滕青芳 崔宏伟 朱建国 郭有光 田杰

Abstract：Based on extended state observer （ESO）， a novel model predictive torque control （MPTC） strategy was developed for three phase permanent magnet synchronous motor （PMSM） drive system with current sensorless. To achieve high precision control， generally two phase current sensors are indispensable for successful operation of the feedback control. For this purpose， by use of technique of ESO， a new observer for estimating three phase currents and time-varying stator resistance was put forward. Moreover， to reduce torque and flux ripples and improve the performance of the torque and speed， MPTC strategy was employed. The resultant ESO-based MPTC strategy enables PMSM drive system not only to run stably and reliably but also to have satisfactory control performance and strong robustness. The simulation results validate the feasibility and effectiveness of the proposed scheme.

Keywords：model predictive torque control; PMSM drive system; extended state observer; current sensorless

0 引 言

永磁同步電机（permanent magnet synchronous motor， PMSM）具有转矩惯量比高、功率因数高等优点， 因而在工业、交通、军事、航空等重要领域得到广泛应用。为了实现PMSM驱动系统高精度控制，需要对电流进行反馈控制，因此需要在逆变器交流侧安装两个相电流传感器。如果电流传感器出现突然的故障，可导致系统过载电流，假如对驱动门电路不采取正确的保护措施，就会使得逆变器功率半导体出现不可恢复的失效，由此造成电机性能恶化。另外，相电流传感器增益漂移和偏移等轻微故障会导致转矩（以及速度）出现与逆变器同频率的脉动，偏移误差越大，转矩调节性能越差。如果电流传感器偏移和增益漂移超过一定的界限，则电机在重载或高速运行情况下会出现过流跳闸。因此，有必要考虑针对电流传感器故障的电机驱动系统容错控制问题。

近年来基于无电流传感器技术的容错控制研究受到关注，其核心是用虚拟传感器（也称为相电流估计器）代替故障电流传感器，该技术能够增加可靠性、降低硬件成本、减少系统体积和复杂性，且不受恶劣环境限制等优点。目前电机驱动系统中相电流估计方法主要有3种：1）直流母线电流重构法[1-2];2）电机模型法;3）模型参考自适应法（MRAS）。第1种方法是利用直流侧电流和逆变器开关状态重构三相电流，尽管它是目前的主流方法，但其固有缺点在于：首先，直流母线电流传感器采样需要一定的时间，而逆变器开关状态的作用时间有限，从而存在一定的测量盲区，导致重构电流的不可靠;其次，重构精度受到PWM（SVPWM）死区的影响;再者，该方法得到的相电流谐波较大。……