基于二阶超螺旋观测器的PMSM无模型滑模控制方法

doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.008

湖南电力 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (5): 55-63.doi: 10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.008

基于二阶超螺旋观测器的PMSM无模型滑模控制方法

肖强晖¹, 魏子诠¹, 李建英², 张伟¹, 钟丁爱¹, 张迈¹, 程谆³

1.湖南工业大学电气与信息工程学院, 湖南株洲 412007;
2.湖南文理学院计算机与电气工程学院, 湖南常德 415000;
3.湖南铁道职业技术学院, 湖南株洲 412001

收稿日期:2025-06-17 修回日期:2025-09-14 发布日期:2025-11-11
通信作者: 程谆（1988）,硕士,讲师,主要研究方向为现代电力电子技术与系统。
作者简介:肖强晖(1969),男,博士,教授,主要研究方向为电机控制技术;魏子诠(2000),男,硕士研究生,主要研究方向为永磁同步电机控制策略技术;李建英（1979）,男,博士,教授,主要研究方向为电力电子变换与电能质量控制;张伟（2001）,男,硕士研究生,主要研究方向为风力发电与并网及模块化多电平换流器控制技术;钟丁爱（1998）,男,硕士研究生,主要研究方向为电力电子和电力传动;张迈（2001）,男,硕士研究生,主要研究方向为永磁同步电机控制。
基金资助:
国家自然科学基金项目（62273142）; 湖南省教育厅科学研究项目（23B1017）

Model-Free Sliding Mode Control Method for PMSM Based on a Second-Order Super-Twisting Observer

XIAO Qianghui¹, WEI Ziquan¹, LI Jianying², ZHANG Wei¹, ZHONG Dingai¹, ZHANG Mai¹, CHENG Zhun³

1. School of Electrical and Information Engineering, Hunan University of Technology, Zhuzhou 412007, China;
2. School of Computer and Electrical Engineering, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, China;
3. Hunan Railway Professional Technology College, Zhuzhou 412001, China

Received:2025-06-17 Revised:2025-09-14 Published:2025-11-11

摘要/Abstract

摘要： 针对内置式永磁同步电机（interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM）在采用传统滑模控制中存在转速误差收敛速度慢及抖振严重的问题,提出一种新型二阶超螺旋观测器（novel second-order super-twisting observer,NSTO）与无模型非奇异终端滑模控制（model-free non-singular terminal sliding mode control,MFNTSMC）相结合的IPMSM控制方法。首先,建立包含未知参数和负载扰动的IPMSM数学模型,并设计一种无模型非奇异终端滑模控制。基于超局部模型,设计转速与电流的双闭环控制,实现系统状态误差的全局快速收敛。为进一步改善速度跟踪性能,设计新型二阶超螺旋滑模扰动观测器实时观测系统扰动,进行扰动补偿。仿真实验结果表明,相较于传统方法,该方法在抑制抖振、提高收敛速度及鲁棒性方面具有明显优势。

关键词: 永磁同步电机, 无模型滑模控制, 二阶超螺旋滑模观测器, 超局部模型

Abstract: Aiming at the problems of slow convergence of speed error and serious vibration in the traditional sliding mode control of interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM), a IPMSM control method combining a novel second-order super-twisting observer（NSTO） with a model-free non-singular terminal sliding mode control (MFNTSMC) algorithm is proposed. First, a mathematical model of IPMSM containing unknown parameters and load disturbances is established, and an MFNTSMC algorithm is designed. Then, based on the hyper-local model, a dual closed-loop MFNTSMC structure is developed to achieve global fast convergence of the system state errors. To further improve speed tracking performance, a novel second-order super-twisting sliding mode disturbance observer is designed to observe system disturbances in real time for disturbance compensation. Finally, simulation and experimental results demonstrate that compared with traditional methods, the proposed approach offers significant advantages in suppressing vibration, improving convergence speed and robustness.

Key words: permanent magnet synchronous motor, model-free sliding mode control, second-order super-twisting sliding mode observer, hyper-local model

中图分类号:

TM341

肖强晖, 魏子诠, 李建英, 张伟, 钟丁爱, 张迈, 程谆. 基于二阶超螺旋观测器的PMSM无模型滑模控制方法[J]. 湖南电力, 2025, 45(5): 55-63.

XIAO Qianghui, WEI Ziquan, LI Jianying, ZHANG Wei, ZHONG Dingai, ZHANG Mai, CHENG Zhun. Model-Free Sliding Mode Control Method for PMSM Based on a Second-Order Super-Twisting Observer[J]. Hunan Electric Power, 2025, 45(5): 55-63.

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基于二阶超螺旋观测器的PMSM无模型滑模控制方法

Model-Free Sliding Mode Control Method for PMSM Based on a Second-Order Super-Twisting Observer

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