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077、无位置传感器启动时观测器收敛条件

一次启动炸机引出的问题

去年做一款通用变频驱动平台，电机参数未知，要求无位置传感器启动。实验室里空载启动一切正常，转速平稳，电流波形干净。到了现场带载，第一次上电启动，电机猛地抖了一下，直接过流保护。复位再试，有时候能起来，有时候起不来，起来的那些次数里，低速段转速估计值明显跳动。

当时第一反应是观测器参数没调好。调了几天，发现一个反直觉的现象：把观测器带宽调低，反而更容易启动成功；调高带宽，空载很顺，带载必炸。

这个现象逼着我回去重新翻观测器的收敛条件。后来才明白，问题根本不在带宽本身，而在于启动瞬间观测器的初始状态和真实状态之间的偏差，以及这个偏差在低速下的收敛速度。

这篇讲的就是这件事：无位置传感器启动时，观测器到底在什么条件下才能收敛，以及现场怎么判断它有没有收敛。

低速下观测器为什么容易失效

先建立一个基本认知。无位置传感器观测器，无论是基于反电动势、磁链还是高频注入，本质上都是靠电机模型去反推转子位置。反电动势和转速成正比，低速时反电动势很小，信噪比极低。

假设额定转速对应反电动势幅值 100%，那么在 5% 额定转速下，反电动势只有 5%。如果电流采样噪声、死区、母线电压波动带来的等效干扰占到这个量级的百分之几，位置估计的相位误差就会非常大。

更麻烦的是启动瞬间。电机静止，反电动势为零，观测器没有任何有效信息可用。这时候观测器输出的角度完全是初始值或者随机值。如果这个初始角度和真实转子角度差得远，控制器给出去的电压矢量方向就是错的，电机会先被“拽”一下，甚至反转，