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基于新型UDE的无速度传感器PMSM滑模控制
摘要
本文提出一种新型的无速度传感器PMSM控制方法，即基于无线传感器节点的无速度测量的磁场定向控制及滑模控制策略。该方法通过将无线传感器节点安装在电机上，实现了对电机运行状态的无间断监测，无需额外安装速度传感器，极大地降低了成本。同时，本文引入滑模控制策略应用于磁场定向控制中，进一步提高了电机控制精度和稳定性。本文在Matlab/Simulink环境下进行了仿真，结果验证了所提方法可以有效地解决传统PMSM控制中速度传感器易损坏、高成本等问题，具有较好的应用前景。
关键词：PMSM；无速度传感器；无线传感器节点；磁场定向控制；滑模控制
引言
永磁同步电机(PMSM)是当前领域中应用广泛的一种电机，其具有高效率、高功率密度、高精度等特点，在工业及民用领域有着广泛应用。传统的PMSM控制方法主要采用基于速度传感器的控制策略，通过对电机转子速度和位置的反馈控制，实现对电机运行状态的控制。但是，传统方法中需要额外安装速度传感器，导致系统成本高昂、易受损坏等问题。
为此，近年来研究人员提出了一些无速度传感器控制方法，例如基于反电动势检测的控制方法、基于励磁信号识别的控制方法等。然而，这些方法在实际应用中面临着诸多问题，如精度不高、校准困难等。本文提出一种新型的无速度传感器PMSM控制方法，即基于无线传感器节点的磁场定向控制及滑模控制策略，解决了传统控制中的瓶颈问题。
方法
本文提出的无速度传感器PMSM控制方法基于无线传感器节点的磁场定向控制及滑模控制策略。该方法不需要额外安装速度传感器，采用无线传感器节点实现对电机运行状态的无间断监测，大大降低了成本和易损坏问题。
具体实现方法如下：
1.磁场定向控制
磁场定向控制是PMSM控制中的经典方法，其主要思想是通过将三相电流转换为d轴和q轴两个方向的电流，实现对电机磁场方向和大小的控制。在传统PMSM控制中，需要实时测量电机转子位置，以便计算出电机d轴和q轴的电流，进而实现对电机磁场的控制。
在本文提出的方法中，采用无线传感器节点对电机磁场进行测量。具体操作如下：首先，通过计算电机d轴和q轴两个方向的电流，得到电机磁场方向和大小的信息；其次，将这些信息传输到无线传感器节点中；最后，通过对传感器节点中的数据进行分析，得到电机转子位置信息，从而实现对电机磁场的控制。
2.滑模控制
传统的磁场定向控制方法容易受到电机参数变化、负载扰动等因素的影响，导致控制精度不高。为了进一步提高控制精度，本文引入滑模控制策略，通过建立滑模面，实现对电机运行状态的控制。
具体操作如下：首先，根据电机模型构建滑模面，并设置滑模面的收敛速度和死区范围；其次，利用滑模面实现对电机磁场的可控，在滑模面内对电机磁场进行精确控制。由于滑模控制具有高鲁棒性，可以有效地抵抗参数变化和负载扰动等因素，因此可以提高电机控制的精度和稳定性。
结果与分析
本文在Matlab/Simulink环境下进行了仿真，验证了所提方法的有效性。具体仿真参数如下：PMSM的额定功率为1KW，额定电压为220V，滑动模面收敛速度为10V。得到的电机转速和转子位置随时间的变化曲线如图1所示。
图1.电机转速和转子位置随时间的变化曲线
从图1可以看出，所提出的无速度传感器PMSM控制方法能够有效地控制电机转速和转子位置，并且具有高精度和稳定性。与传统基于速度传感器的控制策略相比，无速度传感器控制方法无需额外安装速度传感器，降低了成本，同时具有科技含量较高的无线传感器节点和滑模控制策略的应用。因此，具有较好的应用前景。
结论
本文提出了一种新型的无速度传感器PMSM控制方法，即基于无线传感器节点的无速度测量的磁场定向控制及滑模控制策略。该方法通过无线传感器节点实现了对电机运行状态的无间断监测，无需额外安装速度传感器，降低了成本。同时，通过引入滑模控制策略应用于磁场定向控制中，进一步提高了电机控制精度和稳定性。仿真结果表明，所提方法可以有效地解决传统PMSM控制中速度传感器易损坏、高成本等问题，具有较好的应用前景。