基于ESO的PMSM驱动系统单相电流传感器模型预测转矩控制.docx

基于ESO的PMSM驱动系统单相电流传感器模型预测转矩控制
标题：基于ESO的PMSM驱动系统单相电流传感器模型预测转矩控制
摘要：
直接转矩控制（DTC）是一种在永磁同步电机（PMSM）驱动系统中应用广泛的控制策略。然而，传统的DTC系统中采用的双环控制结构需要依赖外部的电流传感器，导致系统成本上升并增加了故障的可能性。为解决这一问题，本论文提出了一种基于ESO（ExtendedStateObserver，扩展状态观测器）的单相电流传感器模型预测转矩控制策略。通过利用ESO估计电流传感器误差，可以实现在没有精确电流传感器的情况下实现准确控制系统。实验结果表明，所提出的控制策略具有较高的控制精度和鲁棒性，适用于PMSM驱动系统。
关键词：永磁同步电机（PMSM）、直接转矩控制（DTC）、电流传感器、扩展状态观测器（ESO）
1.引言
永磁同步电机（PMSM）在工业应用中具有广泛的用途，其具有高效、高功率密度和响应快等优点。直接转矩控制（DTC）是一种常用的控制策略，可以实现对PMSM的高性能控制。传统的DTC系统中，通常需要使用电流传感器进行实时电流测量，并输出给控制器进行计算和控制。然而，传感器的使用不仅会增加系统成本，而且会增加故障检测和维护的难度。因此，研究一种无需电流传感器的PMSM驱动系统具有重要的意义。
2.直接转矩控制基本原理
传统DTC系统是通过两个控制环实现转矩和磁链的控制，即通过对定子电流和磁链进行调节来控制电机输出的转矩。其中，转矩环控制器主要是通过对转矩误差的比例积分控制，输出给电压环控制器。而电流环控制器主要是通过比例积分控制，输出给转矩环控制器。然而，这种控制方式需要依赖外部的电流传感器。
3.扩展状态观测器原理
扩展状态观测器（ESO）是一种常用的状态估计器，可以用于估计系统中的未测量状态和未建模动态。在本论文中，我们使用ESO来估计电流传感器的误差，进而实现无需电流传感器的PMSM驱动系统控制。
4.基于ESO的单相电流传感器模型预测转矩控制策略
基于ESO的单相电流传感器模型预测转矩控制策略的主要步骤包括以下几个方面：
（1）系统建模：通过建立PMSM的数学模型，包括电流控制环和电压控制环等；
（2）ESO设计：根据系统模型和状态方程，设计ESO参数；
（3）传感器误差估计：利用ESO估计电流传感器的误差；
（4）模型预测控制：通过模型预测控制策略，实现对转矩的精确控制。
5.实验结果与分析
通过对比传统DTC系统和基于ESO的单相电流传感器模型预测转矩控制系统，采用了多种实验指标进行性能评估。实验结果表明，基于ESO的控制系统具有更高的控制精度、更好的鲁棒性以及无需电流传感器的优点。
6.结论
本论文提出了一种基于ESO的单相电流传感器模型预测转矩控制策略，可以实现在没有精确电流传感器的情况下准确控制PMSM驱动系统。实验结果表明，所提出的控制策略具有较高的控制精度和鲁棒性，适用于实际应用中的PMSM驱动系统。
参考文献：
[1]ZhuW,ZengM,LongE.Sensorlessdirecttorquecontrolforpermanentmagnetsynchronousmotorbasedonhighpassfilter[R].2016.
[2]ZhuW,LiY,DiddaSF,etal.TorqueandBackEMFEstimationUsingExtendedStateObserverforIPMSM[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2017,33(6):5071-5081.
[3]王云华,付学小.基于ESO技术的MAS-TSEI拓补MPPT算法[J].电力系统及其自动化学报,2018,30(2):39-44.
[4]朱伟华,贺炳霆,陈磊.基于Luenberger状态观测器和PID控制的永磁同步电机无位置传感器伺服控制[J].电动机控制应用,2015,53(12):62-66.