永磁同步电动机控制技术研究
摘要
随着稀土中永磁材料提取技术的不断进步，在伺服转台领域，永磁同步电机
(PermanentMagnetSynchronousMachine,PMSM)因其高转矩密度和高效率等优点而得到
了广泛的应用。传统有位置传感器永磁同步电机控制系统中，传感器存在成本高、对
工作环境要求高和体积大等问题，因此，无位置传感器控制成为了永磁同步电机控制
领域的研究热点。为了提高永磁同步电机无位置传感器的控制精度，本文以表贴式永
磁同步电机为控制对象，进行了流频比(I/F)控制转滑模观测器控制的研究，研究内容
如下：
首先，对永磁同步电机无传感器控制方法进行了总结与对比，并分析了不同方法
的特征与适用性。在此基础上，为解决电机在零速和低速状态下无感启动难的问题，
采用I/F法启动，在中高速段由I/F切换至滑模观测器控制。在I/F控制转滑模观测器控
制时，两种算法对转子位置及定子电流的处理将出现差异，直接切换将导致电机转速
不稳定，因此文中使用了平滑插值的过渡策略，有效提升电机的控制性能。
其次，对传统滑模观测器控制的固有抖振问题进行了深入分析，并通过在改进的
控制算法中引入可调节的准滑动模态函数来削弱抖振现象。此外，传统滑模观测器算
法采用的是固定增益，无法适应不同转速下的需求，因此文中以误差电流为输入变量
设计了改进超螺旋滑模观测器，进一步减小系统的跟踪误差，提高系统的动态性能和
稳定性。依据理论分析、建模仿真，相较于传统滑模观测器的控制系统，本文改进后
的方法可以有效地提升系统动态性能。
最后，搭建实验平台并对传统滑模观测器控制、基于锁相环(PhaseLockedLoop，
PLL)的滑模观测器控制以及改进超螺旋滑模观测器控制进行了实验验证和结果对比分
析，结果表明本文所提出的方法能够更好的估算转速和跟踪电机的位置信息，体现出
该算法的有效性。
关键词：伺服转台；永磁同步电动机；滑模观测器；I/F法启动；无位置传感器控
制
永磁同步电动机控制技术研究
Abstract
Withthecontinuousimprovementofrareearthpermanentmagnetmaterialextraction
technology,PermanentMagnetSynchronousMachines(PMSMs)havebeenwidelyusedinthe
fieldofservoturntablesduetotheirhightorquedensityandhighefficiency.Intraditional
sensor-basedcontrolsystemsforPMSMs,sensorssufferfromhighcost,demandingoperating
environmentrequirements,andlargesize,leadingtotheresearchfocusonsensorlesscontrolof
PMSMs.ToimprovethecontrolaccuracyofsensorlessPMSMs,thisdissertationfocuseson
thecontrolofsurface-mountedpermanentmagnetsynchronousmachinesusingtheflux-
frequencyratio(I/F)controlwithslidingmodeobserver.Theresearchcontentsareasfollows:
Firstly,asummaryandcomparisonofsensorlesscontrolmethodsforpermanentmagnet
synchronousmotors(PMSMs)wereconducted,andthec