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Extended EMF Observer

计算永磁同步电机 (PMSM) 的电气位置和机械转速

自 R2023a 起

库:
Motor Control Blockset / Sensorless Estimators

描述

Extended EMF Observer 模块会计算电气位置 θe(或 sin θe 和 cos θe),此外还根据静止 αβ 参考系中测得的电压和电流计算 PMSM 的机械转速。

该模块包括线性扩展电动势状态观测器,用于估计扩展反电动势。它使用低通滤波器来去除估计的反电动势值中的任何噪声。此外,该模块还包括一个基于转速前馈的正交锁相环 (PLL),用作转速观测器。转速观测器使用计算出的扩展反电动势来确定电机转速。它计算速度的误差为零,即使在恒定角加速度的情况下也是如此。然后,该模块根据估计的电机电角速度计算位置输出。

方程

IPMSM 状态方程定义为:

[i·e·]=[A11A120A22][ie]+[B10]v+[0W]i=C[ie]

下列方程描述降阶的 PMSM 状态模型:

i·=A11i+A12e+B1ve·=A22e

扩展反电动势 e={(LdLq)(ωreidi·q)+ωreKE}[sinθrecosθre]

以下方程描述降维状态观测器:

e^·=(A^22ξA12)e^+ξ(i·A^11iB1v)

下列方程描述扩展的电动势观测器参数:

A22ξA12=ωreJ(αI+βJ)(1Ld)Iξ=(αI+βJ)

为确保收敛,如果将 β=ωre×Ld 和 α 设置为负值,则扩展电动势观测器增益可由下式确定:

Extended EMF observer gain=αLd

其中:

  • i=[iαiβ]e=[eαeβ]v=[vαvβ]

  • W=(LdLq)(ωreid·iq··)[sinθrecosθre]

  • A=[A11A120A22]B=[B10]C=[I0]

  • A11=(RLd)I+(ωre(LdLq)Ld)JA12=(1Ld)IA22=ωreJ

  • B1=(1Ld)II=[1001]J=[0110]

    注意

    A 和 C 是一个可观察对组。

  • ·”和“··”分别是一阶和二阶微分运算子。

  • vα 和 vβ 分别是沿 α 和 β 轴的定子电压。

  • iα 和 iβ 分别是沿 α 和 β 轴的定子电流。

  • eα 和 eβ 分别是沿 α 和 β 轴的扩展反电动势。

  • id 和 iq 分别是沿 d 和 q 轴的定子电流。

  • R 是 PMSM 的定子电阻。

  • Ld 和 Lq 分别是跨 d 和 q 轴的 PMSM 定子电感。

  • KE 是电动势常量

  • ωre 是电角处的角速度。

  • θre 是电角处的转子位置。

  • e^, A^22, and A^11 是估计值。

  • ξ 是反馈增益。

端口

输入

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沿静止 αβ 参考系的 α 轴的标幺电压分量。

数据类型: single | double | fixed point

沿静止 αβ 参考系的 β 轴的标幺电压分量。

数据类型: single | double | fixed point

沿静止 αβ 参考系的 α 轴的标幺电流分量。

数据类型: single | double | fixed point

沿静止 αβ 参考系的 β 轴的标幺电流分量。

数据类型: single | double | fixed point

重置和重启模块算法处理的脉冲(true 值)。

数据类型: single | double | fixed point

输出

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估计的转子电气位置。

依存关系

要启用此端口,请将位置输出参数设置为电气位置

数据类型: single | double | fixed point

估计的转子电气位置的正弦值。

依存关系

要启用此端口,请将位置输出参数设置为正弦和余弦电气位置

数据类型: single | double | fixed point

估计的转子电气位置的余弦值。

依存关系

要启用此端口,请将位置输出参数设置为正弦和余弦电气位置

数据类型: single | double | fixed point

估计的转子机械转速。

数据类型: single | double | fixed point

参数

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模块输入的单位。

模块输出的位置的类型。

  • 电气位置 - 选择此值以启用 θe 端口。

  • 正弦和余弦电气位置 - 选择此值以启用 Sin θeCos θe 端口。

两个连续的模块执行实例之间的固定时间间隔(以秒为单位)。

电机参数

定子相绕组电阻(以欧姆为单位)。

沿旋转 d-q 参考系的 d 轴的定子相绕组电感(以亨为单位)。

沿旋转 d-q 参考系的 q 轴的定子相绕组电感(以亨为单位)。

该模块可以支持的最大机械转速(以 RPM 为单位)。如果您为转速设置的值高于此值,模块将生成不正确的输出。

注意

该模块使用此参数来滤除估计的转速信号中的噪声。

电机中可用的极对数。

施加于 PMSM 上的最大相电压。有关详细信息,请参阅标幺制

施加于 PMSM 的最大可测量电流。有关详细信息,请参阅标幺制

观测器参数

线性扩展电动势状态观测器的增益。

低通滤波器的截止频率,模块使用该截止频率来消除估计的反电动势值中的噪声。

模块使用的转速观测器的比例增益。

模块使用的转速观测器的积分增益。

查找表中的数据点数,转速观测器使用这些数据点根据扩展反电动势值计算转速。

低通滤波器的截止频率,模块使用该截止频率来消除估计的转速中的噪声。

数据类型

位置输出的单位。

位置输出的数据类型。

转速输出的单位。

转速输出的数据类型。

参考

[1] Zhiqian Chen, M. Tomita, S. Doki and S. Okuma, "An extended electromotive force model for sensorless control of interior permanent-magnet synchronous motors," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 50, no. 2, pp. 288-295, April 2003, doi: 10.1109/TIE.2003.809391.

[2] T. Ohnuma, S. Doki and S. Okuma, "Extended EMF observer for wide speed range sensorless control of salient-pole synchronous motor drives," The XIX International Conference on Electrical Machines - ICEM 2010, Rome, Italy, 2010, pp. 1-6, doi: 10.1109/ICELMACH.2010.5608087.

[3] G. Liu, H. Zhang and X. Song, "Position-Estimation Deviation-Suppression Technology of PMSM Combining Phase Self-Compensation SMO and Feed-Forward PLL," in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 9, no. 1, pp. 335-344, Feb. 2021, doi: 10.1109/JESTPE.2020.2967508.

扩展功能

C/C++ 代码生成
使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

定点转换
使用 Fixed-Point Designer™ 设计和仿真定点系统。

版本历史记录

在 R2023a 中推出