永磁同步电机位置检测学习笔记

传感器位置检测法

编码器、旋转变压器和霍尔是常用的检测旋转电机转子位置的传感器。

编码器

光电编码器的精度较高，适于高性能的控制系统使用，但它的环境适应能力较差，较大的机械冲击和震动会影响精度。随着光电技术的发展，光电编码盘的精度不断的提高。光电编码器是利用光栅衍射原理实现位移—数字变换的，从50年代开始应用于机床和计算仪器，因其结构简单、计量精度高、寿命长等优点，在国内外受到重视和推广。近年来更取得长足的发展，在精密定位、速度、长度、加速度、振动等方面得到广泛的应用。

光电编码器按编码方式分为二类：增量式与绝对式。

增量式编码器

增量式编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辩率时，可利用 90 度相位差的 A、B 两路信号进行倍频或更换高分辩率编码器。

绝对式编码器

绝对式编码器有与位置相对应的代玛输出，通常为二进制码或 BCD 码。从代码数大小的变化可以判别正反方向和位移所处的位置，绝对零位代码还可以用于停电位置记忆。绝对式编码器的测量范围常规为 0—360 度。

旋转变压器

旋转变压器方面可以准确的检测转子位置，并且具有环境适应能力强的优点。近年来，旋转变压器的研究从接触式和耦合式向磁阻式旋转变压器转变。

霍尔传感器

霍尔传感器具有成本低，使用简单的优点，被方波电压驱动的无刷直流电机广泛使用。一般需要安装 3 个霍尔元件通过输出与每相反电动势过零点对应的上升和下降沿来为无刷直流电机提供换相信号。

无位置传感器检测法

无位置传感器法，分为基于永磁同步电机的反电动势模型和高频信号模型两种。

高频注入法

  高频注入算法，基于高频信号模型，主要针对静止或低速下实现马达转子位置的精确检测。无感启动在有些应用场合，即便是风机，有的客户也不想看到启动时候有反转，抖动，要求苛刻的场景还希望负载变化未知的场景下启动。这些场合适合高频注入法。
  高频注入法，通常有两种实现方法，旋转高频电压注入法和脉振高频电压注入法。由于想兼顾表贴式和内嵌式电机，兼顾通用性，脉振高频电压注入法用的多。
   大多数厂商的电机库代码中，包含了IF开环起动于高频注入法两种起动方式。

观测器法

观测器法，基于永磁同步电机的反电动势模型，使用相电流及相电压估计得到反电动势，然后用CORDIC算法（反正切法的优化方法）、PLL（锁相环法）以观测器所观测到的变量为输入，用于提取所需的位置和速度信息。，适用于转速范围是额定转速的的10%-100%。

龙伯格状态观测器

这是基于现代控制理论设计的观测器，ST使用的是龙伯格状态观测器最后将计算得到的反电势用PLL/Cordic检测出转子位置和速度

滑模观测器

Microchip等多数厂商则使用了滑模变结构观测器+滤波+反正切法。

这些方案相比，状态观测器+PLL的速度估计会相对平滑，比状态观测器+Cordic算出来的平稳，但是对电机参数依赖深。 滑模观测器原理简单，鲁棒性强，观测器稳定性对电机参数依赖小，多数厂商目前使用滑模观测器。 这些现在都是开源状态，网上可以直接找到相关代码学习，快速开发电机控制。

TI的FAST观测器

在无感FOC的demo中，早期TI也是滑模观测器。TI的新观测器FAST观测器，由于没有开源，不知道具体细节，但是F代表的是磁链，加上观测器说需要电压信号输入，因此，推测采用的是磁链观测器。