永磁同步电机无速度算法--恒is的调整方法实现IF与SMO间的平滑切换

一、原理介绍

三段式无感控制系统，初始位置采用转子预定位法，低速阶段采用IF，中高速采用改进滑模观测器，IF切换至改进滑模观测器采用两种恒定is幅值的方法实现平滑切换。

在切换过程中，需要改变的主要有：转子位置角从由IF控制器给定变为由SMO估计；电流给定由给定虚拟同步坐标系下交直轴电流变为给定转子同步坐标系下交直轴电流；环路由电流闭环变为电流/转速双闭环。

切换的原则是切换过程中电机的运行状态不发生剧烈突变，否则就可能会造成电机振荡或失步，从电机的矢量图看就是要使电机is不发生突变。IF控制中虚拟同步坐标系和dq坐标系存在一定的相位差，直接将角度进行替换会使is相位发生较大的突变。因此我们不能采用直接替换角度的方法进行切换，必须进行过渡，将电机运行状态调整到预备切换状态在进行切换，从而使电机is的变化在切换过程中尽可能的小。一般的做法都是通过调整 IF控制器的给定使虚拟同步坐标系和转子同步坐标系逐渐接近重合，即θL逐渐接近0，然后保持交直轴电流给定不变的情况下切换转子位置角。

上一篇博客讨论的保持id* =0不变通过调节iq*的值改变虚拟同步坐标系与dq坐标系的相位差θL进行过渡的方法在达到临界点附近即θL接近0的时候有较大的失步风险。其根本原因在于保持id*=0的情况下is =iq*，即is始终与q轴重合，由于δ+θL =pi/2，θL接近0时永磁同步电机功角δ就会接近pi/2，而δ接近pi/2就会有失步的风险。因此我们可以通过在同时调整id*和iq*的方法，使is和q轴不再重合，这样当θL接近0时永磁同步电机功角就不会再接近pi/2，从而降低切换过程中的失步风险。

于是会涉及两种方法：

1、线性减小iq*同时线性增大id* ，is的值会先变小再变大在id* (t ) =|iq* (t )|时得到最小值|iq* (t0 ) |/sqrt(2)；

2、保持is大小不变而改变is在虚拟同步坐标系的相位，可以实现is幅值不变。

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：电机初始角度为-40，0-1s转子预定位，空载零速启动，给定转速为斜坡信号，升速至400rpm时切换至改进SMO，然后转速继续升高至2000rpm。由于多了一个电流调节的过程，所以本次仿真切换时间相比于直接切换要滞后一点。将本次两种方法与直接切换方法进行对比。

首先为直接切换，其次为线性减小iq*同时线性增大id*的调整方法，最后为保持is大小不变而改变is在虚拟同步坐标系的相位的调整方法。

2.1转速

2.2d轴电流

2.3q轴电流

2.4实际角度与反馈角度转角误差

2.5三相电流

相比于仅调节iq*的方法，恒is调节方法进一步提高的系统稳定性。