永磁同步电机无速度算法--改进型超螺旋滑模观测器

一、原理介绍

内置式永磁同步电机(IPMSM)模型方程比较复杂，在IPMSM 中高速控制算法中，滑模算法因为精度高、鲁棒性强,得到广泛应用。但普通的滑模观测器存在跟踪误差大、抖振明显抗干扰性能差等缺点。为了克服这些缺点，采用一种改进超螺旋滑模观测器。首先通过建立超螺旋观测算法来减少系统的抖振。其次，通过改进滑模切换函数，添加自适应复数滤波器来增强算法的跟踪性能。

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1000rpm，0.5s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

2.3估计转角与实际转角

2.4估计转角与实际转角误差

下面对比增益、PLL参数等条件相同的情况下，改进型超螺旋滑模观测器与传统超螺旋滑模观测器的波形。

2.5估计alpha轴反电动势

2.6未经过滤波的估计电角速度

综上，改进超螺旋滑模观测器控制提高了系统稳定性，减小了滑模抖振，提高了对角度和位置估测的精度。

通过2.5的对比，可以看出传统STASMO不需要滤波器也可以基本估计出反电动势的波形，只是存在抖振。

从上面2.6波形可以看出超螺旋滑模估计转速抖振依旧非常严重，这是由于为了保证滑模的特性，我适当放大了滑模部分的K1增益，并且PLL的带宽比较大，这会进一步方法传统超螺旋滑模观测器估计的反电动势中的抖振。但由于无速度传感器算法估计转速通过会经过一个低通滤波器再反馈到转速环，所以经过滤波后传统STASMO估计的转速是比较准确的，系统可以闭环稳定运行。改进型STASMO则可以大幅度提升这个滤波器的低通截止频率甚至去掉滤波器都能保证系统稳定。