永磁同步电机无速度算法--基于二自由度结构的反推观测器TSBO

一、原理介绍

基于反电动势（BEMF）模型的观测器是永磁同步电机（PMSM）驱动器的一种应用广泛的无传感器控制策略。然而，由于电流测量和逆变器非线性引起的直流偏移，反电动势观测器的精度会降低。为了解决这个问题，采用了一种基于两自由度结构的反推观测器（TSBO），用于无传感器永磁同步电机驱动器。首先，提出了一种两自由度结构来提高反电动势观测器的频域响应。其次，将二阶复矢量传递函数反向引入所研究的结构中，以实现带通特性。与传统的反电动势观测器相比，所研究的TSBO可以在不引入额外带通滤波器的情况下实现直流误差抑制。

二、仿真模型

在MATLAB/simulink（软件版本为2020A）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给定转速开始上升直至800rpm，在0.5s时给定转速阶跃至1200rpm，1s时施加负载转矩。在观测器输入的a轴电流和a轴电压分别加入0.05倍的额定值直流分量。

对传统方法和TSBO进行对比仿真验证，采用同样的转速环带宽、电流环带宽、PLL带宽以及转速滤波器系数。前面为龙贝格观测器（也可以叫做全阶观测器），后面为基于二自由度结构的反推观测器TSBO。

2.1给定转速、实际转速和估计转速

2.2估计转速误差

2.3估计反电动势

2.4估计转角误差

可以看出TSBO具有在抑制输入电压、电流中直流偏移的同时具有良好的动态性能和稳态性能。稳态时，转速误差在±5rpm之内，电角度误差在0.02rad之内。