状态观测器设计

状态观测器设计

在电机驱动的一个应用中，需要根据位置信号计算转速，并估算负载大小。但电机上的传感器只有位置传感器（光电编码器），如何根据现有资源实现功能？状态观测器方法是一个不错的选择。本文以电机驱动系统转速与负载估计为例，介绍状态观测器的设计。

1.搭建系统模型

电机的运动方程如下：

方程中ω_r为电机角速度，T_Em为电机电磁扭矩，k为阻尼系数，T_Load为负载扭矩，J为电机惯量。
定义电机转速ω_r及转角θ_r为状态变量，则系统状态方程为：

由于负载T_Load是期望观测的一个量，可将其转换为状态量以便观测——认为负载T_Load变化相对缓慢，假设：

将状态方程改写为如下形式，这时负载和转速都是状态变量了：

上述状态方程的输入为电机电磁扭矩T_Em，这是电机控制的结果。定义输出为电机转角θ_r，输出方程为：

状态方程和