2008

年

11

月

25

日

Proceedings

of

the

CSEE               ©2008

Chin.Soc.for

Elec.Eng.    75

文章编号：

0258-8013

(2008)

33-0075-07

中图分类号：

TM

351

文献标志码：

A

学科分类号：

470

⋅

40

采用扩展卡尔曼滤波磁链观测器的

永磁同步电机直接转矩控制

陈振，刘向东，靳永强，戴亚平

(

北京理工大学信息科学技术学院，北京市

海淀区

100081)

Direct Torque Control of Permanent Magnet Synchronous Motors Based on

Extended Kalman Filter Observer of Flux Linkage

CHEN Zhen, LIU Xiang-dong, JIN Yong-qiang, DAI Ya-ping

(School of Information Science and Technology, Beijing Institution of Technology, Haidian District, Beijing 100081, China)

ABSTRACT:

This paper proposed that extended Kalman

filter(EKF) observer was applied to the direct torque control

(DTC) of permanent magnet synchronous motor(PMSM). The

EKF observed the stator voltage and current to estimate rotor

speed, rotor position, stator flux linkage and torque. Based on

the estimation, the sensorless speed control system of PMSM

was built. Simultaneously, by improving conventional EKF

estimated equation of state, this method raised the accuracy of

velocity estimation. The EKF observer provides a good optimal

state estimation of PMSM which is a system of nonlinear,

parameter variations and disturbance. Stability properties of

PMSM control system based on EKF was proved. The

simulation results show that this method can estimate the state

variables accurately, improve the performance of the direct

torque control of PMSM.

KEY WORDS:

extended Kalman filter; permanent magnet

synchronous motor; direct torque control; sensorless; filter’s

stability

摘要：

提出利用卡尔曼滤波

(extended Kalman filter

，

EKF)

观

测

器

对

永

磁

同

步

电

机

(permanent magnet synchronous

motor

，

PMSM)

直接转矩控制

(direct torque control

，

DTC)

系

统进行精确参数估计的方法。

通过检测定子电压和电流，

应

用

EKF

观测器精确估计电机的定子磁链、电机转速和转子

位置，间接估计转矩，近而实现

PMSM

的无速度传感器控

制；同时改进常规的

EKF

估计状态方程，提高速度估计的

精确性，并证明了基于

EKF

的控制系统的稳定性定理。仿

真结果表明该方法减小了系统的非线性、

参数变化以及干扰

带来的影响，

EKF

能够准确估计状态变量，提高了直接转

矩控制的性能。

基金项目：

国家自然科学基金项目

(10402003)

。

Project Supported by National Natural Science Foundation of China

(10402003).

关键词：

扩展卡尔曼滤波；永磁同步电机；直接转矩控制；

无速度传感器；滤波稳定性

0

引言

永磁同步电动机具有高功率密度、高效率、高

可靠性等优良的动态性能，现已越来越多地应用于

各种高性能要求的场合，发展前景广阔，已成为电

力传动领域的研究热点。直接转矩控制作为高性能

的控制方案在异步电动机上已得到广泛应用，用于

同步电动机控制也取得了一定的研究成果。

1985

年德国鲁尔大学的

M. Depenbrock

教授提

出直接转矩控制的理论，并于

1987

年将其推广至

弱磁调速范围。直接转矩控制是一种高性能的交流

变频调速技术，与矢量控制不同，直接转矩控制摒

弃了传统矢量控制中的解耦思想，取消了旋转坐标

变换，通过检测电机定子电压和电流，借助瞬时空

间矢量理论计算电机的磁链和转矩，并根据与给定

值比较所得差值，实现磁链和转矩的直接控制。此

方法仅涉及到定子电阻，对电机的参数依赖较小。

它采用空间矢量分析方法，直接在定子坐标系中计

算并控制交流电动机的转矩，采用定子磁场定向，

借助于离散的两点式调节

(Bang-Bang

控制

)

产生

PWM

信号，直接对逆变器的开关状态进行最优控

制，以获得转矩、转速的高动态性能。直接转矩控

制在感应电机的应用比较成熟

[1-2]

，

在永磁同步电机

的应用还有待进一步研究

[3-4]

。

直接转矩控制的磁链和速度的估计方法主要

有滑模观测器

[