面向永磁同步电机无传感器控制的二阶改进扩展状态观测器

摘要

针对传统扩展状态观测器(extended states observer, ESO)为保证收敛性和提升系统动态性能而增大矫正项增益，进而加剧对于高频噪声敏感性的问题，提出了一种面向永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)无位置传感器控制的改进扩展状态观测器(improved ESO, IESO)。结合PMSM扩展反电动势全阶模型，将扩展反电动势作为ESO扩展的状态；通过将低阶动态方程的输出作为高阶动态方程的输入的方法设计IESO,从而有效降低矫正项增益，进而减小系统对高频噪声的敏感性；在矫正项中引入饱和函数以限制高增益观测器可能引入的峰值效应，并进行了收敛性分析。数值仿真结果表明：相较于传统线性ESO,采用IESO后，PMSM无传感器控制系统在电机启动、调速及突加负载时动态性能均有提升，误差最大值减小，同时收敛速度加快约25%;在测量电流加入0.5 A随机高频噪声后，传统方法收敛时间增加了约25%,转速误差最大值增大了约40%,而IESO并没有显著增加，同时相较于传统方法，IESO的角度误差高频噪声减小了约60%,因而IESO能够显著抑制系统高频噪声。

关键词

永磁同步电机 / 无位置传感器控制 / 二阶状态观测器 / 高增益观测器 / 高频噪声抑制

基金资助

国家自然科学基金资助项目(51977173)