永磁同步电机无速度算法--基于稳态卡尔曼滤波器SSEKF的滑模观测器

一、原理介绍

采用滑模观测器进行永磁同步电机的转子位置和转速估计,实现了永磁同步电机的无传感器控制。研究了一种改进的滑模观测器,在传统滑模的基础上加入稳态卡尔曼滤波器,能够快速、有效地减弱抖振。相比于传统的锁相环滤波,稳态卡尔曼滤波器能够获得更高的精度和更快的响应速度,且由于其增益矩阵固定为常数,因此计算量很小。

结合PLL的PMSM滑模观测器

结合SSEKF的PMSM滑模观测

二、仿真模型

在MATLAB/simulink里面验证所提算法，搭建仿真。采用和实验中一致的控制周期1e-4，电机部分计算周期为1e-6。仿真模型如下所示：

仿真工况：电机空载零速启动，0s阶跃给定转速500rpm，0.5s开始加速，0.7s施加额定负载

2.1给定转速、实际转速和估计转速

2.2估计转速与实际转速误差

滑模采用了固定增益，所以在低速时相对滑模增益较大，估计的反电动势抖振会更加明显，最终反映到估计转速和估计转子位置的波动上。

下图为PLL的估计转速误差，可以看出波动情况基本相当。

2.3估计转角与实际转角

2.4估计转角与实际转角误差

可以看出，在0.5s开始以斜坡信号加速时，估计转子位置基本没有静差。下面给出采用PLL的估计转子位置误差，可以看出在0.5s后存在一个明显的静差，这是由于PLL本身不具备无静差跟踪斜坡转速的性能。并且在0.7s加载时，PLL的估计误差更大。

综上，SSEKF可以实现PLL同等静态估计能力，并且在加减载或升降速时具有更快的动态相应能力。