永磁同步電機粒子群滑模觀測器無位置傳感器控制

摘" 要： 針對永磁同步電機傳統滑模觀測器存在高頻滑模噪聲，從而導致精度低、較大抖振以及相位延遲的問題，以及使用固定的滑模參數會使估算精度受到參數干擾而產生誤差的情況，造成控制精度比較低，提出一種改進的粒子群優化（IPSO）算法超螺旋滑模觀測器作為無位置傳感器控制的改進方法。該方法首先進行永磁同步電機數學模型的建立，然后建立超螺旋滑模觀測器，最后應用改進粒子群算法。超螺旋算法采用積分形式來消除高頻噪聲，減小誤差抖振以及相位延遲。引入改進粒子群算法對滑模觀測器參數進行滑模參數尋優，通過在線調整滑模系數可以獲得較高的收斂速度和穩態精度。仿真和實驗結果驗證了該控制策略能有效抑制系統抖振，減小相位延遲，且估計精度高，進一步說明該策略在電動汽車中有一定的可行性。

關鍵詞： 永磁同步電機； 無位置傳感器控制； 超螺旋滑模觀測器； 改進的粒子群優化算法； 滑模參數； 高頻噪聲

中圖分類號： TN402?34； TM341" " " " " " " " " 文獻標識碼： A" " " " " " " " " " " 文章編號： 1004?373X（2025）06?0161?07

PMSM particle swarm sliding mode observer sensorless control

ZHANG Jing1， LI Guiyuan1， LIU Jie1， CUI Andi2

（1. School of Automotive and Transportation Engineering， Liaoning University of Technology， Jinzhou 121001， China;

2. School of Information Technology， Liaoning University， Shenyang 110801， China）

Abstract： In allusion to the problem of high frequency sliding mode noise in traditional sliding mode observers for permanent magnet synchronous motors （PMSM）， which leads to low accuracy， large chattering， and phase delay. The use of fixed sliding mode parameters can cause estimation accuracy to be affected by parameter interference， resulting in relatively low control accuracy. An improved particle swarm optimization （IPSO） algorithm super spiral sliding mode observer is proposed as an improved method for sensorless control. The mathematical model of PMSM is established by means of this method， then a super spiral sliding mode observer is built， and finally the IPSO algorithm is applied. The hyper spiral algorithm can use integral form to eliminate high?frequency noise， reduce error jitter and phase delay. An IPSO algorithm is used to optimize the sliding mode observer parameters， higher convergence speed and steady?state accuracy can be achieved by adjusting the sliding mode coefficients online. The simulation and experimental results show that this control strategy effectively can suppress system chattering， reduce phase delay， and has high estimation accuracy， further demonstrating the feasibility of this strategy in electric vehicles.

Keywords： permanent magnet synchronous motor; sensorless control; hyper spiral sliding mode observer; improved particle swarm optimization algorithm; sliding mode parameter; high?frequency noise

0" 引" 言

永磁同步電機（Permanent Magnet Synchronous Motor， PMSM）具有體積小、功率密度高、效率高等特點[1?3]，因此在電動汽車、航空航天等領域得到了廣泛的應用。對PMSM進行控制的過程中必須安裝相關的位置和速度傳感器來獲得電機的位置、速度等信息，但位置和速度傳感器造價昂貴，不能滿足苛刻工況要求，甚至在極端工況下還會發生故障。為此，對無位置傳感器進行研究，以避免傳感器故障所造成的不可挽回的危害。……