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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(dòng)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(guò)轉(zhuǎn)矩分量和勵(lì)磁分量解耦控制獲得了優(yōu)良動(dòng)靜態(tài)性能。打破了高性能電力傳動(dòng)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(shí)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(cè)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(dòng)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(jià)格昂貴，不但提高了驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)成本，還限制了驅(qū)動(dòng)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(wú)傳感器技術(shù)。因此，pmsm無(wú)傳感器控制技術(shù)的研究迅速成為熱點(diǎn)。

pmsm國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　國(guó)外在20世紀(jì)70年代就開(kāi)展無(wú)傳感器控制技術(shù)的研究工作。在其后的20多年里，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)交流電機(jī)的無(wú)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(wú)傳感器控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠應(yīng)用于更多的工業(yè)領(lǐng)域中。

　　pmsm無(wú)傳感器技術(shù)主要兩個(gè)發(fā)展階段：第一代采用無(wú)傳感器矢量控制技術(shù)的交流電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)近10年的研究和原型機(jī)試驗(yàn)已經(jīng)出現(xiàn)在市場(chǎng)上。第一代無(wú)傳感器電動(dòng)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(shí)，機(jī)械特性很軟且誤差變得很大，無(wú)法進(jìn)行調(diào)速。第一代無(wú)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(wú)傳感器技術(shù)，人們預(yù)計(jì)將能有更高的精度且在零速時(shí)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(wú)傳感器技術(shù)預(yù)期的應(yīng)用領(lǐng)域與第一代無(wú)傳感器技術(shù)基本相同，但有更好的動(dòng)態(tài)特性。

pmsm無(wú)傳感器控制技術(shù)綜述

　　pmsm無(wú)傳感器技術(shù)自榮獲國(guó)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(shí)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(wú)傳感器控制理論正不斷的推陳出新。現(xiàn)對(duì)pmsm無(wú)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(jì)方法

　　pmsm基本控制思想是實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)定向控制，無(wú)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(duì)磁場(chǎng)的控制好壞?；趐msm基本電磁關(guān)系的無(wú)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(guò)檢測(cè)電機(jī)電流、電壓估計(jì)所含轉(zhuǎn)子信息的物理量如磁鏈、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)?；趐msm基本電磁關(guān)系的無(wú)傳感器方法有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種方式。采用定子電壓矢量方程估計(jì)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而以反正切函數(shù)估算出轉(zhuǎn)子位置方法通常為開(kāi)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(jì)算出定子磁鏈?zhǔn)噶?，然后通過(guò)快速迭代計(jì)算出等效同步電感，進(jìn)而估計(jì)出轉(zhuǎn)子位置信息的方法有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種形式。其優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算量小、簡(jiǎn)單、易于實(shí)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(wú)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(jì)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(shí)。

　　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(wú)傳感器控制，該坐標(biāo)稱為估計(jì)坐標(biāo)。它不是同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，而是定向于已知的估計(jì)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(cè)電壓、電流估算位置偏差，通過(guò)pll調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)位置偏差估計(jì)使得假轉(zhuǎn)子位置與實(shí)際轉(zhuǎn)子位置趨于一致。該方法保證其估計(jì)精度核心是準(zhǔn)確估計(jì)位置偏差，雖然數(shù)學(xué)模型是精確地，但估計(jì)精度仍然受電機(jī)參數(shù)變化影響，同時(shí)也受電流檢測(cè)精度影響，雖然采用了閉環(huán)控制，但依然沒(méi)有完全擺脫對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴性。該方法本質(zhì)上也是基于反電動(dòng)勢(shì)的一種估計(jì)方法。因此，難以應(yīng)用于靜止和低速運(yùn)行的無(wú)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(duì)簡(jiǎn)單，由于采用了pll調(diào)節(jié)器，提高了系統(tǒng)的估計(jì)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(jì)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(shí)工作，利用輸出量差值根據(jù)合適的自適應(yīng)規(guī)律，以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)估計(jì)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(shí)模型。最常用的方法基于反電勢(shì)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(shí)，對(duì)定子電阻敏感，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速辨識(shí)不準(zhǔn)甚至發(fā)散，同樣無(wú)法解決低速問(wèn)題。