湖南工业大学电气与信息工程学院的赵凯辉、刘文昌、刘智诚、贾林和黄刚在2023年第6期《电工技术学报》上撰文，结合扰动观测器和无模型高阶滑模技术，提出了基于扩展非奇异终端滑模扰动观测器（Extended Nonsingular Terminal Sliding Mode Disturbance Observer, ENTSMDO）的无模型非奇异快速终端滑模控制（Model-Free Non-singular Fast Terminal Sliding Mode Control, MFNFTSMC）方法来实现容错控制，以解决高转矩永磁同步牵引电机因参数摄动和未知扰动等不确定因素造成控制性能下降的问题。
n 研究背景
永磁同步牵引系统因功率密度高、过载能力强、动态转矩快等优势，已广泛应用在高速列车、城市轨道交通、矿用机车等相关领域。然而，考虑到牵引系统中永磁同步电机控制受到未知扰动、参数摄动等不确定因素影响，如何在复杂牵引工况下使牵引电机仍保持高性能控制正成为学者研究重点。
n 论文方法及创新点
1. 提出一种无模型非奇异快速终端滑模控制方法
基于永磁同步牵引电机新型超局部模型，将无模型控制算法和非奇异快速终端滑模相结合，来设计MFNFTSMC控制器，在参数摄动和未知扰动下，电机的转速、电流、转矩能在极短时间内恢复到给定值，系统的动态响应速度和鲁棒性均得到提升。
图1 基于ENTSMDO的MFNFTSMC结构图
2. 设计扩展非奇异终端滑模扰动观测器估计新型超局部模型的不确定部分
将高阶滑模和非奇异终端滑模结相合，来设计ENTSMDO，实时精准观测新型超局部模型的未知部分，并通过对MFNFTSMC控制器前馈补偿，实现牵引电机在参数摄动和未知扰动下的容错控制，保证了牵引电机的高性能控制。
图2 基于ENTSMDO的MFNFTSMC永磁同步牵引电机驱动系统整体框图
在参数摄动和未知扰动下，实验结果表明：相比现有PI控制、传统无模型滑模控制方法，所提出的MFNFTSMC方法波形变化平稳，能有效抑制电流和转矩脉动，这归因于ENTSMDO能精准观测超局部模型中的未知部分并进行前馈补偿，使电流和转矩变化迅速，抖动明显减小。
图3 与现有方法的实验对比图
n 团队介绍
本文由湖南工业大学电气与信息工程学院“先进轨道交通装备与控制”科研团队完成。团队依托轨道交通自动化技术及装备湖南省2011协同创新中心，聚焦轨道交通电机控制与故障诊断理论与技术创新，在大功率牵引电机控制、驱动系统故障诊断、多电机网络控制等领域成果突出。近五年承担国家重点研发课题1项、国家自然科学基金3项，获国家技术发明二等奖1项、湖南省技术发明奖一等奖、科技进步二等奖、科技进步三等奖和湖南省教学成果一等奖各1项。课题组在已发表SCI/EI论文100余篇，申请及授权发明专利30余项。
