In order to optimize the speed-control performance of the permanent-magnet synchronous motor (PMSM) system with different disturbances and uncertainties, a nonlinear speed-control algorithm for the PMSM servo systems using sliding-mode control and disturbance compensation techniques is developed in this paper. First, a sliding-mode control method based on one novel sliding-mode reaching law (SMRL) is presented. This SMRL can dynamically adapt to the variations of the controlled system, which allows chattering reduction on control input while maintaining high tracking performance of the controller. Then, an extended sliding-mode disturbance observer is proposed to estimate lumped uncertainties directly, to compensate strong disturbances and achieve high servo precisions. Simulation and experimental results both show the validity of the proposed control approach.

In order to optimize the current-control performance of the permanent-magnet synchronous motor (PMSM) system with model parameter mismatch and one-step control delay, an improved deadbeat predictive current control (DPCC) algorithm for the PMSM drive systems is proposed in this paper. First, the performance of the conventional predictive current control, when parameter mismatch exist, is analyzed, and then a stator current and disturbance observer (SCDO) based on sliding-mode exponential reaching law, which is able to simultaneously predict future value of stator current and track system disturbance caused by parameter mismatch in real time, is proposed. Based on this SCDO, prediction currents are used for replacing the sampled current in DPCC to compensate one-step delay, and estimated parameter disturbances are considered as the feedforward value to compensate the voltage reference calculated by deadbeat predictive current controller. Thus, a composite control method combining the DPCC part and current prediction and feedforward compensation part based on SCDO, called DPCC + SCDO method, is developed. Moreover, based on conventional exponential reaching law, a novel sliding-mode exponential reaching law is proposed to further improve the performance of the DPCC + SCDO method. Simulation and experimental results both show the validity of the proposed current control approach.

In order to solve the parameter dependence problem in model predictive control, an improved model predictive current control (MPCC) method based on the incremental model for surface-mounted permanent-magnet synchronous motor drives is proposed in this paper. First, the parameter sensitivity of a conventional MPCC method is analyzed, which indicates that the parameter mismatches would cause prediction current error and inaccurate delay compensation. Therefore, an incremental prediction model is introduced in this paper to eliminate the use of permanent magnetic flux linkage in a prediction model. Among the parameter of the incremental prediction model, only inductance mismatch contributes to the prediction error, since the influence of resistance mismatch on the control performance is very small. Therefore, in order to improve the antiparameter-disturbance capability of the MPCC method, an inductance disturbance controller, which includes the inductance disturbance observer and inductance extraction algorithm, is presented to update accurate inductance information for the whole control system in real time. Finally, simulation and experimental results both show that the proposed method can effectively eliminate the influence of the parameter mismatches on the control performance and reduce the parameter sensitivity of the MPCC method.

In this article, in order to optimize the dynamic performance of the permanent magnet synchronous motor (PMSM) speed regulation system, a nonlinear speed-control algorithm for the PMSM control systems using sliding-mode control is developed. First, a sliding-mode control method based on a new sliding-mode reaching law (NSMRL) is proposed. This NSMRL includes the system state variable and the power term of sliding surface function. In particular, the power term is bounded by the absolute value of the switching function, so that the reaching law can be expressed in two different forms during the reaching process. This method can not only effectively suppress the inherent chattering, but also increases the velocity of the system state reaching to the sliding-mode surface. Based on this new reaching law, a sliding-mode speed controller (SMSC) of PMSM is designed. Then, considering the large chattering phenomenon caused by high switching gain, an improved antidisturbance sliding-mode speed controller method, called SMSC + ESO method, is developed. This method introduces an extended state observer to observe the lumped disturbance and adds a feedforward compensation item based on the observed disturbances to the SMSC. Finally, simulation and experimental results both show the validity of the proposed control method.

In order to reduce the computation burden and eliminate the weighting factor in conventional model predictive torque control (MPTC), this paper proposes an improved MPTC algorithm without the use of weighting factor. Based on the deadbeat direct torque and flux control, the reference voltage vector, which would be applied in the next period, is predicted to avoid testing all feasible voltage vectors, hence reducing the computation burden of conventional MPTC. Moreover, the torque and flux error-based cost function of conventional MPTC is replaced by the voltage vector tracking error-based cost function; thus, the weighting factor of stator flux in conventional MPTC, which is always necessary because of the different units between torque and flux, is eliminated. Furthermore, two voltage vectors, which include an active vector and a null vector, are applied during one control period to improve steady-state performance. The durations of the selected voltage vectors are determined based on the principle of voltage vector tracking error minimization. Moreover, to further improve the steady-state performance, a different vector selection way, in which the second voltage vector is not fixed as a null vector but selected in a border range, is introduced. The selection process of candidate voltage vectors is analyzed, and the duration is calculated. Simulation and experimental results both show the validity of the proposed control approach.