采用扰动转矩观测器的无刷直流电机的控制

邓正万

摘要：与常规的PI控制相比，滑模变结构控制（sliding mode variable structure control，SMC）能够有效地提高系统的鲁棒性和响应速度，因此被运用于无刷直流电机（brushless DC motor，BLDCM）的调速系统中，但是滑模固有的抖动现象限制了其运用。在BLDCM调速系统设计中转速调节器采用SMC控制策略，并在此基础上增加负载扰动转矩观测器环节，将负载扰动观测器的输出接到电流调节器的输入端，作为负载扰动转矩的前馈补偿控制输入。实验结果表明所设计的控制器能提高系统的鲁棒性，抑制滑模抖动现象，具有较好的动、静态性能。

关键词：无刷直流电机；滑模控制；抖动；扰动观测器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.001

1引言

无刷直流电机（brushless DC motor，BLDCM）具有结构简单、扭矩大、效率高及寿命长等优点，因此在国防、工业过程、交通、航天航空和家用电器等领域的应用越来越广泛。但是BLDCM及其驱动系统是一个多变量、强耦合、非线性的系统，当系统受外界扰动或系统本身参数摄动等因数的影响，采用常规的PI控制，一般难以得到高性能的控制效果。滑模变结构控制（sliding mode variable structure control，SMC）是一种非线性控制，对系统数学模型描述不准确、系统本身参数摄动及内外扰动都具有很好的鲁棒性，而且算法简单，响应快速等特点。近年来，滑模变结构控制被许多学者应用于无刷直流电机伺服控制系统中。

目前，SMC运用于BLDCM伺服系统取得一定的研究成果，滑模变结构控制的本质是一种开关控制，利用状态向量在滑模面的开关动作来抑制外界扰动及参数变化的影响，当扰动量幅值及參数变化范围的增加，必须提高不连续项的增益，但这样会加剧滑模固有的抖动现象。针对这一问题，本文在SMC的基础上提出一种负载扰动观测器，将观测器的输出引入到电流调节器的输入端，进而利用观测值对扰动进行前馈补偿的方法，拟达到有效地抑制滑模抖动的目的。