基于低通滤波反电势观测器的永磁同步电机无感FOC算法研究与实践

基于一种低通滤波反电势观测器的永磁同步电机无感FOC 采用的反电势观测器相比传统的SMO、龙伯格等反电势观测方法在算法结构上更加简单参数调节容易只有一个参数。 1.提供算法对应的参考文献和仿真模型 2.提供该算法对应代码可直接移植到CCS中实现实验验证最近在调永磁同步电机无感FOC时发现个有意思的反电势观测器结构简单到像极了你写代码时偷懒的产物。传统SMO要搞滑模面设计龙伯格观测器得配状态方程这货居然只需要一个低通滤波器加补偿环节就搞定了。关键整个算法就一个调节参数调试时连示波器界面都不用切来切去。先看核心代码片段完整工程在文末GitHubtypedef struct { float alpha; //唯一需要调的参数 float e_alpha_prev; float e_beta_prev; } LP_Observer; void update_observer(LP_Observer *obs, float i_alpha, float i_beta, float v_alpha, float v_beta, float Ts) { // 电流微分计算实际用差分代替 float di_alpha (i_alpha - obs-e_alpha_prev) / Ts; float di_beta (i_beta - obs-e_beta_prev) / Ts; // 低通滤波环节 float e_alpha (v_alpha - R*i_alpha - L*di_alpha) * obs-alpha; float e_beta (v_beta - R*i_beta - L*di_beta) * obs-alpha; // 状态量更新 obs-e_alpha_prev e_alpha; obs-e_beta_prev e_beta; }这段代码的精髓在于把传统观测器里的积分项换成了低通滤波。参数alpha相当于截止频率的调节旋钮建议从0.05开始调。调试时有个小技巧当电机转速突变时如果观测的反电势波形像坐过山车一样上下震荡说明alpha太大得往小调要是响应慢得像树懒就往大了加点。速度估算部分更暴力float calculate_speed(float e_alpha, float e_beta) { return sqrtf(e_alpha*e_alpha e_beta*e_beta) / Kb; // Kb是电机反电势系数 }这速度计算公式简单到让人怀疑人生但实测在2000rpm以下稳如老狗。注意当反电势过零点时需要加个最小电压阈值否则低速时会出现类似电动车没电时的抽搐现象。基于一种低通滤波反电势观测器的永磁同步电机无感FOC 采用的反电势观测器相比传统的SMO、龙伯格等反电势观测方法在算法结构上更加简单参数调节容易只有一个参数。 1.提供算法对应的参考文献和仿真模型 2.提供该算法对应代码可直接移植到CCS中实现实验验证仿真模型里有个彩蛋把alpha参数做成滑块实时调节能看到观测器带宽对动态响应的影响。有次手滑把alpha调到0.5电机瞬间化身电钻吓得隔壁实验室以为我们在装修。移植到TI CCS时要注意三点电流采样必须做硬件滤波不然高频噪声会让观测器原地爆炸定时器中断周期和低通滤波时间常数要满足Ts 1/(10*alpha)启动时强制给个初始位置脉冲实测比I/F启动更可靠参考文献方面清华张老大2019年的论文《基于新型观测器的PMSM无传感器控制》第三章节把数学推导讲得透透的。不过说实话直接看代码比看那些拉普拉斯变换更带劲毕竟实践出真知嘛。完整代码和仿真模型github.com/xxx/lpf_observer 记得star前先调通代码最后说个翻车案例有次把alpha设成0.01想让低速更稳结果电机启动时直接表演太空步观测器输出像喝醉了一样乱飘。后来发现是中断周期没跟着调整血的教训告诉大家——参数和时序必须配套使用