pmsmsimulinkfoc仿真_【电机控制】⽆感FOC与滑模观测器前⾔ 尽管现在各个相关公司已经有了电机控制库，但是我还是想先⾃⼰尝试写⼀下⽮量控制，毕竟⾃⼰亲⼿来⼀遍才清楚其中的奥妙与⽞机，写着写着就写了⼀年的⽆感FOC，现在把之前的⼀些笔记博⽂再拿出来整理⼀下。
做好SVPWM之后，就可以按照⾃⼰的项⽬要求，来确定⾃⼰的⽅向，是有霍尔FOC，还是有编码器FOC（伺服电机），还是⽆传感器FOC，从软件算法的⾓度来讲，⽆传感器FOC是⽐较难的，因为没有传感器去获取电⾓度，也就是位置信息。看下⾯的FOC控制框图： 从上图中便可看出FOC的⼏个关键部分:SVPWM,⼏个三相交流变两相直流的公式，以及速度/位置反馈，在有传感器的电机控制中，⽆论是霍尔还是编码器，编码器就更简单⼀些了，可以直接反馈出电⾓度，只需要⾃⼰对应好电⾓度与机械⾓度即可，霍尔传感器虽然没有编码器那么⽅便，但也是可以轻松霍尔电⾓度的，只是有霍尔FOC的控制策略需要稍加改变。
有霍尔FOC需要⽅波启动，然后切换到正弦波(SVPWM)，我最开始也是先做了这种控制模式，先使⽤了简单⼀些的带霍尔的BLDC，使⽤⽅波启动，然后切换到FOC，切换过程需要调试⼀下霍尔传感器对应的电⾓度，这个调试并不是很难，0－359的电⾓度，就算是⼀个⼀个试，⼀天也能试出来了，⼤约有30个电⾓度的范围，都是可以正常切换的，也就是说，假如硬件上霍尔U相对应的电⾓度为60度，那么切换⾓度⼤约45-75度之内都是可以切换成功的，只是偏离得⼤了，电流会⼤，这个注意⼀下电源的电流即可，⽽且偏离得⼤，电流就不是那么正弦，⽤电流计观测⽰波器波形也可以测试出来。关于有霍尔FOC的⽅波切换正弦波，以后有机会再详细说明。 项⽬中要求使⽤⽆传感器BLDC电机，也就没有传感器去直接获取电⾓度，需要通过算法来重构出电⾓度与转速，只要获取到电⾓度，转速是⽐较容易的。相⽐之下，虽然驱动⽆传感器电机算法要难⼀些，但是对于有传感器电机，⽆传感器电机的优势也是⽐较明显的：
1.成本低，传感器的成本也是⾼的，尤其是伺服电机的编码器
2.在⼀些恶劣环境，⽐如⾼温环境，传感器是有可能会有失灵或不准确的情况的，此时使⽤⽆传感器电机要好很多。
同样，⽆传感器的BLDC电机的劣势也是显⽽易见的：
１.算法复杂，开发周期长
２.启动困难，在对启动不能抖动的应⽤场合，应⽤不⽅便
３.精度不⾼，在对控制精度有要求的应⽤场合，也基本不会选⽤⽆传感器电机
启动算法分析⽐较：
业内承认的⼀个公认⽆感永磁同步机的难点－－－启动问题，⽆感电机的启动是⼀个世界性难题，当然，不是说⽆法启动，⽽是没有⼀个通⽤的⽅法能够⽐较好的启动所有电机，由于状态观测器重构电⾓度需要使⽤正弦电流来观测反电动势，进⽽观测电⾓度，在电机静⽌条件下，没有电流，也就⽆法观测出电⾓度，⽬前⽐较通⽤的做法是两种：强拖，或者⾼频注⼊。
１.强拖
强拖就稍微简单，好理解⼀些。强拖有⼀个致命的缺点，就是启动可能会反转，这是这种⽅法的固有缺点，使⽤SVPWM强拖，也可以做到全正弦，⽽且抖动⽐较⼩，但毕竟还是有抖动的，我也是采⽤的这种⽅法，因为我的应⽤场合是卡车⽔泵，因此启动的反转基本没什么影响，因此使⽤这种⽅法。
２.⾼频注⼊
⾼频注⼊可以做到在电机零速或低速的时候检测到电⾓度，但是⾼频注⼊对于电机凸极率是有⼀些要求的，也就是说，对于⼀些电机，使⽤⾼频注⼊会⾮常难调，或者根本⽆法使⽤这种⽅法。除此之外，⾼频注⼊算法复杂，需要设计滤波器，对于⼀些低端芯⽚，或者说计算能⼒差⼀些的芯⽚，对编程能⼒是⼀个巨⼤的考验，我也不能说肯定写不出来这样的程序，毕竟ST⽤030都做出来⾼频注⼊了。
观测器的分析⽐较：
TI是使⽤的FAST观测器+反正切，ST是分析各⼤做电机控制的半导体公司的⽅案，以及对现有资料的丰富度分析，如果我没记错的话，TI是使⽤的FAST观测器+反正切，ST是使⽤的龙伯格观测器+PLL，Microchip使⽤的是滑模观测器+PLL，新塘使⽤的滑模观测器+反正切+PLL，传统的⽅案是滑模观测使⽤的龙伯格观测器+PLL，Microchip使⽤的是滑模观测器+PLL，新塘使⽤的滑模观测器+反正切+PLL
器＋反正切，或滑模观测器＋PLL，因为滑模观测器⽐较简单，编程容易。
综上，根据项⽬需求以及软件算法综合⽐较，采⽤SVPWM强拖+滑模观测器+反正切+PLL的⽅式实现全正弦⽆感FOC。
滑模观测器主要包含三部分：
１.电机⽅程
２.滑模⾯选取
３.符号函数选取
第⼀步建⽴电机⽅程，有两种⽅式，第⼀种：利⽤静⽌的α－β坐标系建⽴电机⽅程，第⼆种：利⽤运动的ｄ－ｑ坐标系建⽴电机⽅程，我选⽤的是第⼀种，第⼀种⽐较简单⼀些。
第⼆步选取滑模⾯，选取估计电流与实际电流的差值作为滑模⾯。
第三步符号函数，符号函数我尝试了两种，饱和函数与连续函数，都可以调出来效果。
基本就是使⽤的传统SMO的⽅法，框图如下：
我加⼊了注释，应该对滑模＋反正切算法的流程⼀⽬了然，之后便是各个具体步骤，
α－β坐标系下的电机模型：
结合之前的SMO控制框图，再看这个会⽐较容易⼀些
⽽符号函数的选取，有很多种，可以根据⾃⼰的实际芯⽚能⼒，以及实际效果来选取，鉴于我的芯⽚计算能⼒，我试了两种－－－饱和函数与连续函数。
观测器之后便是反正切，反正切也需要看⾃⼰芯⽚的计算能⼒，我使⽤的是103，计算能⼒不⾜，不可以直接使⽤atan函数，因此需要编写反正切的快速计算算法，实际效果也还⾏，因为我只需要计算出整数电⾓度与即可，也就是0-359度，最后测试快速计算算法时间也符合要
求，差不多迭代3-4次即可计算出任意整数电⾓度：
数都有所不同。
调试观测器的时候，因为此观测器是使⽤电流重构的，因此要保证电流采样的正确性，以及转速不能太低，转速过低的话是⽆法从强拖切换到观测器的，因此先调试强拖，转速先到⼀定⽔平，⼀般是电机额定转速的10%左右，之后就是调试电机模型，基本上电机模型调试正确，符号函数就很好调试，模型也就是电机的阻感参数，根据⾃⼰的电机类型，凸极式电机就调试Lq,Ld,Rs，表贴式电机就调试Ls,Rs，在知道电机类型，以及使⽤仪器实际测试电机参数之后，进⾏微调，切忌盲⽬调试。
可以参照我的调试⽅法：先使⽤有霍尔电机，⽤霍尔传感器实际测试出来的电⾓度对观测器的电⾓度进⾏验证，先对⽐⼀下调试结果是否可⽤，情况会好很多，我最开始调试的初步效果如下：
当然，这是是使⽤的有霍尔电机，⽬标电机是⽆霍尔电机，也就是说，阻感参数不⼀样，全部都要重
新调试⼀遍，不过，掌握调试⽅法即可。
调试出的电流结果奉上：
编者注：有关⽆感FOC的内容，还需要⼏年的时间去磨练总结，亲⾝体会，并不是说照着书上的公式把程序写出来就万事⼤吉，要成为电机⼤⽜还需要见多识⼴，电机中很多⿊匣⼦是需要个⼈花时间去钻研的。与君共勉。
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