永磁同步电机无速度算法--基于龙伯格观测器的滑模观测器

一、原理介绍

通常，在获取准确的反电动势信息后,可通过锁相环(PLL)解算出转子位置和速度信息。实际上：PLL中的环路滤波器是低通环节,容易导致环路带宽不足,不可避免地带来相位延迟问题。因此，为了降低转子位置误差和延迟，设计Luenbenger 观测器从反电动势中解算转子信息。

简单理解就是滑模观测器估计的反电动势送到Luenbenger 观测器估计转速和转子位置，代替PLL，解决在跟踪斜坡转速信号时的估计转子位置静差问题。

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开始加速至1000rpm，0.7s施加额定负载。将传统PLL（前一个）和正切函数锁相环（后一个）的波形进行对比。转速环、电流环带宽保持一致。

2.1给定转速、实际转速和估计转速

2.2估计转角与实际转角

这里给出加速过程中的波形

2.3估计转角与实际转角误差

可以看出采用Luenbenger观测器通过升阶有效消除了加速过程中的估计角度静差，这部分通过传递函数推导是可以理论证明的。在启动加速阶段以及加载时，估计转速和转子位置跟踪速度更快，抗扰性能更强。并且Luenbenger观测器的三个参数同样可以按照带宽进行整定，从难度上来说与PLL无异。缺点在于需要引入电磁转矩，不过该部分可以采用直接计算法计算。