Simulink 自动代码生成电机控制：非线性磁链观测器

原创 已于 2023-08-23 16:37:56 修改 · 1.3w 阅读 · 278 ·
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#算法 #人工智能

于 2022-10-28 21:40:36 首次发布

目录

电机方程

电压方程

磁链方程

定义状态变量和输出变量

非线性观测器方程

电角度的计算--锁相环

锁相环调参

电机方程

电压方程

磁链方程

定义状态变量和输出变量

非线性观测器方程

在对反电势进行积分获得磁链的过程中，最担心的就是直流偏置或积分漂移，常用高通滤波器、自适应补偿等方式来抑制这种负面因素。非线性模块的思路就是把估算的磁链的幅值与实际磁链幅值的差，作为估算的磁链分量的补偿项。

为了构造非线性观测器，定义：

取估计状态变量的式子为矢量函数：

 根据以上公式，搭建观测器模型

电角度的计算--锁相环

前面给出了通过非线性观测器对磁链的观测求出\alpha \beta轴磁链并通过反正切计算出当前的电机角度。在实际工程中，观测器估算的磁链中存在噪声和高频抖振，基于反正切函数的转子位置估计方法将这种抖振直接引入到反正切函数的除法运算中，导致这种高频抖振误差被放大，进而造成较大的角度估计误差。这里采用锁相环来提取转子位置信息。

这里引入和差公式：

 

                                                                图4.1.1 PLL控制框图 

如上图，把角度差作为PI控制器的误差输入，当角度估算趋近真实角度误差就不断趋近0，最终锁定实际电角度，为减小MCU的计算量没有在输入端除以\varphi f，而是通过调节PI控制的参数。PI控制闭环锁相得到角速度进而积分得到角度。需要注意的是此时的角度是一直累加的，需要mod 2pi把它限制在（0-2pi）范围。 

锁相环调参

 

前半部分加了开环启动过程，磁链观测器如果参数调好的话不需要单独加开环过程可以直接闭环启动，收敛速度快。 

 不加开环直接启动和低速运行（simulink代码生成）：

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磁链观测器运行

 总结

磁链观测器有很好的低速效果，工程实践比较有意义。这里介绍了非线性磁链观测器的实现原理和方法，锁相环调参的方法。涉及了自动控制中的观测器和控制器相关的知识点。

手把手教你学Simulink--基于Simulink的开关磁阻电机自适应观测器设计仿真建模
MHD0815的博客
05-02 76
自适应观测器概述目的：通过实时调整观测器增益来估计系统的状态变量，即使在存在参数不确定性或外部扰动的情况下也能提供准确的状态估计。优势提高了系统对参数变化和外部干扰的鲁棒性。可以在线估计难以直接测量的状态变量，例如SRM的转子位置和速度。方法：常用的有模型参考自适应系统（MRAS）、滑模观测器（SMO）等。通过上述步骤，我们简要介绍了如何基于Simulink进行开关磁阻电机的自适应观测器设计及仿真建模。
基于磁链模型的非线性观测器
转子磁场定向的博客
06-19 6148
前言：PMSM常见的无感FOC方法，以滑模SMO最为知名。尤其在现阶段SPM更为广泛应用的低压小功率电机领域，高频注入HFI更多应用在初始启动阶段。滑模的实质是基于PMSM的反电势模型，让系统进入滑动模态，选取合适的控制率得到反电势分量，可以基于α−β\alpha -\betaα−β坐标系，也可以基于d−qd-qd−q坐标系。 选择反正切或者PLL获取速度和角度。基于反电势模型，最大的限制在于低速下因为信噪比、死区等非线性因素的影响，获取精确的反电势变得更加困难，往往使用i−fi-fi−f强拉的启动方式，带
磁链观测器模型
05-29
找到感应电机磁链观测器模型 ，分享给大家对比 。
非线性磁链观测器-本杰明
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非线性磁链观测器-本杰明
永磁同步电机非线性磁链观测器-示例代码 零速闭环启动效果好，快速收敛， 低速效果好，扭力大，优于VESC 根据非线性磁链观测器
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永磁同步电机非线性磁链观测器_示例代码 零速闭环启动效果好，快速收敛， 低速效果好，扭力大，优于VESC。 根据非线性磁链观测器模型做的。
电机控制领域非线性磁链观测器Simulink仿真模型解析及其应用
04-06
内容概要：本文详细介绍了非线性磁链观测器Simulink仿真模型（2020b版本）的设计与应用。首先阐述了模型与代码之间的紧密联系，强调了仿真模型在工程调试中的重要性。接着深入探讨了模型的具体组成部分，如磁链计算模块、Clarke变换、锁相环、非线性补偿模块等，并提供了具体的代码实现和调试技巧。此外，还分享了一些实用的调试方法和经验，帮助用户更好地理解和应用该模型。 适合人群：从事电机控制系统设计与调试的工程师和技术人员，尤其是那些希望深入了解非线性磁链观测器工作原理的人群。 使用场景及目标：适用于电机控制系统的开发和调试阶段，旨在提高调试效率，减少硬件损坏的风险，同时优化磁链观测器的性能，确保其在不同工况下的稳定性。 其他说明：文中提供的具体代码片段和调试技巧有助于读者在实践中更好地理解和应用非线性磁链观测器Simulink仿真模型。
永磁同步电机无速度算法--非线性磁链观测器
m0_45796409的博客
07-25 1514
表贴式永磁同步电机αβ轴电压方程:将公式变换定义状态变量X:定义变量Y:其中y不包含任何未知量，可作为一个已知量定义空间向量eta(x):观测器模型为：因此可以得到非线性磁链观测器模型最终得到观测的eta(x)，eta(x)中包含转子位置信号，可以直接反正切得到估计转子位置，并构建锁相环得到估计转速。
永磁同步电机非线性磁链观测器
qq_28149763的博客
03-14 6127
本人能力、时间、技术有限，没有对一些细节进行深入研究和分析，也难免有不足和错误之处，欢迎交流和指正。本人写博客主要是学习过程的记录。
非线性磁链观测器+PLL的simulink仿真模型
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07-10 1938
非线性磁链观测器+PLL仿真模型与观测器公式详细推导，非线性磁链观测器收敛性极好。并根据经典论文在d,q轴加入了电压补偿，在低于100r/min时给d轴加脉振电压加速其观测器的收敛。仿真效果较好，快速收敛。纯手工搭建，根据经典论文复现的模型。感兴趣的可以联系我，提供模型以及算法推导过程。
VESC无感非线性磁链观测器+PLL（源码+参考文献+仿真模型） ①源码：VESC的无感非线性观测器
kFYOBLUxH的博客
03-07 806
对于VESC的非线性观测器，你可以创建一个模型来模拟电机的实际工作情况，包括电机模型、观测器模型以及可能的控制策略等。在VESC的官方源代码中，你可能会找到一个名为“VESC无感非线性观测器”的模块，它的核心部分通常是使用一系列微分方程和状态观测来模拟电机的实际工作情况。其中的无感非线性磁链观测器用于精确估算电机的无位置传感器运行中的磁场情况，确保电机的可靠运行和启动。在该代码框架上，我移植了VESC的无感非线性观测器代码，并做了简单的调试，基本可以0速启动，但带载能力不行，可能还需要进一步调参。
永磁同步电机无位置传感器系列（1）——非线性磁链观测器的仿真复现过程
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无位置传感器控制，这个方向也是电机控制里面的大热门了。最近在看PLL，中国电机有一篇ESO-PLL获得了23年的高影响力论文，标题如下。因为这篇ESO-PLL需要用到下面这篇英文文献的转子位置观测器，想着就先把这个观测器的文章给复现了。
STM32F０非线性磁链观测器
04-23
STM32F０非线性磁链观测器，stm32f030无感foc无刷电机控制方案 最新优化版！弦波 pmsm 浮点运算已经做了加速处理！包括原理图，源代码。（没有库）。媲美VESC，降本方案
VESC使用的非线性磁链观测器程序，包含：官方源代码+STM32移植代码+硬件PCB工程+原理图PDF+软件固件+参考文献+文献译文+磁链观测器仿真 第三张图是这份资料的内容展示，非线性磁链观测器的
01-02
VESC使用的非线性磁链观测器程序，包含：官方源代码+STM32移植代码+硬件PCB工程+原理图PDF+软件固件+参考文献+文献译文+磁链观测器仿真。 第三张图是这份资料的内容展示，非线性磁链观测器的资料有我整理的这一份就足够了，应该是最全的一版，文件包含的具体东西如下： 1、《bldc-dev_fw_5_02》为VESC的官方源代码，里面使用了非线性观测器，但是工程很大，功能太多，很难学习，并且使用了操作系统，很难自己使用。 2、《ARM_PMSM_磁链观测器》为STM32F405407平台的代码，原本采用VF启动+smo方案。 在该代码框架上，移植了VESC的无感非线性观测器代码，可以0速启动。 3、《参考lunwen-本杰明位置速度观测器》为VESC非线性观测器的文献出处。 4、《中文翻译-本杰明位置速度观测器》是本人翻译的，能力有限，但原理都解释的很清楚了。 5、《PCB》整理了板卡PCB工程，这个资料非常难得， 6、《原理图PDF》整理了各个版本的原理图PDF。 7、《参考资料》整理了注入SVPWM、高频注入、矢量控制、无扇区SVPWM等知识点； 《磁链观测器仿真》包含对应
非线性观测器
11-27
这是一篇关于非线性观测器的文献，写的很好，并运用在高超声速飞行器控制上，很有用
非线性磁链观测器的设计与实现-手写版
12-06
内容概要：论文主要探讨了一种用于永磁同步电机（PMSM）的非线性磁链观测器设计方法。通过对电机 dq 轴二相电压方程进行转换，推导并实现了观测器的状态方程. 适用人群：适用于有一定电力电子技术和自动控制理论基础的研究人员及技术人员。 使用场景及目标：主要用于提升永磁同步电机的性能，在电机控制、工业自动化设备等领域中有广泛应用。 阅读建议：对于希望深入了解永磁同步电机内部运行机制及其先进控制策略的研发工作者而言，本文提供了丰富的理论依据和技术思路。在具体实现过程中，可根据文中给出的仿真模型思路及算法参数进行优化调整，达到预期效果。
DSP28335算法优化：非线性磁链观测器代码解析与实践
05-23
内容概要：本文详细介绍了基于DSP28335的非线性磁链观测器代码实现及其效果。首先阐述了非线性磁链观测器在电力电子系统中的重要性和背景，接着深入探讨了代码的具体实现步骤，包括初始化部分、主循环部分和中断服务...
永磁同步电机基于非线性磁链观测器的转子位置估计策略，利用非线性磁链观测器进行无位置传感器控制，SCI一区顶刊复现，SIMULIN
10-08
永磁同步电机基于非线性磁链观测器的转子位置估计策略是一种前沿的电机控制技术，它通过模拟和优化实现了无位置传感器的精确控制，对于提高电机驱动系统的性能具有重要意义。通过仿真复现研究，可以进一步验证和完善...
电机控制领域中基于MATLAB与Simulink的非线性磁链观测器仿真及应用
最新发布
05-29
首先阐述了非线性磁链观测器的基本概念及其在电机控制中的重要性，接着分别从MATLAB仿真环境和Simulink实践两个方面进行了深入探讨。通过设置不同电机参数和运行条件，在MATLAB中构建并测试非线性磁链观测器模型；而...
磁链观测器
05-21
### 磁链观测器实现原理 磁链观测器是一种用于估计永磁同步电机（PMSM）内部状态的关键技术，其核心目标是实时计算转子的位置和速度。通过引入非线性磁链观测器，可以在无需外部传感器的情况下完成这些任务，从而降低硬件成本并提升系统的鲁棒性和可靠性。 #### 非线性磁链观测器的工作机制 非线性磁链观测器基于有效磁链的概念构建[^1]，能够适应表贴式（SPM）和内嵌式（IPM）两种类型的永磁同步电机。它利用定子电流和电压信号作为输入变量，结合电机的电磁特性方程来估算转子位置和速度。具体而言： - **磁链估算**：通过对定子绕组中的电压和电流采样数据进行处理，得到瞬时磁链值。 - **误差反馈修正**：将实际测量值与预测值之间的差异作为误差项，经过调节后反馈至控制器中调整输出。 - **快速收敛**：采用优化后的算法设计使得角度和速度能够在短时间内达到稳定状态，即使是在零速条件下也能顺利完成闭环启动过程。 以下是简化版的非线性磁链观测器的核心代码示例： ```python import numpy as np def flux_observer(i_d, i_q, v_d, v_q, R_s, L_d, L_q, psi_f, T_s): """ 参数说明： i_d (float): d轴电流[A] i_q (float): q轴电流[A] v_d (float): d轴电压[V] v_q (float): q轴电压[V] R_s (float): 定子电阻[Ω] L_d (float): d轴电感[H] L_q (float): q轴电感[H] psi_f (float): 永久磁铁产生的磁链[Wb] T_s (float): 采样时间[s] 返回值： theta_e (float): 电气角位置[rad] omega_e (float): 电气角速度[rad/s] """ # 初始化变量 lambda_d = 0.0 # 初始d轴磁链 lambda_q = 0.0 # 初始q轴磁链 # 计算磁链变化率 delta_lambda_d = T_s * (-R_s * i_d + v_d - omega_e * lambda_q) delta_lambda_q = T_s * (-R_s * i_q + v_q + omega_e * lambda_d) # 更新磁链 lambda_d += delta_lambda_d lambda_q += delta_lambda_q # 使用反正切函数求解转子位置 theta_e = np.arctan2(lambda_q, lambda_d + psi_f) # 计算角速度 omega_e_new = (theta_e - theta_prev) / T_s omega_e = alpha * omega_e_new + (1 - alpha) * omega_e # 低通滤波系数alpha=0.95 return theta_e, omega_e ``` 此代码片段展示了如何根据定子电流、电压以及电机参数逐步更新磁链分量，并最终得出转子的角度和速度信息。值得注意的是，在实际应用过程中还需要考虑噪声抑制等问题以进一步提高精度[^1]。 --- ###
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