基于全阶滑模观测器的IPMSM无位置传感器控制策略研究

文章研究了基于全阶滑模观测器的内置式永磁同步电机（IPMSM）无位置传感器控制策略。IPMSM作为一种电机，在工业、航天、交通和家电等领域应用广泛，具备高效率、良好的调速性能、高功率密度以及易于弱磁扩速的优点。无位置传感器技术对于降低系统成本、提高系统可靠性具有重要意义，尤其是在中高速条件下实现高精度、高调速范围及强鲁棒性的控制系统显得尤为重要。 文章主要研究了适用于中高速的滑模观测器方法和静止状态下转子初始位置检测方法。文章介绍了内置式永磁同步电机扩展反电动势的概念，该概念允许转子位置信息从电感矩阵中解耦。基于此概念，构建了以定子电流和扩展反电动势为状态变量的全阶状态方程，并在此基础上构造了全阶滑模观测器。同时，文章提出了一种简化的滑模增益设计方法，利用正交锁相环通过扩展反电动势观测值跟踪转子位置信息，提高了观测器对高频噪声的抗扰能力。 文章研究了一种基于复合信号注入法的静止状态下转子初始位置检测方法。在内置式永磁同步电机高频数学模型基础上，通过在观测轴系直轴注入高频电压信号，并对测量轴系（滞后观测轴系45度电角度）的高频激励电流进行信号处理，获取转子磁极位置。在此基础上，依据定子铁心饱和非线性磁化特性，采用脉冲电压信号注入法检测转子磁极极性，即向转子磁极位置初判值方向及其负方向注入脉冲电压矢量，通过比较激励电流幅值判断转子磁极极性。 最终，在理论分析的基础上，实现了无位置传感器永磁同步电机矢量控制系统，并通过在2.2kW内置式永磁同步电机对拖加载实验平台上进行实验研究，验证了控制策略的有效性。实验结果表明，基于扩展反电动势模型的全阶滑模观测器显著提高了系统观测性能，复合信号注入法能够准确检测转子磁极初始位置，并具有较高的检测精度。 文章中还提到了一些关键技术和理论，包括滑模观测器的设计、无位置传感器技术、全阶滑模观测器、扩展反电动势的概念、初始位置检测和复合信号注入法等。这些技术和理论对于实现IPMSM的高精度、高效率和高可靠性的无位置传感器控制具有重要的参考价值。 文章对于实现IPMSM的无位置传感器控制技术做出了深入的研究，并提出了创新的设计方法和实验验证，为电机控制领域提供了有益的理论和技术支持。