GCKontrol 赋能 PMSM 电机无感观测技术，开启电机控制新征程
前 言
前 言
在电机控制开发领域，传统的开发模式往往面临效率低、成本高的问题。而作为一款面向控制系统开发的国产软件，GCKontrol 以其独特的优势打破了这一局面。它能够实现从控制策略建模到代码生成、V 流程全生命周期验证的闭环开发，极大地提高了开发效率。并且，GCKontrol具备 仿真速度快、代码生成效率高的特点，能够快速将设计理念转化为实际可用的代码。
此外，GCKontrol 构建的电机工具箱更是一大亮点。该工具箱支持永磁同步电机、感应电机等多种电机类型，并包含磁场定向控制（FOC）、标量控制、PID 控制等多种控制算法。同时，丰富的电力电子器件模型与传感器接口，使用户能够快速搭建电机控制系统模型并生成代码，为电机控制开发提供了一站式解决方案。
现状和挑战
现状和挑战
目前，电机控制开发过程面临诸多现状与挑战。一方面，随着工业自动化程度的不断提高，对电机控制的精度、稳定性和响应速度要求日益增高。传统控制方法在复杂工况下逐渐难以满足需求。另一方面，开发过程中，不同软件之间的数据交互与协同工作存在困难，导致开发周期延长、效率降低。
此外，虽然硬件传感器能够获取电机运行相关数据，但其使用也带来了成本增加、系统复杂性提高以及可靠性降低等问题。例如，在一些恶劣环境下，传感器容易出现故障，影响电机的正常运行。因此，寻找一种高效、低成本且可靠的电机控制开发方式，已成为行业亟待解决的问题。
解决方案
解决方案
技术路线：龙伯格观测器与锁相环的协同
为解决上述问题，基于龙伯格观测器和锁相环（PLL）的 PMSM 电机无感观测技术成为了重要的解决方案。
龙伯格观测器：无感观测的核心技术
1964 年龙伯格提出状态观测器理论，为线性系统可观性条件下的状态重构提供方案。系统存在有感路径和无感路径，引入实际采集与估计结果的偏差作为反馈构建闭环系统，当满足一定条件时误差会收敛至 0，实现对系统的精确观测。
锁相环PLL：速度与角度的精准捕捉者
锁相环由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）协同工作。鉴相器以观测器输出的反电动势为输入，计算估计相位和相位误差，其输出为：
通过这样的闭环控制，实现对转子速度和角度的精准提取。
GCKontrol工具建模优势
GCKontrol工具建模优势
GCKontrol 软件在建模方面展现出强大的优势。它提供了直观便捷的建模界面，用户只需从库中拖拽相应模块，即可快速搭建电机控制系统模型。在参数设置方面，操作简单明了，能够满足不同电机类型和控制需求的精确设置。
并且，GCKontrol 生成的代码质量高、可读性强，能够直接应用于实际项目中，大大减少了代码调试和优化的时间。同时，软件还支持全流程闭环开发，从建模、仿真到代码生成和验证，都能在一个平台上完成，有效提高了开发效率和系统的可靠性。
案例：GCKontrol 构建 PMSM 电机无感观测模型
搭建电机模型
从库中拖拽“PMSM”模块，设置电机电感、电阻、转动惯量、极对数等参数。
步骤一
添加FOC控制器
根据FOC控制方法，从工具箱中拖出 Clarke/Park 变换、SVPWM等模块并进行连接，结合基础控制算法工具箱中的PID控制与GCKontrol中的基础block进行FOC控制算法搭建。
步骤二
无感观测器搭建
电机与控制模型搭建完成后，引入无感观测来获取电机的位置、转速信息。
龙伯格观测器模型
分别构建电流估算和反电动势估算模型图，详细呈现电流、反电动势的估算过程，每个环节和参数都经过精心设计与调整。
电流估算
反电动势估算
锁相环模型
搭建 GCKontrol 模型，精准模拟锁相环中鉴相器、环路滤波器和压控振荡器的协同工作，确保转子速度和角度提取的准确性。
锁相环模型
仿真分析
将模型按照功能进行整合，封装子系统，设定一系列模型参数，如dq轴电感L、电机电阻值R、锁相环ki值、锁相环kp值、龙伯格观测器采样步长Tl等 ，综合考量电机特性与控制要求，构建仿真基础。
模型整体布局
输入设定期望转速为300rad/s，负载在0-4 秒为100N· m，4-10秒为200N·m；输出聚焦实际电角速度、旋转变压器测量的电角度和电角速度 ，进行仿真分析。
观测器观测结果
电机运行结果
通过仿真获取观测器观测结果和电机运行结果示意图，直观呈现系统在不同工况下的表现，如估计速度和角度与实际值的接近程度、负载变化时的响应速度和稳定性等 ，为系统优化提供数据支撑。
总结展望
总结展望
本次探索通过GCKontrol深入解析基于龙伯格观测器的PMSM电机无感观测技术，明确龙伯格观测器和锁相环在其中的核心作用。通过合理的模型构建与仿真分析，验证了该技术实现PMSM电机无感观测的可行性，为降低成本、提升系统可靠性提供了有效方案。
GCKontrol 电机工具箱以其全面的组件生态、深厚的技术底蕴、人性化的设计以及强大的实战能力，展现了国产建模软件的硬核实力。它不仅打破了国外软件的长期垄断，更为国内工程师提供了贴合本土需求、上手门槛低的优质工具。无论是电机研发、工业自动化升级，还是新能源领域的创新探索，GCKontrol 电机工具箱都能成为你的得力助手。
未来，期待 GCKontrol 持续迭代升级，为电机控制领域带来更多惊喜！如果您也对电机控制建模感兴趣，不妨亲自体验一下这款宝藏工具箱，开启高效开发之旅！
参考资料：
[1]https://zhuanlan.zhihu.com/p/543683977
[2]https://blog.csdn.net/qq_42007446/article/details/135524147
