永磁同步牵引电机在复杂牵引工况下容易受到未知扰动、参数摄动等不确定因素影响，采用传统PI控制难以抑制内外扰动，导致永磁牵引系统整体控制性能下降，电机无法在高性能应用场合达到满意的控制效果。
湖南工业大学电气与信息工程学院与轨道交通学院的赵凯辉、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。
所提出的基于ENTSMDO转速环新型MFNFTSMC方法，其依据永磁同步牵引电机转速环的输入输出建立新型超局部模型，继而设计转速环的MFNFTSMC控制器；同时结合高阶滑模和非奇异终端滑模设计ENTSMDO，来实时精准估计新型超局部模型的未知部分，通过对MFNFTSMC控制器进行前馈补偿，进而实现永磁同步牵引系统在复杂工况下的容错控制，增强了系统的鲁棒性，减少了系统抖振。最后，通过仿真和实验验证了所提出的方法的有效性和优越性。
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。
论文所解决的问题和意义
经典磁场定向控制的双PI闭环控制在牵引系统广泛使用，但当计及参数摄动和未知扰动等不确定因素，PI控制难以抑制扰动，导致电机整体控制性能下降。因此，设计一种无模型高阶滑模控制算法能减少参数依赖，进而提高牵引系统鲁棒容错性能。
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。
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1为基于ENTSMDO的MFNFTSMC方法结构图；图2为基于ENTSMDO的MFNFTSMC永磁同步牵引电机驱动系统整体框图。
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