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哈尔滨理工大学能源动力硕士学位论文

基于快速超螺旋滑模的PMSM无位置传感器控制研究

摘要

永磁同步电机（PMSM）因功率密度高、调速范围大、过载能力强而被广

泛应用于轨道交通和新能源汽车等领域。通常采用位置传感器提取电机转子位

置信息。但位置传感器不仅增加了电机成本，还易受环境因素影响，因此无位

置传感器控制技术得到了广泛应用。本文以表贴式PMSM为研究对象，以提高

中高速域下PMSM无位置传感器控制系统的跟踪性能和运行性能为目的进行研

究。

首先，传统滑模速度控制器（SMC）存在收敛速度慢及鲁棒性差的问题，

针对这一问题本文提出一种基于快速超螺旋算法（FSTA）的速度控制器。针

对滑模速度控制器中开关函数在高频切换过程中的不连续性，用连续的控制切

换函数代替传统开关函数，用于加快收敛速度、提高控制精度。

其次，针对传统一阶滑模观测器（SMO）存在观测精度低、抖振大等问

题，本文提出一种基于快速超螺旋滑模的观测器，同时对锁相环进行归一化处

理，解决正交锁相环的带宽随转速变化的问题。通过仿真实验，将本文所提出

的方法与传统的一阶滑模观测器进行对比分析，以验证新方法的可行性及其带

来的性能改进。

最后，搭建无位置传感器控制实验平台，设计实验平台的硬件及软件部

分，并在不同工况下进行实验分析。实验结果表明：本文所提出的PMSM无位

置传感器控制策略具有良好的动静态特性。实验结果与仿真结果基本相同，进

一步验证了本文所提控制策略在不同工况下的优越性。

关键词永磁同步电机；矢量控制；无位置传感器；滑模控制

-I-

哈尔滨理工大学能源动力硕士学位论文

Researchonsensorlesscontrolof

permanentmagnetsynchronousmotor

basedonfastsuperspiralslidingmode

Abstract

PMSMiswidelyusedinrailtransitandnewenergyvehiclesbecauseofitshigh

powerdensity,largespeedregulationrangeandstrongoverloadcapacity.Position

sensorsarecommonlyusedtoextractpositioninformationofmotorrotors.However,

positionsensorsnotonlyincreasethecostofmotors,butarealsosusceptibleto

environmentalfactors,sosensorlesscontroltechnologyhasbeenwidelyapplied.In

thispaper,thesurfacemountPMSMistakenastheresearchobjecttoimprovethe

trackingperformanceandoperationperformanceofthePMSMsensorlesscontrol

systeminthemediumandhighspeeddomain.

Firstly,thetraditionalslidingmodespeedcontroller(SMC)hastheproblemof

slowconvergencespeedandpoorrobustness.Inthispaper,aspeedcontrollerbased

onfastsuperspiralalgor