CN110460280A - 一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法，首先，在永磁同步电动机数学模型的基础上，根据永磁同步电动机的机械运动方程设计无差拍预测控制器；再设计滑模负载转矩观测器；最后对滑模负载转矩观测器进行分析，以实现对永磁同步电动机的准确控制。本发明方法将滑模负载转矩观测器与无差拍预测控制相结合，提高了其动态响应速度；同时将传统滑模观测器中包含符号函数的等速趋近律替换为基于正弦函数的光滑趋近律，以此来抑制传统滑模观测器中的滑模抖振和减少滑模面到达时间。

Description

一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，涉及一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法。

背景技术

我国已成为世界上最大的稀土生产、应用和出口国。稀土钴及钕铁硼永磁材料因其具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积等优点而被广泛应用于永磁电机，永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)就是其典型应用之一。永磁同步电动机因其具有体积小、结构简单、功率密度大和转矩惯性比大等优点而被广泛应用于交流电机传动领域，如工业机器人、数控机床、电动汽车等领域。随着上述领域对高性能伺服控制系统的需求不断上升以及这些领域自身的发展，极大地推动了永磁同步电动机先进控制技术的飞速发展。

矢量控制是一种经典的永磁同步电动机控制方式，主要思想是通过坐标变换，把三相交流电机按照直流电机的控制方法来控制，其控制结构是一种速度环和电流环的级联结构。矢量控制作为一种通用控制技术，具有稳态精度高、开关频率固定等优点，但也存在动态性能不佳、消除误差的方式为被动方式和对外部扰动敏感等问题。尤其是永磁同步电动机是一个多变量、非线性、强耦合系统，应用环境一般较为复杂且常常存在各种扰动，如电机参数的变化和外部负载扰动等，在这些复杂工况下，矢量控制的性能将不能满足需求。针对上述问题，国内外学者提出了许多针对速度环的改进控制方法，如滑模控制、自适应控制、模糊控制、无差拍预测控制等。当速度环采用无差拍预测控制时，需要知道电机的负载转矩值。同时，在一些高端大型设备中使用永磁同步电动机驱动时，需要抑制大负载和大转动惯量变化工况下的速度波动，要实现这一点，就需要在线辨识负载转矩。

目前，应用于负载转矩辨识的方法主要包括卡尔曼滤波、模型参考自适应控制和滑模观测器等。滑模观测器具有抗干扰能力强、对系统扰动鲁棒性强、响应快、易于实现等优点而受到人们的广泛关注。然而滑模观测器的抖振问题是制约滑模观测器性能的一个主要因素，目前的解决方法主要有提高滑模观测器的阶数和改进趋近律等，如二阶滑模观测器、利用饱和函数替代传统符号函数等方法。采用二阶滑模观测器方法虽然能降低滑模抖振，但是二阶滑模观测器设计复杂，会增加控制系统的计算量；利用饱和函数替代传统符号函数在不增加计算量的同时能有效降低滑模抖振，是一种使用广泛的方法，但是传统的饱和函数存在不连续点，这会在不连续点引起一定的抖振。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法，解决了现有技术中存在的永磁同步电动机在负载扰动的复杂工况下速度响应慢、控制效果差的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，建立永磁同步电动机的数学模型；

步骤2，在永磁同步电动机数学模型的基础上，根据永磁同步电动机的机械运动方程设计无差拍预测控制器；

步骤3，设计滑模负载转矩观测器；

步骤4，对滑模负载转矩观测器进行分析，以实现对永磁同步电动机的准确控制。

本发明的特点还在于：

步骤1中，永磁同步电动机的数学模型具体如下：

式(1)中，u_d和u_q分别为直轴电压和交轴电压；i_d和i_q分别为直轴电流和交轴电流；L_s为定子电感；R_s为定子电阻；ω_m为转子机械角速度；ω_e为转子电角速度；ψ_f为永磁体磁链；J为转动惯量；B为摩擦粘滞系数；T_e为电磁转矩；T_L为负载转矩；p_n为电机极对数；L_d和L_q分别为d、q轴电感分量；t为时间；其中，表贴式永磁同步电动机中L_d＝L_q＝L_s。

步骤2中，永磁同步电动机的机械运动方程具体如下：

式(2)中，T_e为电磁转矩；T_L为负载转矩；J为转动惯量；B为摩擦粘滞系数；ω_m为转子机械角速度；t为时间；

故表贴式永磁同步电动机的机械运动方程具体如下：

采用后向欧拉法对公式(3)进行离散化处理，得到无差拍预测模型，具体表述如下：

式(4)中，T_sω为速度环的采样周期；ω_m为转子机械角速度；p_n为电机极对数；ψ_f为永磁体磁链；J为转动惯量；i_q为交轴电流；T_L为负载转矩；B为摩擦粘滞系数；ω_m(k+1)为(k+1)时刻转子机械角速度的预测值；ω_m(k)为k时刻转子机械角速度；

令则无差拍预测控制器具体表述如下：

式(5)中，为q轴电流的给定值；为电机机械角速度的给定值。

步骤3中，设负载转矩在相邻采样周期的变化率近似为零，故永磁同步电动机的机械运动方程具体表述如下：

式(6)中，ω_m为转子机械角速度；T_L为负载转矩；ψ_f为永磁体磁链；J为转动惯量；B为摩擦粘滞系数；p_n为电机极对数；i_q为交轴电流；t为时间；

滑模负载转矩观测器的具体设计为，选取速度估计误差作为状态切换函数，s_new(x)＝0为滑模切换面，k为滑模抖振抑制因子，s(x)为传统滑模切换面函数，为电机机械角速度观测值，ω_m为转子机械角速度；根据公式(6)构建滑模负载转矩观测器，具体表述如下：

式(7)中，U为由滑模趋近律构成的开关信号，且λ为滑模增益，a为反馈增益，为电机机械角速度观测值；k为滑模抖振抑制因子，sat为定义的滑模趋近律，ω_m为转子机械角速度；p_n为电机的极对数；为负载转矩观测值。

步骤4中，对滑模负载转矩观测器进行分析具体包括趋近律的优越性分析和稳定性分析。

滑模负载转矩观测器趋近律具体表述如下：

对滑模负载转矩观测器趋近律的优越性分析具体表述如下：

式(8)、(9)中，S_new为状态切换函数；sat(s_new(x))为定义的滑模趋近律，sat′(s_new(x))为sat(s_new(x))的导数。

对滑模负载转矩观测器的稳定性分析具体为，将公式(7)与公式(6)进行做差，得到滑模负载转矩观测器的误差方程，具体表述如下：

式(10)中，e₁为速度估计误差，e₂为负载转矩估计误差，U为由滑模趋近律构成的开关信号，

滑模负载转矩观测器进入滑动模态时，e₁＝0及则由公式(10)可得滑模负载转矩观测器的稳定性分析公式，具体表述如下：

式(11)、(12)中，a为反馈增益；J为转动惯量；s_new(x)为状态切换函数，为s_new(x)的导数；

当且a＜0时，滑模负载转矩观测器负载转矩观测器稳定；否则，滑模负载转矩观测器负载转矩观测器处于发散状态。

本发明的有益效果是：

(1)、本发明一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法将无差拍预测控制与滑模观测器相结合，在永磁同步电机矢量控制的速度环引入无差拍预测控制；滑模观测器观测出电机负载转矩，将观测出的负载转矩送入速度控制器重新设计，得到q轴电流的参考值；通过矢量控制的电流环得到作用于逆变器的控制量，使得永磁同步电机能够在复杂工况仍然能够保持其稳定的输出，显著提高了系统对负载转矩的鲁棒性；

(2)、本发明解决了传统滑模观测器采用符号函数构建趋近律，导致观测器状态在滑模面附近呈现出抖振现象，使得估计结果在实际值上下来回波动，对估计结果产生直接影响的问题；为了降低滑模抖振和减小滑模面到达时间，本发明采用一个连续光滑的正弦函数代替符号函数，同时引入一个滑模抖振抑制因子来调节边界层厚度，这样依据正弦函数的连续性以及滑模抖振抑制因子对边界层的调节，能够有效地降低滑模抖振和减小滑模面到达时间，提高永磁同步电动机系统运行的可靠性。

附图说明

图1是本发明一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法的流程图；

图2是本发明一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法中控制系统的原理图；

图3是不同滑模抖振抑制因子k对应的滑模趋近律的示意图；

图4是本发明一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法中永磁同步电动机的转速波形图；

图5是本发明一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法中永磁同步电动机负载转矩的观测波形图；

图6是在周期性负载扰动下本发明中永磁同步电动机负载转矩的观测波形图。

图中，1.三相逆变器，2.电流检测电路，3.永磁同步电动机，4.Clark变换模块，5.Park变换模块，6.滑模负载转矩观测器，7.无差拍预测控制模块，8.SVPWM调制模块，9.旋转编码器，10.Park逆变换模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明公开的基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法，其目的是能够解决永磁同步电动机在负载扰动等复杂工况下速度响应慢、控制效果差的问题，以实现永磁同步电动机的准确控制。同时，该控制方法提供了一种滑模负载转矩观测器用以观测永磁同步电动机的负载转矩，使得永磁同步电动机在负载变化时也具有快速的速度响应。滑模观测器的最大特点是采用光滑趋近律代替传统的由符号函数构成的趋近律，并且引入了一个滑模抖振抑制因子来抑制滑模抖振。

如图2所示，本发明一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法采用的控制系统如下：

包括信号检测电路、主电路和控制电路；主电路包括三相逆变器1和永磁同步电动机3，主要用于驱动永磁同步电动机3；信号检测电路包括电流检测电路2和旋转编码器9，主要用于检测永磁同步电动机3的电流和转子位置信号；控制电路包括Clark变换模块4、Park变换模块5、滑模负载转矩观测器6、无差拍预测控制模块7、SVPWM调制模块8和Park逆变换模块10，主要用于对信号检测电路得到的信号就行处理，得到控制主电路的控制信号。

其中，控制电路将电流检测电路2检测永磁同步电动机3后得到的三相电流i_a、i_b和i_c经过Clark变换模块4处理后得到i_α和i_β；旋转编码器9检测永磁同步电动机3的转子位置角θ，求导得到电机机械角速度ω_m；i_α、i_β与θ经过Park变换模块5处理后得到两相旋转坐标系下的直轴和交轴电流反馈值i_d和i_q；i_q和ω_m经过滑模负载转矩观测器6处理后得到负载转矩观测值负载转矩观测值电机机械角速度给定值和电机机械角速度ω_m经过无差拍预测控制模块7处理后得到交轴电流的给定值交轴电流给定值与交轴电流反馈值i_q作差后经过PI控制器处理后得到交轴电压给定值直轴电流给定值与直轴电流反馈值i_d作差后经过PI控制器的到直轴电压给定值以及θ经过Park逆变换模块10得到再经过SVPWM调制模块8得到三相逆变器1的开关序列，用以控制永磁同步电动机3。

如图1所示，本发明一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，建立永磁同步电动机的数学模型；其中，永磁同步电动机的数学模型具体如下：

式(1)中，u_d和u_q分别为直轴电压和交轴电压；i_d和i_q分别为直轴电流和交轴电流；L_s为定子电感；R_s为定子电阻；ω_m为转子机械角速度；ω_e为转子电角速度；ψ_f为永磁体磁链；J为转动惯量；B为摩擦粘滞系数；T_e为电磁转矩；T_L为负载转矩；p_n为电机极对数；L_d和L_q分别为d、q轴电感分量；t为时间；其中，表贴式永磁同步电动机中L_d＝L_q＝L_s。

步骤2，在永磁同步电动机数学模型的基础上，根据永磁同步电动机的机械运动方程设计无差拍预测控制器；

永磁同步电动机的机械运动方程具体如下：

式(2)中，T_e为电磁转矩；T_L为负载转矩；J为转动惯量；B为摩擦粘滞系数；ω_m为转子机械角速度；t为时间；

故表贴式永磁同步电动机的机械运动方程具体如下：

采用后向欧拉法对公式(3)进行离散化处理，得到无差拍预测模型，具体表述如下：

式(4)中，T_sω为速度环的采样周期；ω_m为转子机械角速度；p_n为电机极对数；ψ_f为永磁体磁链；J为转动惯量；i_q为交轴电流；T_L为负载转矩；B为摩擦粘滞系数；ω_m(k+1)为(k+1)时刻转子机械角速度的预测值；ω_m(k)为k时刻转子机械角速度；

由于转速是一种机械量，电流是一种电气量，机械时间常数通常远大于电气时间常数，通常令T_sω为电流环采样周期的5～20倍；本发明中取速度环采样周期T_sω为电流环采样周期的10倍。

令则无差拍预测控制器具体表述如下：

式(5)中，为q轴电流的给定值；为电机机械角速度的给定值。

步骤3，设计滑模负载转矩观测器；

设负载转矩在相邻采样周期的变化率近似为零，故永磁同步电动机的机械运动方程具体表述如下：

式(6)中，ω_m为转子机械角速度；T_L为负载转矩；ψ_f为永磁体磁链；J为转动惯量；B为摩擦粘滞系数；p_n为电机极对数；i_q为交轴电流；t为时间；

滑模负载转矩观测器的具体设计为，选取速度估计误差作为状态切换函数，s_new(x)＝0为滑模切换面，k为滑模抖振抑制因子，s(x)为传统滑模切换面函数，为电机机械角速度观测值，ω_m为转子机械角速度；根据公式(6)构建滑模负载转矩观测器，具体表述如下：

式(7)中，U为由滑模趋近律构成的开关信号，且λ为滑模增益，a为反馈增益，为电机机械角速度观测值；k为滑模抖振抑制因子，sat为定义的滑模趋近律，ω_m为转子机械角速度；p_n为电机的极对数；为负载转矩观测值。

步骤4，对滑模负载转矩观测器进行分析，以实现对永磁同步电动机的准确控制；

其中，对滑模负载转矩观测器进行分析具体包括趋近律的优越性分析和稳定性分析；

滑模负载转矩观测器趋近律具体表述如下：

对滑模负载转矩观测器趋近律的优越性分析具体表述如下：

式(8)、(9)中，S_new为状态切换函数；sat(s_new(x))为定义的滑模趋近律，sat′(s_new(x))为sat(s_new(x))的导数。

图3为滑模抖振抑制因子k取不同值时滑模趋近律示意图。由图3及可知，当k>1并逐渐增大时，边界层厚度会逐渐降低，而这会导致滑模抖振的增加；当0<k<1并逐渐减小时，边界层厚度会逐渐增加，这有助于降低滑模抖振。在本发明中，由于光滑趋近律能够加快滑模面的到达速度，降低滑模面的到达时间，所以选取0<k<1有助于降低滑模抖振。

由滑模趋近律的导数sat′(s_new(x))可知，在靠近原点时，sat′(s_new(x))的值最大；在靠近±π/2时，sat′(s_new(x))的值最小；即当控制系统状态靠近滑模面时，其速度呈现增加的趋势；使其能够保持在滑模面附近运动。在±π/2处，sat′(s_new(x))是连续的，即sat(s_new(x))在整个区间内具有连续的一阶导数，根据光滑曲线的定义可知，该滑模趋近律是一种光滑的滑模趋近律，即不存在趋近速度的突然跳变。

滑模趋近律在收敛到±1时，有一段连续的部分，这一连续部分被称为边界层。边界层厚度越大，抖振抑制越明显，但边界层厚度过大时，高增益的开关函数作用区域减小，这将影响滑模观测器的响应速度，降低了控制系统对参数变化和外部扰动的鲁棒性。

对滑模负载转矩观测器的稳定性分析具体为，将公式(7)与公式(6)进行做差，得到滑模负载转矩观测器的误差方程，具体表述如下：

式(10)中，e₁为速度估计误差，e₂为负载转矩估计误差，U为由滑模趋近律构成的开关信号，

滑模观测器的稳定性分析具体如下：

按照滑模控制理论的基本原理，正常运动阶段必须满足滑动模态的可达性条件：才能实现系统的状态空间变量由任意未知的初始状态在有限时间内到达滑模面。即：

式(11)中，e₁为速度估计误差，s_new(x)为状态切换函数，为s_new(x)的导数；

将式(10)中关于e₁的微分方程带入式(11)可得

式(12)中，e₂为负载转矩估计误差，U为由滑模趋近律构成的开关信号，J为转动惯量；B为摩擦粘滞系数；

当e₁＞π/2k时，式(12)可简化为

式(13)中，λ为滑模增益；

则式(13)有解的条件为：

当0＜e₁＜π/2k时，式(12)可简化为

式(14)中，k为滑模抖振抑制因子；

则式(14)有解的条件为：又因为0＜sin(ke₁)＜1，所以当e₁＞0时，式(12)有解的条件为：

当e₁＜-π/2k时，式(12)可简化为

则式(15)有解的条件为：

当0＞e₁＞-π/2k时，式(12)可简化为

则式(16)有解的条件为：又因为-1＜sin(ke₁)＜0，所以当e₁＜0时，式(12)有解的条件为：

综合上述求得的λ取值范围为：

负载转矩滑模观测器进入滑动模态时e₁＝0及由式(10)可得：

由线性定常系统的稳定性理论可得式(17)有解的条件为a＜0。

故当且a＜0时，滑模负载转矩观测器负载转矩观测器稳定；否则，滑模负载转矩观测器负载转矩观测器处于发散状态。

仿真实验：

本发明提供了一种基于光滑趋近律的滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法，该方法将滑模负载转矩观测器与无差拍预测控制相结合，提高了其动态响应速度；同时将传统滑模观测器中包含符号函数的等速趋近律替换为基于正弦函数的光滑趋近律，以此来抑制传统滑模观测器中的滑模抖振和减少滑模面到达时间。为了验证本发明方法的有效性，利用MATLAB/SIMULINK进行仿真验证。

仿真模型中Clark变换模块4、Park变换模块5、滑模负载转矩观测器模块6、无差拍预测控制模块7、SVPWM调制模块8和Park逆变换模块10均采用S-function Builder功能模块和C语言编程实现，采样频率均为10kHz。在上述仿真模型中，永磁同步电动机参数设置为：永磁体磁链为0.253Wb、定子电感为21.73mH、额定电压为560V、额定电流为4.4A、定子电阻为2.725Ω、额定转速为2430(r/min)、极对数为4、转子惯量为0.0011(kg·m²)阻尼系数为0.001、额定负载转矩为9.6(N·m)；仿真模型参数设置为：电流环比例系数为160、电流环积分系数为15、滑模抖振抑制因子k为0.05、反馈增益α为-0.9、滑模增益λ为-50000。

为了验证本发明控制方法对电机转速的快速响应，以及滑模观测器观测负载转矩的准确性，在MATLAB/SIMULINK仿真软件中搭建了本发明控制系统的仿真模型，仿真结果如图4～6所示。

本图4为电机空载起动至1000r/min、在0.1s突加7N·m负载、在0.2s转速给定由1000r/min突变为-1000r/min、在0.3s转速给定由-1000r/min突增至1000r/min、在0.4s负载转矩由7N·m突减至空载的转速响应波形图；图5为滑模负载转矩观测波形图；图6为在周期性负载扰动下永磁同步电动机负载转矩观测波形图，图中永磁同步电动机所加负载转矩呈现周期性的正弦变化，其幅值为7N·m，频率为20Hz。

从图(4)、图(5)和图(6)可以看出，本发明基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法中永磁同步电动机空载起动至1000r/min的时间为14ms，转速超调为0r/min；电机带7N·m负载转速从1000r/min反转至-1000r/min的时间为17ms；电机带7N·m负载转速从-1000r/min运行至1000r/min的时间为34ms；电机在1000r/min突加7N·m负载时，转速降落为31r/min，恢复时间为6ms；负载转矩观测器响应时间为8ms，负载转矩观测值误差在±0.0015N·m之内。由此可以看出，本发明中的永磁同步电动机具有快速的动态响应速度，并且不存在转速超调；在加减负载转矩时，滑模负载转矩观测器能快速准确地观测出永磁同步电动机的负载转矩，使得转速能够快速跟随给定；并且永磁同步电动机在带载反转及正转过程中具有快速的动态响应速度，且不存在转速超调；在周期性负载扰动下，本发明所提出的滑模负载转矩观测器能够快速准确地观测出永磁同步电动机所加负载转矩。从而验证了本发明一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法的有效性。

Claims (8)

1.一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，建立永磁同步电动机的数学模型；

步骤2，在所述永磁同步电动机数学模型的基础上，根据永磁同步电动机的机械运动方程设计无差拍预测控制器；

步骤3，设计滑模负载转矩观测器；

步骤4，对所述滑模负载转矩观测器进行分析，以实现对永磁同步电动机的准确控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法，其特征在于，步骤1中，所述永磁同步电动机的数学模型具体如下：

式(1)中，u_d和u_q分别为直轴电压和交轴电压；i_d和i_q分别为直轴电流和交轴电流；L_s为定子电感；R_s为定子电阻；ω_m为转子机械角速度；ω_e为转子电角速度；ψ_f为永磁体磁链；J为转动惯量；B为摩擦粘滞系数；T_e为电磁转矩；T_L为负载转矩；p_n为电机极对数；L_d和L_q分别为d、q轴电感分量；t为时间；其中，表贴式永磁同步电动机中L_d＝L_q＝L_s。

3.根据权利要求2所述的一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法，其特征在于，步骤2中，所述永磁同步电动机的机械运动方程具体如下：

式(2)中，T_e为电磁转矩；T_L为负载转矩；J为转动惯量；B为摩擦粘滞系数；ω_m为转子机械角速度；t为时间；

故表贴式永磁同步电动机的机械运动方程具体如下：

采用后向欧拉法对公式(3)进行离散化处理，得到无差拍预测模型，具体表述如下：

式(4)中，T_sω为速度环的采样周期；ω_m为转子机械角速度；p_n为电机极对数；ψ_f为永磁体磁链；J为转动惯量；i_q为交轴电流；T_L为负载转矩；B为摩擦粘滞系数；ω_m(k+1)为(k+1)时刻转子机械角速度的预测值；ω_m(k)为k时刻转子机械角速度；

令则无差拍预测控制器具体表述如下：

式(5)中，为q轴电流的给定值；为电机机械角速度的给定值。

4.根据权利要求2所述的一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法，其特征在于，步骤3中，设所述负载转矩在相邻采样周期的变化率近似为零，故永磁同步电动机的机械运动方程具体表述如下：

式(6)中，ω_m为转子机械角速度；T_L为负载转矩；ψ_f为永磁体磁链；J为转动惯量；B为摩擦粘滞系数；p_n为电机极对数；i_q为交轴电流；t为时间；

所述滑模负载转矩观测器的具体设计为，选取速度估计误差作为状态切换函数，s_new(x)＝0为滑模切换面，k为滑模抖振抑制因子，s(x)为传统滑模切换面函数，为电机机械角速度观测值，ω_m为转子机械角速度；根据公式(6)构建滑模负载转矩观测器，具体表述如下：

式(7)中，U为由滑模趋近律构成的开关信号，且λ为滑模增益，a为反馈增益，为电机机械角速度观测值；k为滑模抖振抑制因子，sat为定义的滑模趋近律，ω_m为转子机械角速度；p_n为电机的极对数；为负载转矩观测值。

5.根据权利要求1所述的一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法，其特征在于，步骤4中，所述对滑模负载转矩观测器进行分析具体包括趋近律的优越性分析和稳定性分析。

6.根据权利要求5所述的一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法，其特征在于，所述滑模负载转矩观测器趋近律具体表述如下：

对滑模负载转矩观测器趋近律的优越性分析具体表述如下：

式(8)、(9)中，S_new为状态切换函数；sat(s_new(x))为定义的滑模趋近律，sat′(s_new(x))为sat(s_new(x))的导数。

7.根据权利要求5所述的一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法，其特征在于，所述对滑模负载转矩观测器的稳定性分析具体为，将公式(7)与公式(6)进行做差，得到滑模负载转矩观测器的误差方程，具体表述如下：

式(10)中，e₁为速度估计误差，e₂为负载转矩估计误差，U为由滑模趋近律构成的开关信号，

8.根据权利要求7所述的一种基于滑模负载转矩观测器的永磁同步电动机控制方法，其特征在于，所述滑模负载转矩观测器进入滑动模态时，e₁＝0及则由公式(10)可得滑模负载转矩观测器的稳定性分析公式，具体表述如下：

式(11)、(12)中，a为反馈增益；J为转动惯量；s_new(x)为状态切换函数，为s_new(x)的导数；

当且a＜0时，滑模负载转矩观测器负载转矩观测器稳定；否则，滑模负载转矩观测器负载转矩观测器处于发散状态。