基于 ESO-PLL 的永磁同步电机无位置传感器控制

时间：2022-11-13 15:30:00 转速表速度传感器 3p2261接近传感器 ae101传感器旋转控制传感器 p11转速传感器抑制型传感器

基于 ESO-PLL 永磁同步电机无 位置 传感器控制

1、PMSM
无位置传感器控制方法分为零、低速高频注入法和中高速观测器法两类。在中高速范围内，最常见的方法是先构建反电动势或磁链观测器，然后提取反电动势或磁链中包含的速度或位置信息。观测器方法在零、低速范围内稳定性差，可能完全失效。对于反电动势观测器，由于零、低速范围内的反电动势信噪比
较高，尤其在接近零速时，转子在任何位置的反电动势均接近
0.它会导致无法提取有效信息。逆变器的非线性因素（功率管压降、死区等）会在观测结果中产生一定的谐波重量。研究表明，谐波振幅值会导致算法在零和低速范围内不稳定。理论上，转子磁链不是
因此，磁链观测器不受转速幅值的限制，但其稳定性仍受其他因素的影响。
2.观察反电动势或磁链信息后，可以通过反正切割直接计算转子位置，然后用微分计算转速，但微分不能抑制噪声，甚至可能发散计算结果。(phase
locked loop，PLL)方法通过 PI 无需微分操作即可获取转速信息。PLL 广泛应用于无位置传感器控制。PLL
旋转坐标系型、速度跟踪器型、外差法等形式多种多样。虽然传统的PLL误差抑制效果好，但转速变化时动态性能差。
3.为了提高无位置传感器控制器的性能，可以通过全维、降维观测器或模型参考自适应法获得转速，但算法结构需要大大改变。如果继续使用常见的反电势或磁链观测器，可以构建额外的转速观测器或二级
PLL
增加补偿。]转速观测器采用电机的机械运动方程构建。文献采用外差法构建模型参考自适应速度估计器，并以估计速度作为反馈，以改进切割操作。文献提出了一种带有前馈补偿的方法
PLL，前馈补偿项目是通过一级低通滤波器过滤高频噪声和干扰，理论上可以证明泰勒的扩展： PLL 当角度为抛物线函数时，稳态跟踪误差为
0.文献中提出了一个基础 p 重量构造的带前馈补偿 PLL。文献利用小信号法分析了负载变化过程，并在此基础上提出了带速度补偿的增强型
PLL，从而提高负载变化时的鲁棒性。关于如何通过 PLL 当转速指令和负载变化时，动态性能得到改善，相关研究相对较少。

本文提出了不使用任何机械参数的高阶形式 PLL 方法：以角加速度为扩张状态变量来构造扩张状态观测器 (extended state observer，ESO)，并将其作为 PLL 中环路滤波器(loop filter, LF)，ESO 压控振荡器中的位置估计过程是(voltage-controlled oscillator, VCO)，反正
切所得角度和 ESO 计算所得角度的差异是鉴相器(phase detector, PD)。并分析了 ESO-PLL 增益整定方法。通过模拟和实验验证，ESO-PLL 可有
提高电机在转速指令和负载变化时的动态性能。

说白了，就是在数学模型的基础上，对原来PLL这方面的优化改造非常简单。请仔细看
当然，传统PLL我不会总结这个模型。不会的学生会在下面留言
在这里插入图片描述
传统PLL的控制框图**

PLL的传递函数

2、ESO-PLL 选择原则和增益

2.1、ESO-PLL 基本结构

以下是本文提出的 ESO-PLL 推导。以转速微分为例。 ESO 在扩张状态变量中，变量的物理意义是角加速度。电机角度、转速和角加速度均为导数关系：

式中，ae表示角加速度，d 表示加速。
上述模型的状态方程为自然串联积分
类型。根据线性系统理论，系统矩阵 A、C 分别表
示为：

可验证状态方程符合可观性条件：

以上推导，ESO 结构如下所示。ESO 加速度作为扩张状态变量处理，避免使用机械运动方程，只有整个观测器增益，无需识别机械参数，如旋转惯量

式中，z1、z2、z3 状态变量，β1、β2、β3 为ESO 增益(β1、β2、β3>0)。综上所述，本文提出了转速估计的用途ESO-PLL 基本原理图如下图所示所示。反正切和PLL 角度的差异是 PD，ESO 作为 LF，ESO 中
角度估计环节为 VCO。无位置传感器矢量控制结构如下下图所示

ESO-PLL 基本原理图

无位置传感器矢量控制原理图

基于 ESO-PLL 的永磁同步电机无位置传感器控制

基于 ESO-PLL 永磁同步电机无位置传感器控制

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