永磁同步电机负载估计算法--滑模扰动观测器
一、原理介绍
为了进一步提高永磁同步电机的抗干扰性能，采用SMDO在线估计负载扰动，然后将估计的负载扰动作为前馈信号补偿速度控制器的输出
根据永磁同步电机的运动方程，可以建立滑模观测器的模型如下：
式中l2为观测器的反馈增益；usmo为SMC函数；ω为角速度的观测值；TL^为SMDO观测到的负载扰动
二、仿真模型
在MATLAB/simulink（软件版本为2024A）里面验证所提算法，搭建仿真。采用和实验中一致的控制周期1e-4，电机部分计算周期为1e-6。仿真模型如下所示：
仿真工况：电机空载零速启动，0s阶跃给定转速1000rpm，0.5s施加额定负载
2.1估计转矩与实际转矩
上图为采用不同的滑模增益下的估计负载转矩和实际负载转矩，可以看出滑模增益在允许范围内变化，均能实现对扰动的准确估计，但是由于滑模中开关函数的特性，会存在估计的速度和抖振之间的限制。滑模增益大，估计速度快，但是稳态抖振明显；滑模增益小，估计速度略慢，但是稳态波动明显优化
下面分别对比PI调节器、基于大增益SMDO负载扰动前馈的PI调节器、基于小增益SMDO负载扰动前馈的PI调节器
2.2转速
施加额定负载时，单PI调节器转速下降21rpm，采用大增益SMDO观测负载扰动的PI调节器转速下降10rpm，并且调节时间明显减小，采用小增益SMDO观测负载扰动的PI调节器转速下降18rpm
2.3电磁转矩
采用滑模扰动观测器观测负载扰动的PI调节器电磁转矩响应更快，有效改善了电机的抗扰性能。但大滑模增益会导致输出的电磁转矩波形变得明显
2.4三相电流
增加负载前馈的系统在施加阶跃负载时，电流变化更快，响应更灵敏。
可以得出结论，滑模扰动观测器可以迅速有效的估计负载扰动，并通过前馈环节明显改善了系统的抗负载扰动能力。滑模观测器只需配置两个参数，原理清晰，调节简单，稳定性好。在传统SMDO的基础之上，还可以通过升阶、优化开关函数等多种方式改善性能。
仿真已发布在咸鱼，有需要可以看看，咸鱼搜索【Neilmotor】
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