m0_45796409的博客

常规的永磁同步电机全速域无位置传感器控制通过复合两种位置观测器实现全速域的转子位置估计，然而，在电机频繁宽频域调速工况下，两种位置观测器频繁地切换，易导致估计的位置和转速振荡，并且两种位置估计方法需要单独的设计和调谐，增加了系统整定难度和算法复杂度。为此，采用了一种基于共振扩张状态观测器的内置式永磁同步电机统一全速域无位置传感器控制方法。首先，通过共振扩张状态观测器估计基频反电动势和高频反电动势。然后， 建立了统一全速域模型，通过统一全速域模型实现全速域的转子位置和转速估计。

本次学习的文章（参考文献在后面给出）提出了一种基于自适应观测器的永磁同步电动机无编码器控制方法，该方法无需信号注入即可实现全速运行。自适应观测器的基础是电压电流混合模型磁链观测器。其最核心的公式如下：其结构框图如下图所示传统的电压电流混合模型磁链观测器大家应该比较熟悉，其结构如下本体提出的与传统混合模型磁链观测器主要区别在于：1.本文方法引入有效磁链概念；2.误差补偿部分用自适应校正项增益k代替传统PI控制器；3.设计转速自适应律，基于梯度下降法设计，通过双模型相位差实现转速估计；

构建应用于IPMSM的线性扩张状态观测器LESO无传感器控制系统，并仿真验证构建应用于IPMSM的观测器思路与构建应用于SPMSM的区别不大，基本思路都是构建状态误差并反馈，主要区别是系统状态方程。如果明白了如何构建基于Ld、Lq相等的简化电流模型的观测器，再结合袁雷老师那本书整理的拓展反电动势模型，就可以搭建出Ld、Lq不等的电流模型观测器。

构建应用于IPMSM的龙贝格观测器无传感器控制系统，并仿真验证。

利用一阶线性状态观测器与扩张状态观测器分别构建反电动势观测器以实现永磁同步电机无感控制。

传统二阶LESO用于永磁同步电机在坐标系下两相反电动势的观测，由于其具有低通特性会存在明显的相位滞后，结合高阶LESO的思想设计三阶HLESO用于反电动输出观测。通过频域分析和伯德图分析可知，三阶的HLESO的带宽明显增加，相位滞后明显减小。下面仿真结果表明三阶HLESO对反电动正弦信号波形观测的正弦度更高，相位滞后更小。

PMSM中、高速域的无位置传感器控制中,传统LESO受带宽影响对反电势观测会产生观测时滞,进而导致估算转子位置和转速信息误差较大。为解决此问题，采用了一种基于相位超前校正线性扩张状态观测器( Phase Lead Correction LESO, PLC-LESO)的PMSM无位置传感器控制策略。首先在传统LESO基础上引入相位超前校正单元，设计PLC-LESO对反电势进行观测，然后利用归一化锁相环( Phase-Locked Loop, PLL)对转子位置和转速信息进行估算。

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。

为抑制滑模控制策略的固有抖振，提高滑模控制性能和速率并有效抑制抖振，将指数趋近律和幂次趋近律相结合，提出一种新型幂次指数趋近律。指数趋近律能快速到达滑模面，但是会产生较大抖振，而幂次趋近率可有效解决抖振问题，但是趋近速度较慢，通过取长补短的方法提出一种新的趋近律即幂次指数趋近律。这种新型趋近律不仅能提高趋近速度而且能有效抑制抖振。

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。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。

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改变iq给定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。

针对传统滑模观测器存在抖振、估计转子信息精度较差和永磁同步电机运行过程中存在的负载转矩突变对电机调速性能影响较大等问题，采用一种改进趋近律的滑模观测器。改进趋近律将系统的状态变量与Sigmoid函数相结合作为等速项，指数项中引入对数项的分数多项式，减少抖振的同时能有效地抑制控制系统的抖振。

针对传统滑模观测器存在抖振、估计转子信息精度较差等问题，采用指数趋近律代替传统滑模的线性趋近律改善系统性能。

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。

针对永磁同步电机（PMSM）低速段无传感器位置检测技术中，传统的高频方波电压注入法对测量误差敏感性强、易受采样延迟和逆变器非线性效应影响的缺点，采用一种新的位置误差提取方法。该方法用连续信号的解调代替传统的差分电流的解调方法，降低了系统对于采样误差的敏感性。本文仿真中方波注入频率为5kHz，开关频率,为10kHz。

高频脉振方波注入法，改变传统方法从估计q轴提取误差信号的形式，通过对alpha/beta轴电流信号进行处理，提出其中的转子位置信号。本次仿真中包含三种ab轴信号处理方法。本文仿真中方波注入频率与开关频率保持一致，均为10kHz，其注入示意图如下。

在脉振高频信号注入法中，注入高频信号分为正弦波和方波两种形式。在脉振高频正弦波信号注入法中，从电机定子端采集到的信号同时包含有基频信号、高频响应电流信号以及逆变器开关谐波电流。为确保电机控制系统不受高频信号干扰以及电机转子位置观测的精度，一般采用低通滤波器 LPF 和带通滤波器 BPF 对其进行信号分离。但是由于滤波器的引入会致使系统的带宽受限，并且降低了系统的动态性能，以及转子位置观测器的收敛速度与检测精度。因此必须采用改进方案。

在高频正弦波注入的PMSM无位置传感器控制方法中，由于得到的电流响应中包含正序和负序分量，因此，需要通过滤波器才能将包含转子位置信息的负序分量得到。然而，滤波器的使用会降低系统的带宽，减慢系统的响应速度，并会影响转子位置估算的精度，当转速升高时，基波和高频注入信号的谐波频率越来越接近，此时需要利用更高阶的滤波器才能使基波电流与高频响应电流分离。但是，滤波器阶数越高，系统的响应速度就越慢，严重影响系统的稳定性，相位估算滞后越发严重。

脉振正弦注入法的误差信号提取流程如下所示，通过将误差信号送入PLL进行转子位置和转速的估计。跟踪观测器由PID控制器和PMSM 数学模型两部分组成。具体来说，基于永磁同步电机的运动方程建立数学模型，通过模拟电机的动态特性来实现对转子位置的估计。在设计跟踪观测器时，为了保证观测器的性能，其带宽应当远大于系统的运行频率从而提高转子位置估计的准确性，提升系统的动态响应能力。

提出的改进高频脉振电压注入法，其相较于传统方法具有本质的差异，其将高频信号注入到两相旋转坐标系的坐标轴中，利用对两相静止坐标系中定子电流坐标轴分量而不是两相旋转坐标系中定子电流坐标轴分量的分析，获取转子电角位置信号文章采用上图所示结构，但是由于低通滤波器滤波性能有效，如果为增强高频滤波性能降低截止频率，又会造成信号滞后明显。故针对主要谐波信号设计带阻滤波器予以滤除。

优化脉振高频注入法的电流信号处理过程，减少滤波器的使用，简化系统的结构，提高系统运行的动态性能。

在非线性磁链观测器的基础之上增加零速启动算法，可以实现任意位置启动。

为了提高无位置传感器内置式永磁同步电机(IPMSM)的低速运行性能，提出一种基于高频信号注入的转子位置鲁棒观测方法。采用注入脉振高频电压信号的方式，通过高频电流的幅值信息获取转子位置误差信号，对信号处理及数字滤波器设计进行分析。在此基础上，研究一种具有较强抗负载扰动能力的转子位置观测器，通过考虑负载扰动转矩动态特性，给出位置鲁棒观测器的理论设计方法，根据实际扰动转矩特点及位置观测期望误差，采用极点配置法设计反馈矩阵系数。

基于模型的无传感器控制技术在实现永磁同步电机（PMSM）的高性能控制方面得到普遍应用。然而，在估计的反电动势（BEMF）中总是存在由不可避免的电流测量误差引起的低阶谐波，传统基于模型的方法对这些低阶谐波无效，因为它们表现出受电机模型限制的低通特性，这增加了转子位置的估计误差，削弱了控制系统的性能，甚至可能导致系统不稳定。因此采用一种自适应广义复向量观测器（AGCVO）来精确估计反电动势。首先，基于多块滤波器的传递函数反向设计自适应复矢量模型，以消除估计的反电动势的基波负序谐波和直流偏移误差。

基于反电动势（BEMF）模型的观测器是永磁同步电机（PMSM）驱动器的一种应用广泛的无传感器控制策略。然而，由于电流测量和逆变器非线性引起的直流偏移，反电动势观测器的精度会降低。为了解决这个问题，采用了一种基于两自由度结构的反推观测器（TSBO），用于无传感器永磁同步电机驱动器。首先，提出了一种两自由度结构来提高反电动势观测器的频域响应。其次，将二阶复矢量传递函数反向引入所研究的结构中，以实现带通特性。与传统的反电动势观测器相比，所研究的TSBO可以在不引入额外带通滤波器的情况下实现直流误差抑制。

在永磁同步电机的无传感器控制系统中，由于测量误差和逆变器非线性等因素，相电流和相电压中不可避免地存在直流偏置误差，这降低了系统的可靠性和转子速度和位置估计的准确性。采用一种直流误差抑制自适应二阶反演观测器（ASOBO）来估计反电动势（BEMF）。首先，通过构建反电动势的二阶传递函数对ASOBO进行逆向设计，可以完全消除直流误差，有效抑制高频谐波，其谐波抑制性能不受速度的影响。最后，在仿真中将所提出的观测器与现有的观测器进行了比较，仿真结果验证了所选择方案的有效性。

为了实现表贴式永磁电机的低速运行，研究一种基于高频方波测试信号注入的无位置零低速传感器控制策略。选取注入到观测直轴的脉振高频方波信号， 该信号注入方案可以有效避免旋转信号注入法在转子交轴分量引起转矩脉动， 提高系统的稳态性能。所研究方法在滞后于观测轴系的45°的测量轴系提取位置误差信号，构建了测量轴系高频电流与位置误差的数学表达式，设计了适用于测量轴系的位置误差归一化方法，并结合PI型转子位置观测器，将位置误差调整至零，仿真结果表现能够实现对转子位置的追踪。

本文基于Harnefors教授提出的静态补偿电压模型，可以实现带载零速启动、正反转切换等功能，原理清晰，实现简便。

旋转高频电压信号注人法是最常用的一种高频信号注人法,其基本原理是:在基波激励上叠加一个三相平衡的高频电压激励,然后检测电机中所产生的对应电流响应,并通过特定的信号处理过程获取转子位置信息,其系统结构框图如下图所示。

早期滑模观测器中的开关函数选用signum函数，考虑到signum函数的不连续性，需引入低通滤波器来平滑估计的反电动势信号，但由于低通滤波器引起系统相位延迟，故加入位置补偿。为削弱滑模的抖振性以及避免使用低通滤波器，引入连续的sigmoid函数代替signum函数，虽然该方法在削弱滑模抖振方面起到良好的效果，但其仍存在两个问题有待处理：①电机反电动势的大小随转子转速的变化而变化，在低转速工况下，电机反电动势较低，不足以用来准确估算转子位置；

采用基于有效磁链的混合磁链观测器，消除直流偏置误差的同时，得到电机转速与转子位置的相关信息。该方案对于IPMSM和SPMSM都可以适用。

介绍了一种自适应正交锁相环（AQPLL），用于提高无传感器高速永磁同步电机（PMSM）的动态性能。以固定带宽工作的传统正交锁相环（QPLL）往往在抗干扰性能和相位延迟之间进行权衡。AQPLL可以开始以低带宽运行，而带宽在电机加速过程中实时调整。因此，位置估计误差被快速最小化，从而正确解耦转子电流和更高的可用扭矩。

由于传统PLL的二阶结构导致其跟踪斜坡转速时必然存在估计转角静差，将滑模控制引用到PLL中，设计滑模锁相环，改善系统动态性能。

此方法为基于改进同步旋转坐标系锁相环的滑模观测器的改进，参考文献中描述该方法解决了基于SRF-PLL的位置和转速估计器在电机转速大范围跳变时估计参数出现不良振荡的问题。但在我仿真中，并未出现这方面的明显优化，可能是我电机转速变化范围较小，后续再对这个方法进行进一步的试验。

采用基于带相位补偿的鉴相重构锁相环，解决了传统锁相环不能跟踪电机反转以及跟踪斜坡转速信号时有静差的问题。

传统的PLL可以以零稳态误差跟踪位置斜坡输入，因为它是一种II型控制系统。然而，当电机加速或减速时，速度表现为斜坡信号。在这种情况下，传统的PLL不够快，无法以零稳态误差跟踪位置输入。因此，引入前馈环节解决跟踪斜坡转速时的转角静差。

尽管QPLL是一种较为有效的转子位置和转速估计算法，但是QPLL包含一个环路滤波器，该环路滤波器用作低通滤波器，因此QPLL可以提供速度和位置的平滑估计，但同时QPLL的瞬态性能也会降低。在大负载扭矩瞬态期间，机器的运行速度变化很快，通常超过QPLL的带宽。在这种情况下，QPLL无法准确跟踪快速变化的速度扰动，从而导致明显的速度和位置估计误差。提高QPLL瞬态性能的直观方法是选择大带宽。然而，较大的带宽会降低环路滤波器的性能，从而给估计的速度带来很大的噪声。因此，无传感器控制系统的稳态性能将恶化。

在同步旋转坐标系锁相环基础之上进行进行改进，消除跟踪斜坡转速信号时的转子位置误差。

在滑模观测器中，同步旋转坐标系锁环(SRF-PLL)也得到了广泛的应用，SRF-PLL是一个含有零、极点各一个的二型控制系统，具有良好的动态性能。其本身就具有低通滤波的性能，可以通过整定Kp、Ki的值来改变零点的位置和系统增益系数，进一步设计系统的截止频率和相位裕度。

另外一种基于三角函数改进误差处理方式，用于消除估计反电动势符号，进而实现电机的正反转估计。