电机控制核心技术-永磁同步电机无速度传感器矢量控制PMSM_FOC_sensorless
导读：公 众号接下来的几期文章重点介绍、归纳总结永磁同步机无速度传感器控制策略PMSM_FOC_sensorless，主要介绍三段式切换和全速域单一观测器法，从原理到实现验证进行“逐帧分析”。本期介绍全速域单一观测器法-静态补偿电压观测器法。
&文章内容安排：
一、引言
（1）为什么要进行无感控制？
（2）无感控制的难点在哪？
二、静态补偿电压观测器实现和分析
（1）原理分析以及观测器对应的数学模型实现；
（2）静态补偿电压观测器的性能分析；
三、仿真验证和分析
（1）不同转子初始位置时的观测器收敛情况验证；
（2）带载启动以及运行性能分析；
四、C代码实现过程的处理
（1）低速区域的d轴参考电流的处理；
五、总结
（1）静态补偿电压观测器对应的参数调试总结；
（2）对零速闭环启动的理解；
一、引言
图1 常见的三段式切换的永磁同步电机无速度传感器控制策略
1.1 为什么要进行无感控制？
核心的原因是为了去掉位置、速度传感器，用电气信号+算法估算转子位置与速度，进行无感控制基于以下几点考虑：
1、降本与减复杂度：省去编码器及其安装、线缆、接口，硬件成本与装配时间明显减短，体积更小，适配狭小空间；
2、提升可靠性：减小传感器这一机械故障点，规避其对振动、冲击等的敏感性；
3、增强适配性：满足真空、水下等无法安装传感器的场景，如无人机、伺服阀等；
4、优化电气与电磁兼容性：少了传感器线缆与信号，降低电磁干扰的风险，布线简洁。
1.2 无感控制的难点在哪？
1、无感控制通过电流、电压和观测器或高频注入法估计位置、转速，中高速易实现，低速/零速带载是技术难点；
2、无感控制需要强的处理器算力与精准的电机参数，调试更复杂；
……
二、静态补偿电压观测器实现和分析
2.1原理分析以及观测器对应的数学模型实现
图2.1 静态补偿电压观测器控制框图
2.2静态补偿电压观测器的性能分析（优、缺点）
1、无论转子初始位置如何，均可以快速收敛，不需要进行转子初始位置辨识；
2、首先对定子电阻的取值要比实际值要小一些，这样的好处是：对定子电阻不敏感，可实现稳定的反转运行；
3、低速具有一定的带载能力；
4、结构简单易实现，且调试参数少，易于工程化实现；
5、执行时间快（几微秒级别），占用算力少；
6、缺点就是中、高速时，速度噪声大影响估计的精度，需要进一步处理优化；
三、仿真验证和分析
3.1不同转子初始位置时的观测器收敛情况验证
从上面三张仿真图可以发现，在不同的初始位置，静态补偿电压观测器可以在一个电角频率周期快速收敛。
3.2带载启动以及运行性能分析
图3.1 估计速度跟随和定子电流的变化情况
从图（3.1）可知，估计的速度可以精准地跟随给定速度，定子电流快速收敛且稳定变化。
四、C代码实现过程的处理
4.1低速区域的d轴参考电流的处理
4.2高速区域的处理
4.3静态补偿电压观测器的实现
五、总结
5.1静态补偿电压观测器对应的参数调试设计总结
1、首先对定子电阻的取值要比实际值要小一些，这样的好处是：对定子电阻不敏感，可实现稳定的反转运行；
2、一共只有两个调试参数：
5.3对零速闭环启动的理解
定义：无论电机的初始角度在哪，观测器的估计角度都能在一个电角度的周期内迅速收敛到真实角度。在初始角度较大的阶段，本质上还是强拖。Te大于磁阻转矩和负载转矩之和，电机转动，只有做到在很短时间内收敛，电流环和速度环才能收敛，而不是再使用传统的三段式：对齐à强拖à启动。
