永磁同步电机无速度算法--基于降阶准谐振ESO和Newton-Raphson方法PLL的PMSM无速度传感器控制

一、原理介绍

采用了一种基于降阶准谐振的扩展状态观测器的永磁同步电机无位置传感器控制策略。传统的线性扩张状态观测器（LESO）由于其低通滤波特性，不能很好地跟踪快速变化的反电动势，在此基础上，采用了一种在常规LESO内模中植入ROQR控制器的ROQR-ESO，以获得无相位滞后的反电动势.此外，采用了一种改进的NRM-PLL，将转子位置四等分后，只需三次迭代即可获得极精确的转子位置。

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转速继续升至1000rpm，1s施加额定负载

首先对比LESO和ROQR-ESO。两种ESO中beta1和beta2参数相同，并使用相同带宽的PLL以及估计转速的滤波器，保证同等环境。下文中首先为LESO，然后是ROQR-ESO。

2.1给定转速、实际转速和估计转速

2.2转速估计误差

2.3估计转角与实际转角

2.4估计转角与实际转角误差

下面给一个直观的对比图

可以看出由于LESO的低通特性会导致转子位置误差随着转速增加而增大，采用ROQR-ESO则可以实现稳态时完全无静差跟踪实际转子位置。

以上图片中存在一个0.1s时突然变化的状态，这是由于LESO和ROQR-ESO都是适用于中高速的无传感器算法，因此在0.1s前我用了实际转速进行反馈来启动电机。

下面对比传统标幺化PLL与Newton-Raphson锁相环，为了方便对比两种锁相环前级算法都采用ROQR-ESO。仿真工况与之前相同，下文中首先为传统标幺化PLL，然后是Newton-Raphson锁相环。

2.5给定转速、实际转速和估计转速

2.6转速估计误差

2.7估计转角与实际转角误差

从“估计转角与实际转角误差”对比中可以明显看出，采用Newton-Raphson锁相环后可以实现更快的动态性能，在跟踪斜坡转速以及加载过程中都实现了无静差跟踪，但缺点是采用FPS类PLL的通病，转子位置的波动变大（至少我验证中是这样，有可能我实现有问题）。采用具有固定增益PI控制器的锁相环（PLL）来观测，由于工况变化频繁，固定参数的PI控制器不能达到满意的控制效果。本次引入的NRM-PLL，采用位置四分法将转子位置分为四部分，只需3次迭代即可得到非常精确的转子位置，动态响应快，且不需要进行参数整定。