节能型循环泵控制器

　　3.2 滑模观测器算法分析

　　滑模观测器即是基于上述αβ 定子静止坐标系的数学方程实现的，整个滑模观测器位置估计方法的框图如图 3-1 下：

　　由图 3-1 所示，滑模观测器算法的输入量为：

　　Rs——定子电阻

　　Ls——相电感

　　Ts——控制周期

　　算法输出量为：

　　滑模观测器的本质是通过结构变换开关，以很高的频率在滑模面上来回切换，是状态点以很小的幅度在相平面上运动，最终运动到稳定点，从而使得估计值逼近真实值。传统的常值切换滑模控制应用于反电动势观测器时，由于开关时间和空间上的滞后，使得滑模观测器呈现固有的抖动现象。因此使用饱和函数代替开关函数作为切换函数，通过选择合理的边界层厚度削弱抖动。

　　基于饱和函数的离散滑模观测器为：

　　式中

　　为代替滑模变结构开关函数的饱和函数，函数曲线如图 3-2 所示。图中，∆ 为边界层。

　　估计电流的误差方程为：

　　通过滑模变结构进行估计的结果如下：

　　式中，

　　将滑模估计的结果为开关信号，其中含有反电动势估计值的信息，经过低通滤波器得到估计的反电动势为：

　　其中

　　从而求得转子位置为：

　　对位置微分即可求得转速：

　　转速信号中包含了滑模所带来的抖动，因此需要对转速进行滤波：

　　3.3 算法实现

　　滑模位置估计方法是基于反电动势估计的，电机在零速和低速时反电动势很小，这极大的影响了滑模观测器的性能，甚至是不能工作。因此需要设计另外的算法确保电机启动。最为简单的启动算法是使用压频比(V/F)控制方式启动电机。

　　为了降低从压频比方式过渡到滑模估计控制方式的电流波动，压频比控制时电流环仍然工作，因此压频比控制的工作原理为：给定电流命令值

　　当给定电流命令值

　　整个算法的状态机图如 3-3 所示：

　　4、实验结果及分析

　　电机最小工作转速为 1000rpm，因此电机起动后立刻加速至 1000rpm，稳定后电流波形如下图 4-1 左所示。水泵的最小工作转速为 1200rpm，此转速下的稳态波形如图 4-1 右所示。由两张波形可以看出，在最小工作点电机稳定运行。

　　图 4-2 左是电机工作在 2000rpm 时的稳态电流波形，图 4-2 右是电机工作在 3000rpm 时的稳态电流波形。由两张电流波形可以看出，此时电流波形正弦度较高。

　　表 4-1 列出了在不同转速下的功率和效率数据。数据存在一定的测量误差，但是即使如此，从数据依然可以看出，该水泵系统的高效工作点在 1500rpm 以上。

　　表4-1 不同转速下的功率和效率数据