永磁同步电机负载估计算法--直接计算法

一、原理介绍

本文采用直接计算法估计负载转矩并将估计值前馈至转速环输出，来提高PI调节器应对负载扰动的性能。直接计算法是一种将 PMSM 的运动方程中的负载转矩项直接作为观测量，通过公式的逆向推导整理，将负载转矩项提取出来移到等式的一边，便可直接推出负载转矩表达式，从而得出待观测的负载转矩观测值。

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

（上图为PI调节器，下图为基于负载扰动前馈的PI调节器）

2.1转速

施加额定负载时，单PI调节器转速下降21rpm，采用直接计算法观测负载扰动的PI调节器转速下降5rpm，并且调节时间明显减小。

2.2电磁转矩

采用直接计算法观测负载扰动的PI调节器电磁转矩响应更快，但由于直接计算法引入转速微分，导致观测转矩存在高频信号，并且前馈至转速环输出，引发输出电磁转矩中同样存在高频信号，进而影响转速。但微分也使得转矩响应非常迅速。

2.3三相电流

三相电流正弦度良好，并无畸变。并且在施加负载时，电流迅速增加，有效提高了抗负载扰动能力。

采用直接计算法估计负载转矩，并前馈至转速环，明显提高了系统鲁棒性和抗干扰能力，但由于该方法引入微分，会造成前馈信号中包含高频信号，导致转矩中存在较小高频波动。

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仿真已发布在咸鱼，有需要可以看看

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