永磁同步电机无速度算法--基于跟踪观测器的脉振正弦注入法

一、原理介绍

脉振正弦注入法的误差信号提取流程如下所示，通过将误差信号送入PLL进行转子位置和转速的估计。

跟踪观测器由PID控制器和PMSM 数学模型两部分组成。具体来说，基于永磁同步电机的运动方程建立数学模型，通过模拟电机的动态特性来实现对转子位置的估计。在设计跟踪观测器时，为了保证观测器的性能，其带宽应当远大于系统的运行频率从而提高转子位置估计的准确性，提升系统的动态响应能力。

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：

仿真中同时包含跟踪观测器与PLL，并在其他条件保持一致的情况下进行对比仿真试验。前者为PLL，后者为跟踪观测器。

仿真工况：电机空载零速启动，0s阶跃给定转速100rpm，0.5s阶跃给定转速200rpm，1s阶跃给定转速300rpm。

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

2.3估计转角与实际转角

2.4估计转角与实际转角误差

仿真工况：电机空载零速启动，0s阶跃给定转速100rpm，0.5s施加负载

2.5给定转速、实际转速和估计转速

2.6估计转角与实际转角误差

对比位置观测器和锁相环可以发现，位置观测器具有更高的带宽和更快的动态响应特性，能够更好地适应负载变化等外部扰动。当电机的负载突然增大时，位置观测器可以快速地调整控制策略，确保电机运行的稳定性。