永磁同步電動機（permanent magnet synchronous motor, PMSM）具有結構簡單、力矩慣量大和可靠性高等優良特性。因此，研發高效的永磁同步電動機控制系統具有重要的實用價值。為構建高性能的控制系統，一般需安裝霍爾傳感器等機械傳感器來獲取電動機轉子的位置信息，但價格昂貴及增大電動機體積等缺點限制了機械傳感器的實際應用。因此，近些年來，基于永磁同步電動機的無傳感器控制技術已成為研究的熱點。

當前，永磁同步電動機無傳感器控制技術對于轉角和轉速的觀測主要被分為適用于低速和中高速的兩類方法。利用電動機凸極特性，外加特定頻率的激勵來估算轉子位置信息的方法，如高頻信號注入法、低頻注入法等，被提出并應用于永磁同步電動機的控制中，在低速甚至零速都取得了良好的結果。但在運行過程中需要持續的激勵，降低了逆變器的電壓利用率，運算量大，且動態性能不是十分理想。

中、高速區無速度傳感器控制方法大多依賴于電動機數學模型，通過反電動勢獲取位置信息。早期多采用的是開環算法，如直接計算法及反電動勢積分法等。開環算法工程實現簡單，當電動機模型準確時，觀測精度高，但極易受參數變化影響，算法不穩定。

隨著控制理論的不斷發展，基于各種觀測器的閉環算法得到了廣泛的應用，如擴展卡爾曼濾波器法、模型參考自適應算法及滑模觀測器法等，使轉速觀測精度和系統魯棒性有了很大改善。擴展卡爾曼濾波器法算法比較復雜，計算量大，參數分析困難。模型參考自適應算法雖采用閉環控制，但觀測器精度依賴于參考模型的準確性。而滑模觀測器法受系統參數變化及外界擾動的影響較小，具有較強魯棒性，且結構算法簡單，工程實現容易，具有廣闊的應用前景。

本文設計的滑模觀測器，用飽和函數代替開關函數并引入反電勢卡爾曼濾波器來減弱滑模控制中固有的抖振，采用設計優化的鎖相環來提高轉速提取精度，并搭建了永磁同步電動機仿真模型來驗證該方法的有效性。

圖4 永磁同步電動機無傳感器矢量控制框圖

結論

本文基于Matlab/Simulink搭建了永磁同步電動機無位置傳感器矢量控制系統，并提出用一種改進的滑模觀測器來估算轉速與轉角信息；通過用飽和函數替代開關符號函數及增加反電勢卡爾曼濾波器來減弱抖振；為避免正切函數和微分環節的使用，引入優化的鎖相環來提取電動機的轉速與位置信息。

該方法可減少計算量，提高測量精度，節約系統資源，改善工程適用性。仿真結果表明，設計的改進滑模觀測器估算精度高，控制準確性高，動態性能良好，對外加擾動不敏感，體現出良好的魯棒性，驗證了該方法的有效性。