摘要：针对低速大转矩电机驱动系统，在对无传感器技术的研究之后确定了一种基于观测器的转子转速／位置估算方法。在分析低速大转矩永磁同步电机数学模型的基础上，根据其特点，设计了一个滑模观测器，实现转子速度与位置的估算。该方法对系统运行时的噪声和参数的变化有很好的鲁棒性。理论分析和仿真实验，说明了方法的可行性和正确性。
    关键词：滑模观测器；低速大转矩；永磁同步电动机；无位置传感器；矢量控制0  引  言低速大转矩永磁同步电动机(PMSM)在电梯和一些机械装备上得到成功地应用。而在PMSM转子磁场定向矢量控制中，精确的转子位置检测是关键。通常在电动机轴上安装光电编码器等传感器测量转子位置和转速，但随之带来环境适应性不强、系统鲁棒性降低、转子转动惯量增大等问题。为此，很多学者致力于无位置传感器控制策略的研究。其中基于状态观测器控制方法，由于动态性能好、稳定性高、参数鲁棒性强等优点倍受关注。其算法复杂，对计算机实时运算速度和存储容量要求高，滑模变结构观测器对系统数学模型精度要求不高，对系统参数变化、外界环境扰动以及内部摄动等具有完全的自适应性，因此具有很强的鲁棒性，在交流调速系统控制领域展示了良好的应用前景。本文将滑模变结构控制应用于永磁同步电机控制系统。根据永磁同步电机的数学模型，设计了一个滑模变结构观测器，以估算电机转子位置和速度，实现无传感器永磁同步电机的矢量控制。利用Matlah建立了无传感器矢量控制系统的仿真模型，通过动态仿真验证了控制方法的正确性，同时也表明该控制方法简单易行，具有良好的动态和静态性能。
    1  电机数学模型及系统结构

   永磁同步电动机在α、β坐标系下的数学模型为：

    4仿真和实验
    分析为了检验系统仿真模型的正确性，以一台永磁同步电动机为例进行仿真。电动机主要参数设置如下：
    定子电阻为0．025 n，额定输出功率为14 kw，极对数为14，定子电感为15 mH，额定电流为15 A。
    图3(a)为当给定速度r=5 rad／s时由仿真测量模型检测的转子实际速度、估计速度及两者之间的误差。图3(b)为转子的实际位置、估计位置以及两者之间的误差。从图3中可以很清楚地证实所提出的无位置传感器算法具有较好的估计能力。当给定转速为5md／s时，观测器在l s时刻开始收敛，最终在4．5 s时收敛到实际的转速，与此同时，估计的转子位置也收敛到实际的转子位置。从图3中可以看到转子的位置估计误差大约在±O．1 rad。
    图4为给定转速r=0．5 rad／s时的转速估计和位置估计。可以看出，当转速较低时，观测器仍然能对转子的转速和位置做较准确地估计，只是速度的估计有些脉动，这与低通滤波器有一定的关系，若能提供更好的低通滤波器，就能在低速时得到较好的估计效果，而且在补偿方面参数的调节也可以更好地估计低速。最终从图可以看出该方法对低速大转矩永磁同步电动机的驱动系统由较好的估计效果。

    5结论
    本文依据电机定子相电流，通过clarke．变换转换到a，β坐标系，结合该坐标下的两相定子电压，根据电动机电磁方程式构造滑模变结构观测器，在低速情况下对转速和转子位置进行估算。仿真实验结果表明，采用滑模变结构观测器对转子转速和位置进行估算，有较好的收敛性；滑模切换函数与电动机参数无关，系统有很好的鲁棒性；转子位置角估计值较准确，永磁同步电动机能够在无位置传感器状态下实现矢量控制。