無傳感器電機(jī)控制：使用無傳感器技術(shù)的無刷直流電機(jī)的位置和速度控制及其應(yīng)用趨勢

憑借高功率密度，堅固的結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，無刷直流 （BLDC）電機(jī)在許多應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮了重要作用，特別在高性能應(yīng)用。例如，采用機(jī)床和機(jī)器人中的伺服器位置傳感器，能夠成功啟動和操作。由于成本的問題， 低性能應(yīng)用，空間受限以及位置傳感器的可靠性推動了無傳感器控制的研究。除此之外，快速，持續(xù)改進(jìn)功能強(qiáng)大且經(jīng)濟(jì)的微處理器和數(shù)字信號處理器（DSP）加快了無傳感器的發(fā)展 控制技術(shù)，無刷直流 （BLDC）電機(jī)廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域空調(diào)壓縮機(jī)，發(fā)動機(jī)冷卻風(fēng)扇，燃油/水泵等。
無刷直流 （BLDC）電機(jī)是一種同步電機(jī)，它看起來就像直流電機(jī)，在電流與轉(zhuǎn)矩，電壓和轉(zhuǎn)速之間具有線性關(guān)系。它是一個電子控制的換向系統(tǒng)，而不是機(jī)械的換向，這是有刷電機(jī)的典型特征。另外，電磁體不移動，永磁體旋轉(zhuǎn)，電樞保持靜態(tài)，這解決了如何將電流傳遞到運(yùn)動的電樞的問題。用智能電子控制器代替電刷系統(tǒng)/換向器組件，控制器執(zhí)行與有刷直流電機(jī)實現(xiàn)了相同的功率分配。 BLDC電機(jī)比有刷DC電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)具有更多優(yōu)勢，例如具有更好的速度與轉(zhuǎn)矩特性，高動態(tài)響應(yīng)，高效和可靠，使用壽命長（無電刷腐蝕），無噪音運(yùn)行，更高的轉(zhuǎn)速范圍以及降低了電磁干擾（EMI）。傳遞的轉(zhuǎn)矩與電機(jī)尺寸的比率更高，使其在空間和重量是關(guān)鍵因素的應(yīng)用中特別有用，尤其在航空航天應(yīng)用中。
基于無刷直流電機(jī)（BLDC）的無傳感器控制技術(shù)，反電動勢（EMF）檢測方法已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域。眾所周知，反電動勢的大小為與電機(jī)速度成正比，因此無法應(yīng)用反電動勢檢測電機(jī)靜止時的正確運(yùn)行。為了解決這個問題，已經(jīng)開發(fā)了許多方法，其中之一被稱為三步啟動方法，首先將轉(zhuǎn)子對準(zhǔn)預(yù)定方向，然后使電機(jī)加速，利用反電動勢開環(huán)的方案。這種啟動方法很簡單，容易實施，但會受到負(fù)載的影響，可能暫時導(dǎo)致反向，不能應(yīng)用于不允許旋轉(zhuǎn)的領(lǐng)域。
獲得轉(zhuǎn)子位置信息的方式有很多，在無傳感器控制技術(shù)中，轉(zhuǎn)子位置信息是通過從三個電機(jī)端子電壓之一間接檢測反電動勢（電動勢）來確定的。三個BLDC電機(jī)相繞組中只有兩個同時導(dǎo)通，第三個非導(dǎo)通相將反向?qū)?，可以間接計算轉(zhuǎn)子位置和速度的電動勢。具有傳感器的BLDC電機(jī)驅(qū)動器一般會使用帶有轉(zhuǎn)子位置傳感器的三相PWM逆變器來執(zhí)行相位換相和/或電流控制。
無傳感器控制技術(shù)最初被認(rèn)為是節(jié)省成本的好處，它可以提高系統(tǒng)可靠性，減少電氣連接的數(shù)量，消除機(jī)械對準(zhǔn)問題并減小電機(jī)的尺寸和重量。無傳感器控制通常沒有轉(zhuǎn)子位置傳感器的BLDC電機(jī)，取消了轉(zhuǎn)子位置傳感器（例如，光學(xué)編碼器，霍爾效應(yīng)傳感器，旋轉(zhuǎn)變壓器，電纜和解碼電路），通過降低可靠性和耐用性來降低制造成本。目前，無傳感器技術(shù)尚未得到廣泛采用，將來有望成為主要的BLDC電機(jī)控制方法。
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無傳感器電機(jī)控制：無傳感器電機(jī)控制

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）發(fā)明名稱

無傳感器電機(jī)控制

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）摘要

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本公開涉及無傳感器電機(jī)控制。例如，一
種用于無刷直流
(BLDC)
電機(jī)的控制器電路可被配
置為估計
BLDC
電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，并且使用估計的
轉(zhuǎn)子位置向
BLDC
電機(jī)的定子繞組施加恒定啟動電
壓，直到定子繞組處的電流對應(yīng)于局部最小電
流?？刂破麟娐房蛇M(jìn)一步被配置為：響應(yīng)于定子
繞組處的電流對應(yīng)于局部最小電流，允許定子繞
組處的電流的換流，響應(yīng)于允許定子繞組處的電
流的換流計算轉(zhuǎn)子位置，并且使用計算的轉(zhuǎn)子位

無傳感器電機(jī)控制：無位置傳感器的電機(jī)控制你知道嗎？看完這篇就懂了

原標(biāo)題：無位置傳感器的電機(jī)控制你知道嗎？看完這篇就懂了

一、前言

電機(jī)控制一般使用閉環(huán)控制，這就必須使用傳感器，如：霍爾傳感器、編碼盤等。

但是有的應(yīng)用場合下，難以安裝霍爾傳感器、編碼盤，或者就算是安裝好，也很容易損壞。

霍爾傳感器、編碼盤都屬于位置傳感器。那么，無位置傳感器，是否也能控制電機(jī)？

答案是可以的。

二、方案

VBUS測量電機(jī)的母線電壓，假設(shè)電機(jī)由直流50V供電，則測量直流50V；由交220V供電，則測量直流310V。

IBUS測量電機(jī)總電流，可用于防過流、電流環(huán)控制。

Demand是給定的轉(zhuǎn)速，用滑動電位器模擬轉(zhuǎn)速的輸入。

AN3、AN4、AN5引腳，用于測量電機(jī)的三相電壓。

這樣一來，沒有了位置傳感器，大大簡化了設(shè)備的安裝步驟。但是，會產(chǎn)生另外的一些問題。

電機(jī)如何啟動？如何換相？如何調(diào)速？

三、硬件

MOS管驅(qū)動使用L6388ED，其內(nèi)部邏輯可以防止高邊和低邊MOS管同時導(dǎo)通。有自舉電容讓高邊MOS導(dǎo)通。

在單片機(jī)初始化時，要給L6388ED的自舉電容充電一段時間，否則高邊MOS管可能不導(dǎo)通，或者不完全導(dǎo)通。

L6388ED內(nèi)部框圖如圖所示。LIN=1，HIN=0，則LVG導(dǎo)通，HVG不導(dǎo)通，Cboot充電。

L6388ED自舉電容的容值可以由手冊上的公式計算得出，我這里控制低速電機(jī)，用的是10uF。

一旦自舉電容充完電手，MOS管可以在一段時間內(nèi)不需要充電，一般是電機(jī)每次啟動時充電。

建議使用15V給L6388ED供電，使用12V的話，可能讓MOS不導(dǎo)通或不完全導(dǎo)通，如下圖所示。

測量三相電壓，如下圖所示，NET_W是W相的電壓，而W可以直接接單片機(jī)的ADC，C11為100nF電容，該電容可以平滑相電壓，不能去掉，否則無法檢測反電動勢。U相和V相與此類似，這里不再贅述。

平滑之后的波形，呈馬鞍型，如下圖所示。

四、單片機(jī)算法

該算法分三個部分，對齊轉(zhuǎn)子、開環(huán)強(qiáng)制換相、利用反電動勢閉環(huán)換相。

4.1 對齊轉(zhuǎn)子。

先給自舉電容充電，然后強(qiáng)制給某一相PWM，讓轉(zhuǎn)子對齊在一個固定的扇區(qū)。

這種方法在絕大多數(shù)的情況下都能對齊，若不能對齊，會啟動失敗，此時，重新啟動即可。

對齊轉(zhuǎn)子的時間不宜過長，針對本文的低速電機(jī)，對齊時間約200ms。

4.2 開環(huán)強(qiáng)制換相。

這里的開環(huán)是指未檢測到反電動勢，強(qiáng)制輸出PWM，并且在預(yù)算好的時間換相，從而讓電機(jī)轉(zhuǎn)起來。

換相的方法，不同的電機(jī)可能不一樣（如：極數(shù)不同），這里使用六步換相，如下圖所示。

其中，+VBUS表示上橋臂給PWM，-VBUS表示下橋臂給高電平導(dǎo)通，斜線表示上、下橋臂均不導(dǎo)通。

上、下橋臂均不導(dǎo)通時，電機(jī)會產(chǎn)生反電動勢。

4.3 利用反電動勢閉環(huán)換相。

理想情況下，上、下橋臂均不導(dǎo)通時，在電機(jī)某一相電壓檢測到反電動勢過零，但是過零時刻和實際要換相的時刻，相差30度角。所以，在檢測到反電動勢過零之后，要延時30度，再換相。

實際情況下，延時的30度還要根據(jù)單片機(jī)內(nèi)部的ADC采樣，濾波算法進(jìn)行補(bǔ)償，這里的補(bǔ)償?shù)慕嵌纫话闶浅暗摹?/p>

假設(shè)超前x度，那么實際換相時刻為(30-x)度。

BEMF就是反電動勢，紅色箭頭指向的是換相時刻，如下圖所示。

但是，ADC采樣的電壓都是正電壓，沒有負(fù)，那就需要構(gòu)造一個虛擬中性點(diǎn)。

把三相電壓加起來取平均值，就是虛擬中性點(diǎn)。如下圖所示。

把虛擬中性點(diǎn)當(dāng)作是零點(diǎn)，這樣就能做到過零檢測。

虛擬中性點(diǎn)并不是一個恒定值，它的波形如下圖所示，類似正弦波。

檢測反電動勢過零，有兩種方法，一種是比較器，另一種是ADC采樣后濾波。

用比較器的方法，優(yōu)點(diǎn)是減少單片機(jī)的運(yùn)算量，缺點(diǎn)是增加硬件成本。

用ADC采樣的方法，優(yōu)點(diǎn)是減少硬件成本，缺點(diǎn)是增加單片機(jī)的運(yùn)算量。

由于這里需要用到的ADC采樣率要求不高（20KHz SPS），所以用單片機(jī)內(nèi)部集成的ADC即可。

這里采用ADC采樣的方法。其濾波算法稱為擇多算法，在另一篇博文再詳細(xì)介紹。

五、注意事項

1、ADC要在PWM高電平的中部采樣，可以避免毛刺的干擾。

2、六步換相的步調(diào)必須正確，否則無法檢測反電動勢。

六步換相有問題，可能不出現(xiàn)紅圈中的豎線，也可能不出現(xiàn)藍(lán)圈中的反電動勢。反電動勢有問題，電機(jī)無法加速。

3、可以使用互補(bǔ)的PWM，也可以使用上橋臂為PWM，下橋臂為高低電平。

4、黃色為經(jīng)過比較器后的波形（非本文使用的方法），藍(lán)色為經(jīng)過電阻分壓和電容濾波后的波形。如下圖所示。

經(jīng)過比較器后的波形會產(chǎn)生三條豎線，這三條豎線是由于換相引起的，所以在換相時，不判斷過零。在不換相時，去抖，判斷邊沿翻轉(zhuǎn)即是過零點(diǎn)，此方法比ADC濾波要簡單一些。

5、換相時刻不正確的波形，如下圖所示。

無位置傳感器的電機(jī)控制暫時就講解到這里，從上文，大家或許無位置傳感器的電機(jī)控制存在影響較大，因此發(fā)燒友學(xué)院一直在致力于尋找有實戰(zhàn)經(jīng)驗的硬件教育團(tuán)隊，聯(lián)合一起策劃張飛團(tuán)隊新推出了一門全硬件無位置馬達(dá)驅(qū)動器套件的系統(tǒng)培訓(xùn)課程，希望能幫助硬件工程師們能快速入門學(xué)會并在工作中去應(yīng)用。

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無傳感器電機(jī)控制：永磁同步電動機(jī)無傳感器控制技術(shù)綜述

引言
pmsm因其高轉(zhuǎn)矩慣性比、高能量密度、高效率等固有特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于航空航天、電動車、工業(yè)伺服等領(lǐng)域。伴隨著高性能磁性材料、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，特別是矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制等高性能控制策略的提出，使得pmsm調(diào)速系統(tǒng)得以迅猛發(fā)展。pmsm矢量控制效法直流電機(jī)通過轉(zhuǎn)矩分量和勵磁分量解耦控制獲得了優(yōu)良動靜態(tài)性能。打破了高性能電力傳動領(lǐng)域直流調(diào)速系統(tǒng)一家獨(dú)大的局面，并逐步邁進(jìn)交流調(diào)速系統(tǒng)時代。
高性能pmsm控制系統(tǒng)依賴于可靠的傳感器裝置和精確的檢測技術(shù)。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)多采用光電編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器等機(jī)械傳感器獲得轉(zhuǎn)子位置信息。但是機(jī)械傳感器安裝維護(hù)困難，不但增加了系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，而且影響了系統(tǒng)動靜態(tài)性能，降低了系統(tǒng)魯棒性和可靠性。pmsm矢量控制系統(tǒng)性能往往受限于機(jī)械傳感器精度和響應(yīng)速度，而高精度、高分辨率的機(jī)械傳感器價格昂貴，不但提高了驅(qū)動控制系統(tǒng)成本，還限制了驅(qū)動裝置在惡劣條件下的應(yīng)用。機(jī)械傳感器低成本、高精度、高可靠性的自身矛盾根本的解決方法就是去掉機(jī)械傳感器而采取無傳感器技術(shù)。因此，pmsm無傳感器控制技術(shù)的研究迅速成為熱點(diǎn)。
pmsm國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
國外在20世紀(jì)70年代就開展無傳感器控制技術(shù)的研究工作。在其后的20多年里，國內(nèi)外學(xué)者對交流電機(jī)的無傳感器運(yùn)行進(jìn)行了廣泛的研究并提出了很多方法。這些研究成果使得無傳感器控制的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)能夠應(yīng)用于更多的工業(yè)領(lǐng)域中。
pmsm無傳感器技術(shù)主要兩個發(fā)展階段：第一代采用無傳感器矢量控制技術(shù)的交流電動機(jī)經(jīng)過近10年的研究和原型機(jī)試驗已經(jīng)出現(xiàn)在市場上。第一代無傳感器電動機(jī)的調(diào)速精度不高，可以正常工作的速度范圍也有限，在低速、零速時，機(jī)械特性很軟且誤差變得很大，無法進(jìn)行調(diào)速。第一代無傳感器技術(shù)還很不完善，因此限制了它的使用范圍?，F(xiàn)在正在研制的是第二代無傳感器技術(shù)，人們預(yù)計將能有更高的精度且在零速時也能進(jìn)行完全的轉(zhuǎn)矩控制，可與傳統(tǒng)的矢量控制技術(shù)相媲美。第二代無傳感器技術(shù)預(yù)期的應(yīng)用領(lǐng)域與第一代無傳感器技術(shù)基本相同，但有更好的動態(tài)特性。
pmsm無傳感器控制技術(shù)綜述
pmsm無傳感器技術(shù)自榮獲國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注之后，研究進(jìn)展很快，已取得階段性成果，部分技術(shù)已實用化。從pmsm自身特點(diǎn)的深入挖掘到眾多現(xiàn)代控制理論的引用，pmsm無傳感器控制理論正不斷的推陳出新。現(xiàn)對pmsm無傳感器控制主流理論綜述如下。
基于pmsm基本電磁關(guān)系估計方法
pmsm基本控制思想是實現(xiàn)磁場定向控制，無論是控制電壓、電流或頻率其控制性能的優(yōu)劣最終還是取決于對磁場的控制好壞?；趐msm基本電磁關(guān)系的無傳感器技術(shù)著眼于pmsm定子磁鏈空間矢量方程、定子電壓矢量方程等，通過檢測電機(jī)電流、電壓估計所含轉(zhuǎn)子信息的物理量如磁鏈、感應(yīng)電動勢等以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的估計。基于pmsm基本電磁關(guān)系的無傳感器方法有開環(huán)和閉環(huán)兩種方式。采用定子電壓矢量方程估計出感應(yīng)電動勢，進(jìn)而以反正切函數(shù)估算出轉(zhuǎn)子位置方法通常為開環(huán)形式。而采用定子磁鏈空間矢量方程首先用電壓矢量積分計算出定子磁鏈?zhǔn)噶浚缓笸ㄟ^快速迭代計算出等效同步電感，進(jìn)而估計出轉(zhuǎn)子位置信息的方法有開環(huán)和閉環(huán)兩種形式。其優(yōu)點(diǎn)是計算量小、簡單、易于實現(xiàn)。但是由于該方法是基于pmsm數(shù)學(xué)模型，雖然可以選取不同的數(shù)學(xué)模型，但無論采用什么數(shù)學(xué)模型，都涉及電機(jī)參數(shù)。電機(jī)參數(shù)如定子電阻隨溫度變化，電感隨電機(jī)負(fù)載和磁路飽和程度變化，均影響估計準(zhǔn)確性。因此，應(yīng)用該方法最好結(jié)合電機(jī)參數(shù)在線辨識。
假定旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)法
假定旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)法著眼于兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下pmsm數(shù)學(xué)模型電壓方程，提出可控參考坐標(biāo)用于無傳感器控制，該坐標(biāo)稱為估計坐標(biāo)。它不是同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，而是定向于已知的估計位置，并且可按確定控制規(guī)律自行調(diào)整坐標(biāo)。具體為以檢測電壓、電流估算位置偏差，通過pll調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)位置偏差估計使得假轉(zhuǎn)子位置與實際轉(zhuǎn)子位置趨于一致。該方法保證其估計精度核心是準(zhǔn)確估計位置偏差，雖然數(shù)學(xué)模型是精確地，但估計精度仍然受電機(jī)參數(shù)變化影響，同時也受電流檢測精度影響，雖然采用了閉環(huán)控制，但依然沒有完全擺脫對電機(jī)參數(shù)的依賴性。該方法本質(zhì)上也是基于反電動勢的一種估計方法。因此，難以應(yīng)用于靜止和低速運(yùn)行的無傳感器控制中。盡管如此，該方法所構(gòu)成的控制系統(tǒng)相對簡單，由于采用了pll調(diào)節(jié)器，提高了系統(tǒng)的估計精度和穩(wěn)定性，并能獲得良好的穩(wěn)態(tài)性能。
模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)
模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)（mras）基本思想是將不含未知參數(shù)的方程作為參考模型，將含有估計參數(shù)的方程作為可調(diào)模型，兩模型不但具有相同輸入量，而且具有相同物理意義的輸出量。并同時工作，利用輸出量差值根據(jù)合適的自適應(yīng)規(guī)律，以實時調(diào)節(jié)估計參數(shù)，達(dá)到可調(diào)模型跟蹤參考模型的目的。根據(jù)參考模型與可調(diào)模型的不同選擇，可以構(gòu)造多種模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速辨識模型。最常用的方法基于反電勢的mras算法，其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)性完全取決于參考模型。但其缺點(diǎn)是在低速時，對定子電阻敏感，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速辨識不準(zhǔn)甚至發(fā)散，同樣無法解決低速問題。
基于觀測器技術(shù)的位置辨識方法
觀測器實質(zhì)是一種狀態(tài)重構(gòu)，即重新構(gòu)造一個系統(tǒng)，利用原系統(tǒng)中可直接測量的變量作為他的輸入信號，并使其重構(gòu)狀態(tài)在一定條件下等價于原系統(tǒng)狀態(tài)。等價的原則為兩者的誤差在動態(tài)變化中能夠漸近穩(wěn)定地趨于零。這個用以實現(xiàn)重構(gòu)的系統(tǒng)稱為觀測器。
觀測器按信號類型分為確定性觀測器和隨機(jī)性觀測器，按系統(tǒng)分為線性觀測器和非線性觀測器。觀測器基本結(jié)構(gòu)是由電機(jī)數(shù)學(xué)模型所構(gòu)成狀態(tài)估計方程加之以校正環(huán)節(jié)，兩者構(gòu)成閉環(huán)的狀態(tài)估計，即觀測器。電氣領(lǐng)域?qū)W者汲取世界眾多科學(xué)領(lǐng)域理論成果，結(jié)合各學(xué)科前沿思想創(chuàng)造性融入觀測器理論之中，形成諸多有價值不同控制思想的觀測器。在pmsm無傳感器技術(shù)中常采用自適應(yīng)全階觀測器、擴(kuò)展卡爾曼濾波器（ekf）和滑模觀測器（smo）。
（1）自適應(yīng)全階觀測器
自適應(yīng)觀測器是融自適應(yīng)控制于觀測器理論的一種無傳感器技術(shù)?；舅枷胧菍⒆赃m應(yīng)控制引入觀測器結(jié)構(gòu)的校正環(huán)節(jié)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速自適應(yīng)控制。pmsm自適應(yīng)全階觀測器首先以pmsm兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電壓方程構(gòu)建電流觀測器。然后以經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理的pmsm數(shù)學(xué)模型作為參考模型。以構(gòu)建的電流觀測器為可調(diào)模型，用兩個模型輸出誤差驅(qū)動自適應(yīng)機(jī)構(gòu)。在自適應(yīng)規(guī)律作用下，能夠不斷地修正待估參數(shù)，以使兩模型輸出誤差趨于零。自適應(yīng)觀測器不僅可以用來估計pmsm轉(zhuǎn)子位置和速度，而且是基于波波夫穩(wěn)定性理論辨識電機(jī)參數(shù)，減少了參數(shù)變化的影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)健性。
（2）擴(kuò)展卡爾曼濾波器
卡爾曼濾波器同樣也觀測器的一種。是卡爾曼濾波思想在觀測器理論的應(yīng)用。擴(kuò)展卡爾曼濾波器同其他觀測器一樣，能夠跟蹤系統(tǒng)狀態(tài)，其所不同的是它是非線性的、隨機(jī)的。ekf狀態(tài)估計分為兩大階段：預(yù)測階段和校正階段。在預(yù)測階段由上一次估計所得結(jié)果推算下一次估計的預(yù)測值。在校正階段為利用實際輸出和預(yù)測輸出偏差對預(yù)測值進(jìn)行反饋校正?？柭鼮V波實質(zhì)就是對預(yù)測值反饋校正。因此，不僅具有優(yōu)化和自適應(yīng)能力，而且可以更好地抑制測量噪聲和系統(tǒng)噪聲。但是ekf濾波器缺點(diǎn)在于系統(tǒng)測量噪聲和系統(tǒng)噪聲的未知，帶來的問題是難于采用確定的辦法選擇ekf濾波器中協(xié)方差矩陣。一般采用試湊法選擇協(xié)方差矩陣，而協(xié)方差矩陣關(guān)系到系統(tǒng)動態(tài)性能及其穩(wěn)定性。因此，協(xié)方差矩陣的確定關(guān)乎系統(tǒng)穩(wěn)定與否顯得至關(guān)重要。
（3）滑模觀測器
滑模觀測器是滑模變結(jié)構(gòu)控制在觀測器理論的一種應(yīng)用。其特點(diǎn)是性能完全由其滑模超平面決定，過渡過程不會產(chǎn)生超調(diào)，整個系統(tǒng)對本身參數(shù)變化及外部擾動均具有較強(qiáng)的穩(wěn)健性?；舅枷胧鞘紫雀鶕?jù)pmsm數(shù)學(xué)模型建立滑模電流觀測器，選擇滑模觀測器觀測電流與實際電流偏差為滑模超平面，該偏差經(jīng)砰砰控制，估算出含高次諧波的感應(yīng)電動勢構(gòu)成系統(tǒng)閉環(huán)，含有高次的感應(yīng)電動勢經(jīng)濾波后計算得出位置和轉(zhuǎn)速。估計變量中含有高次諧波是滑模觀測器的不足之處，這影響了高性能伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用，盡管可以進(jìn)行濾波處理，但通常方式的濾波會引起相位偏差。如前所述卡爾曼濾波器可以考慮噪聲對系統(tǒng)的影響，可以將滑模觀測器與卡爾曼濾波有效結(jié)合，成分發(fā)揮卡爾曼濾波的長處，構(gòu)成更加完善的觀測器。
基于pmsm電機(jī)特性估計方法
pmsm無傳感器技術(shù)多數(shù)基于感應(yīng)電動勢得以估計轉(zhuǎn)子位置。但當(dāng)轉(zhuǎn)速很低或零速時，感應(yīng)電動勢趨于零，轉(zhuǎn)子磁極位置難于精確估計，甚至無法估計。高頻信號注入法是基于pmsm電機(jī)特性——凸極性以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁極位置的觀測，具有很大優(yōu)勢，其主要方法有旋轉(zhuǎn)電壓矢量法和脈動電壓矢量法。
（1）旋轉(zhuǎn)電壓矢量法
旋轉(zhuǎn)電壓注入法是向插入式pmsm電機(jī)注入三相對稱的高頻正弦電壓信號，在電機(jī)內(nèi)會產(chǎn)生幅值恒定而高速旋轉(zhuǎn)的空間電壓矢量，空間電壓矢量在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，受到轉(zhuǎn)子凸極周期性地調(diào)制，調(diào)制結(jié)果自然要反映在電流響應(yīng)上，定子高頻電流成為包含有轉(zhuǎn)子位置信息的載波電流，進(jìn)行解調(diào)處理后就可以從中提取出相關(guān)的轉(zhuǎn)子位置信息，以此構(gòu)成各種閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)無傳感器的矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制。是目前十分受關(guān)注的一種無傳感器控制方法。
（2）脈動電壓矢量法
脈動電壓注入法是向永磁同步電機(jī)注入脈動電壓矢量，脈動電壓矢量與勵磁磁場疊加，這會改變勵磁磁路的飽和程度，使勵磁磁路具有凸極性，這種凸極特性對脈動電壓矢量產(chǎn)生調(diào)制作用，這種調(diào)制作用隨著脈動電壓偏離勵磁磁極軸線變化而變化，這種變化反映在高頻電流響應(yīng)中，因此在這個電流響應(yīng)中便會載有轉(zhuǎn)子位置估計誤差的信息。
兩者均利用電機(jī)的凸極特性調(diào)制，但是旋轉(zhuǎn)電壓注入法的凸極性是屬于結(jié)構(gòu)性凸極，即應(yīng)用于插入式pmsm。而脈動電壓注入法凸極性主要是飽和性凸極，結(jié)構(gòu)性凸極對高頻電壓調(diào)制作用微弱。即可應(yīng)用于面裝式pmsm，而旋轉(zhuǎn)電壓注入法卻不能。兩種方法均適用于低速估計，也可用于初始位置估計，均利用pmsm的凸極性，而不依賴于電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)。脈動電壓輸入法特點(diǎn)在于不依賴于電機(jī)參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，可以工作在全速域內(nèi)，甚至零速狀態(tài)下。
基于人工智能理論的估算方法
基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工智能理論估算轉(zhuǎn)子位置方法是以mras為大背景而提出，目的在于利用其模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)的簡單，穩(wěn)定，改善mras在低速區(qū)速度估計精度并提高其對電機(jī)參數(shù)敏感程度。隨著人工智能理論的不斷發(fā)展和完善，研究無傳感器技術(shù)應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)取代pmsm電流模型轉(zhuǎn)子觀測器，并以誤差方向傳播算法取代比例積分自適應(yīng)進(jìn)行位置估計。網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出具有明確的物理意義。網(wǎng)絡(luò)權(quán)值為電機(jī)參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程就是速度和位置估計過程。極具理論意義，但其理論研究尚不成熟，硬件實現(xiàn)也有一定的困難。現(xiàn)智能控制理論如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊控制在電力傳動領(lǐng)域應(yīng)用方面論文屢有發(fā)表，但實現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化尚有一段距離。
pmsm無傳感器控制技術(shù)發(fā)展趨勢
pmsm無傳感器控制是目前pmsm控制理論發(fā)展方向，其理論成果拓寬了pmsm應(yīng)用領(lǐng)域。pmsm無傳感器控制基本思想都是通過檢測電壓、電流引用相應(yīng)控制理論實現(xiàn)轉(zhuǎn)子信息的估計。但尚無一種pmsm無傳感器控制可實現(xiàn)pmsm系統(tǒng)全速運(yùn)行。一方面由于高頻信號注入法在零低速領(lǐng)域的絕對優(yōu)勢，使其有望成為pmsm系統(tǒng)全速運(yùn)行的一種方法，但是由于高頻信號注入法本身帶來的一些問題尚需更進(jìn)一步的研究，是眾多學(xué)者專攻的一個方向。另一方面人們基于觀測器分析方法引入現(xiàn)代控制理論如自適應(yīng)控制、變結(jié)構(gòu)控制以及非線性控制形成眾多無傳感器控制方法，每一種控制方法都有其自身優(yōu)點(diǎn)，同時也存在一些問題，單一的控制很難取得理想的控制效果，探討將各種控制互相滲透和復(fù)合可以更好的提高無傳感控制性能是未來無傳感器控制技術(shù)的發(fā)展方向。
結(jié)語
本文綜述pmsm無傳感器控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，分析比較pmsm無傳感器控制技術(shù)各種方法優(yōu)缺點(diǎn)，指明pmsm無傳感器控制技術(shù)研究重點(diǎn)和所要解決的問題，預(yù)測pmsm無傳感器控制技術(shù)未來發(fā)展方向：一是以高頻信號注入法的零低速領(lǐng)域拓展到全速領(lǐng)域的研究方向；二是以基于觀測器的各種現(xiàn)代控制理論結(jié)合和滲透的研究方向。