12、基于LFSI和EKF的无传感器PMSM驱动器速度控制器实现

基于LFSI和EKF的无传感器PMSM驱动器速度控制器实现

1 引言

永磁同步电机（PMSM）具有高能效、快速动态响应、结构简单、转矩密度高、运行可靠和功率密度大等优点，正逐步取代直流电机和感应电机，广泛应用于工业、家电和电动汽车等领域。然而，传统的PMSM需要机械位置传感器来测量速度和转子位置，以确保磁场定向控制（FOC）和速度控制，这存在可靠性降低、易受噪声影响、增加驱动成本和机器尺寸等缺点。

为消除这些缺陷，研究人员提出了无机械位置传感器的无传感器控制算法，如滑模观测器（SMO）、模糊滑模观测器（FSMO）和扩展卡尔曼滤波器（EKF）等。但这些方法由于在低速时反电动势信号较弱，更适用于中高速控制。为解决低速控制问题，出现了高频信号注入（HFSI）和低频信号注入（LFSI）等信号注入算法。其中，LFSI算法无需考虑“饱和凸极”问题，还能避免噪声问题，非常适合表面PMSM。因此，本文研究了在无传感器PMSM驱动器中结合LFSI和EKF估计器实现宽速度范围控制。

2 无传感器PMSM驱动器控制

2.1 PMSM数学模型

PMSM的数学模型在d - q两轴同步旋转参考系中描述如下：
[
\begin{bmatrix}
v_d \
v_q
\end{bmatrix}
=
\begin{bmatrix}
r_s + L_s \frac{d}{dt} & -\omega_e L_s \
\omega_e L_s & r_s + L_s \frac{d}{dt}
\end{bmatrix}
\begin{bmatrix