｇ 图６基于模糊控制的转速仿真波形 Ｆｉｇ．６ Ｓｐｅｅｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ｆｏｒ ｆｕｚｚｙ ｓｌｉｄ－ ｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ 从转子位置波形中可以看出，两者都可以有效 转速变化时，使用模糊控制抖动小，响应平滑．从转 子位置估算误差波形上看，使用模糊控制误差更小， 系统运行更稳定． 从转速波形来看，使用锁相环可以估算出转速， 估算转速沿着实际转速上下波动，可以快速跟踪转 速变化．由于转速估算模块中含有积分和低通滤波 器，导致估算转速相位滞后于实际转速． 本文搭建以ＤＳＰ２８３３５为核心的实验平台进行 实验研究，实际转子位置与转速由编码器获得，实验 结果如图７～１０所示（１通道为实际转子位置、２通 道为估计转子位置）． ｔ 图７基于饱和函数转子位置实验波形 Ｆｉｇ．７ Ｒｏｔｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｗａｖｅｆｏｒｎｔｓ ｆｏｒ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｗｉｔｈ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｆｕｎｃ－ ｔｉｏｎ ＣＨ１ １．Ｏ０ＶＢｗ ＣＨ２ １．００Ｖ Ｍ５０．０ｍｓ ＣＨ１ ∥ｓ 图８基于饱和函数转速实验波形 Ｆｉｇ．８ Ｓｐｅｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ｆｏｒ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｗｉｔｈ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ 第６期 周永勤，等：永磁同步电机无位置传感器模糊滑模观测技术 ・７３３・ ２ ＣＨ１ １．００ＶＢｗ ＣＨ２ １．００Ｖ Ｍ５．００ｍｓ ＣＨ１ ｔ 图９基于模糊滑模转子位置实验波形 Ｆｉｇ．９ Ｒｏａｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ｆｏｒ ｆｕｚｚｙ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ∥ｓ 图１Ｏ基于模糊滑模转速实验波形 ｉＦｇ．１０ Ｓｐｅｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ｆｏｒ ｆｕｚｚｙ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ 图７是１ ０００ ｒ／ｍｉｎ时基于饱和函数的转子位 置实验波形，图８是１ ０００ ｒ／ｍｉｎ阶跃至２ ０００ ｒ／ｍｉｎ 时基于饱和函数的转速实验波形；图９是 １ ｏｏｏ ｒ／ｍｉｎ时基于模糊滑模的转子位置实验波形， 图１０是１ ０００ ｒ／ｍｉｎ阶跃至２ ０００ ｒ／ｍｉｎ时基于模 糊滑模的转速实验波形．从图中可以看出，估算的转 子位置及转速波形与实际波形相一致，验证了理论 分析与仿真结果． ４ 结束语 使用模糊控制器柔化了控制器的输出信号，可 有效地抑制滑模控制的抖动，与使用饱和函数的滑 模观测器相比，系统误差更小、响应更快．锁相环可 以实现转速估算，估算转速沿着实际转速上下波动， 其相位滞后于实际转速，可以快速跟踪转速变化． 参考文献： ［１］ＬＯＷ Ｔ Ｓ，ＬＥＥ Ｔ Ｈ，ＣＨＡＮＧ Ｋ Ｔ．Ａ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｓｐｅｅｄ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｆｏｒ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓ￣ｃｈｒｏｎｏｍ ｍｏｔｏｒｓ［Ｊ］。ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｉｎｄ， １９９３，４０（３）：３０７－３１６． ［２］ＫＩＭ Ｊ Ｓ，ＳＵＬ Ｓ Ｋ．Ｎｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＰＭＳＭ ｄｒｉｖｅｓ ｗｉｔＩｌｏｕｔ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒｓ『Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒｎａｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，１９９７，１２（５）：９Ｏ４．９１１． ［３］ＦＵ ＭｉｎｇｈＨａ，ＸＵ Ｌｏｎｇｙａ．Ａ ｎｏｖｅｌ ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈ— ｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ）Ｕ— ｓｉｎｇ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ（ＤＳＰ）［Ｃ］／／ＩＥＥＥ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．Ｄａｍｏｎ，ＵＳＡ，１９９７：４０３—４０８． ［４］ＣＨＡＮＧ Ｓｈｉｎｈｕｎｇ，ＣＨＥＮ Ｐｉｎｙｕｎｇ，ＫＡＯ Ｈａｎｃｈｕｎ．Ｒｏｂｕｓｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ＰＭＳＭｓ ｕｓｉｎｇ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｉｔｈ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ［Ｃ］／／ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒ－ ｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｉｒａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｖｉｎａ ｄｅｌ Ｍａｒ，Ｃｈｉｌｅ，２０１０： １ １７．１２２． ［５］ＨＡＭＩＤＩＡ Ｆ，ＢＯＵＣＨＥＲＩＴ Ｍ Ｓ，ＬＡＲＡＢＩ Ａ，ｅｔ ａ１．Ｄｉｒｅｃｔ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｉｔｈ ＡＮＮ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｋａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒ ｆｏｒ ＰＭＳＭ『Ｃ］／／２０１２ ９ｔｌ１ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｕｈｉ—Ｃｏｎｆｅｒ－ ｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｓｉｇｎａｌｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｃｈｅｍｎｉｔｚ，Ｇｅｒｍａｎｙ， ２０１２：１－５． ［６］金鸿章，罗延明，肖真，等．抑制滑模抖振的新型饱和 函数法研究［Ｊ］．哈尔滨工程大学学报，２００７，２８（３）： ２８８．２９１． ＪＩＮ Ｈｏｎｇｚｈａｎｇ，ＬＵＯ Ｙａｎｍｉｎｇ，ＸＩＡＯ Ｚｈｅｎ，ｅｔ ａ１．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａ・ ｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｎｏｖｅｌ ｍｅｔｈ ｏｆ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｈａｔｔｅｒｉｎｇ ｒｅ－ ｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉ— ｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００７，２ｓ（３）：２８８—２９１． ［７］ＹＥＨ Ｆｕｋｕａｎｇ，ＣＨＥＮ Ｃｈｉｎｇｍｕ，ＨＵＡＮＧ Ｊｉａｎｊｉ．Ｆｕｚｚｙ ｓｌｉｄｉｎｇ．ｍｏｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ａ ｍｉｎｉ．ＵＡＶ［Ｃ］／／ＳＩＣＥ Ａｎｎｕａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２０１０．Ｔａｉｐｅｉ，２０１０：３３１７。３３２３． ［８］鲁文其，胡育文，杜栩杨，等．永磁同步电机新型滑模 观测器无传感器矢量控制调速系统［Ｊ］．中国电机工程 学报，２０１０，３０（３３）：７８．８２． ＬＵ Ｗｅｎｑｉ，ＨＵ Ｙｕｗｅｎ，ＤＵ Ｘｕｙａｎ，ｅｔ ａ１．Ｓｅｎｓｏｄｅｓｓ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｓｉｎｇ ａ ｎｏｖｅｌ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｆｏｒ ＰＭＳＭ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＳＥＥ，２０１０，３０ （３３）：７８—８２． ［９］ＰＡＰＯＮＰＥＮ Ｋ，ＫＯＮＧＨＩＲＵＮ Ｍ．Ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｆｏｒ ｓｐｅｅｄ ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｒｉｖｅ ｏｆ ＰＭＳＭ ［ｃ］／／ＩＰＥＭＣ２００６．Ｓｈａｎｇｈａｉ，Ｃｈｉｎａ，２００６：１－５．