基于PLL自适应滑模观测器的PMSLM无传感器控制研究.pdf

摘要

随着当代制造业规模的不断扩大，对于制造业水平的要求也在逐渐提高，因

此高档数控机床等制造设备也是更加的不可或缺。相较于传统的旋转电机而言，

永磁同步直线电机（PermanentMagnetSynchronousLinearMotor,PMSLM）由于

具有高速、高效、高精度，以及响应够快、没有中间传动环节等优势，被广泛应

用于有着高要求的数控机床等领域。在PMSLM的控制系统中，一般通过硬件传

感器采集电机位置和速度的信息，如编码器，霍尔传感器等。但是硬件传感器存

在着成本高、可靠性低、对环境要求高等诸多问题，因此，针对PMSLM的无传

感器控制策略得到了相关专家学者的高度关注。本文对于在中高速运行工况下的

PMSLM，提出了改进滑模观测器的无传感器控制策略，主要研究内容如下。

首先，本文分析了PMSLM的本体结构和工作原理。推导了ABC自然坐标

dq

系、静止坐标系和旋转坐标系三种坐标系之间的变换原则，建立了三种坐

标系下的数学模型，并详细论述了空间矢量脉宽调制技术（SpaceVectorPulse

WidthModulation,SVPWM）。

其次，阐述了矢量控制的基本概念以及相关的实现方法。在基于id=0的矢

量控制系统中，利用MATLAB/Simulink搭建了PMSLM的双闭环调速控制和三

闭环伺服控制的仿真系统，完成仿真实验，为后续无传感器控制方法的实现提供

基础。

然后，在传统滑模观测器的基础上，提出了一种改进的无传感器控制方法。

利用李雅普诺夫稳定性定理获取反电动势的自适应律，构建自适应滑模观测器，

使用锁相环结构替换传统反正切函数，由此获取PMSLM动子位置和速度信息，

从而更进一步的削弱了系统的抖振现象，提高了控制的精度，并在

MATLAB/Simulink中进行建模仿真，验证所提算法的优越性。

最后，搭建了PMSLM的实物实验平台并进行实验验证，此外对平台的硬件

部分与软件设计进行了论述。设计了矢量控制与无传感器控制算法的程序流程图，

并对PMSLM的矢量控制算法在实验平台上进行了实验验证与结果分析，验证了

该控制方法在实际应用中的可行性。

关键词：永磁同步直线电机；矢量控制；无传感器控制；滑模观测器；锁相

环；自适应律

I

Abstract

Withtheexpansionofmodernmanufacturingscale,therequirementof

manufacturinglevelhasbeengraduallyraised,sohigh-endCNCmachinetoolsand

othermanufacturingequipmentismoreindispensable.PermanentMagnet

SynchronousLinearMotor(PMSLM)isextensivelyappliedinCNCmachinetools

withhighvelocity,highefficacy,highaccuracy,rapidresponse,andnointermediate

transmissionlinkagescomparedtotraditionalrotarymotors.Inthecontrolsystemof

PMSLM,thepositionandspeedofmotoraretypicalobtainedbyhardwaresensor,

suchasencoderandHallsensor,etc.However,there