無(wú)位置傳感器永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)綜述

陳廣輝，曾 敏，魏良紅

(華南理工大學(xué)，廣東廣州510640)

0 引 言

永磁同步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、體積小、質(zhì)量輕、轉(zhuǎn)矩/重量比高、功率因數(shù)高，易于散熱、易于維護(hù)等顯著特點(diǎn)，因而應(yīng)用范圍廣泛，尤其是在要求高控制精度和高可靠性的場(chǎng)合，如航空航天、數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人等方面獲得廣泛應(yīng)用。永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制技術(shù)就是用矢量變換的方法有效地控制電機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，使交流電機(jī)的性能接近或達(dá)到他勵(lì)直流電機(jī)的性能。矢量變換需要實(shí)時(shí)知道轉(zhuǎn)子的位置及轉(zhuǎn)速以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。在傳統(tǒng)的永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制中，對(duì)轉(zhuǎn)子位置及速度的檢測(cè)通常是通過(guò)在轉(zhuǎn)子軸上安裝光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等機(jī)械式傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這些傳感器增加了系統(tǒng)成本，增加了電動(dòng)機(jī)與控制系統(tǒng)之間的連接線和接口電路，降低了系統(tǒng)的控制精度及可靠性，而且在有些情況下，由于傳感器對(duì)安裝位置、震動(dòng)、溫度、濕度等方面的苛刻要求，使得永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣受到諸多限制。

為了克服使用位置傳感器給系統(tǒng)帶來(lái)的缺點(diǎn)，很多學(xué)者開(kāi)展了無(wú)位置傳感器永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的研究，即通過(guò)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的相電流及母線電壓等變量來(lái)估算轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)矢量控制。這些方法大致可分為兩類:一類是基于基波勵(lì)磁和反電動(dòng)勢(shì)的估測(cè)方法，主要適用于電動(dòng)機(jī)的中高速矢量控制;另一類是基于電動(dòng)機(jī)凸極效應(yīng)和信號(hào)注入的各種方法，主要用于低速和零速下的轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速估計(jì)［1］。

1 基于基波勵(lì)磁和反電動(dòng)勢(shì)的估測(cè)方法

這些方法主要是基于電動(dòng)機(jī)的電流電壓模型，通過(guò)基本的電磁關(guān)系或反電動(dòng)勢(shì)來(lái)估測(cè)轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速，動(dòng)態(tài)性能較好，最低轉(zhuǎn)速可達(dá)到每分鐘幾十轉(zhuǎn)，低于此轉(zhuǎn)速范圍時(shí)由于電信號(hào)受噪聲干擾，定子電阻隨溫升變化，電流反饋環(huán)節(jié)的直流補(bǔ)償及漂移等原因，估測(cè)精度會(huì)大大下降。

1.1 基于永磁同步電動(dòng)機(jī)電磁關(guān)系的估算方法

永磁同步電動(dòng)機(jī)的電流、電壓信號(hào)中包含有電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子位置信息，我們可以通過(guò)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的特定電流、電壓信號(hào)來(lái)估計(jì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速。主要有以下三種方法:

(1)通過(guò)對(duì)反電動(dòng)勢(shì)積分得到的定子磁鏈相角來(lái)估算轉(zhuǎn)子位置;

(2)通過(guò)計(jì)算永磁同步電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)相電感來(lái)估算轉(zhuǎn)子位置;

(3)通過(guò)檢測(cè)定子繞組反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)的位置來(lái)估算轉(zhuǎn)子位置［2］。目前反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)方法是技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法，主要用于方波驅(qū)動(dòng)的永磁同步電動(dòng)機(jī)，也是目前大多數(shù)變頻空調(diào)中使用的方法。其工作原理是:在電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，忽略電樞反應(yīng)，通過(guò)檢測(cè)未通電相反電動(dòng)勢(shì)的過(guò)零點(diǎn)來(lái)獲取轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)從而控制繞組電流的切換，保持定子電流和反電動(dòng)勢(shì)在相位上的嚴(yán)格同步，實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)某相繞組的反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零時(shí)，由三相繞組電流之和為零，導(dǎo)通兩相反電動(dòng)勢(shì)大小相等、方向相反，可推得反電動(dòng)勢(shì)是未導(dǎo)通相的端電壓減去三相端電壓之和的三分之一，如果反電動(dòng)勢(shì)改變符號(hào)，從改變符號(hào)的時(shí)刻再延遲30°即為換相時(shí)刻。

基于永磁同步電動(dòng)機(jī)電磁關(guān)系的估算方法僅依賴于電動(dòng)機(jī)的基波方程，計(jì)算簡(jiǎn)單，易于工程實(shí)現(xiàn)，但這些方法大多工作在開(kāi)環(huán)模式下，在電機(jī)受到噪聲干擾，由于溫升、磁飽和效應(yīng)等導(dǎo)致的電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化及純積分環(huán)節(jié)的漂移等因素作用下，其估計(jì)精度將顯著下降，這種情況在低速下尤其明顯。

1.2 模型參考自適應(yīng)方法(MRAS)

模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)是基于穩(wěn)定性理論的參數(shù)估算方法，其基本思想為:構(gòu)建兩個(gè)物理意義輸出量相同的模型，將含有待估參數(shù)的方程作可調(diào)模型，而以不含未知參數(shù)的方程作參考模型。兩個(gè)模型同時(shí)工作，并利用其輸出量的差值構(gòu)建合適的自適應(yīng)律來(lái)適時(shí)調(diào)節(jié)可調(diào)模型的參數(shù)，使得可調(diào)模型的輸出能夠跟隨參考模型的輸出，系統(tǒng)的漸近收斂由Popov 超穩(wěn)定性來(lái)保證［3］。

典型的MRAS方法如圖1所示。以電動(dòng)機(jī)本身為參考模型，以電流模型為可調(diào)模型，根據(jù)Popov超穩(wěn)定性定理，對(duì)Popov積分不等式進(jìn)行逆向求解就可以得到自適應(yīng)規(guī)律，從而得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計(jì)值，對(duì)其進(jìn)行積分后得到的轉(zhuǎn)子位置角可用于后續(xù)矢量控制的坐標(biāo)變換。

圖1 模型參考自適應(yīng)法原理圖

模型參考自適應(yīng)法具有工程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、自適應(yīng)速度快、動(dòng)靜態(tài)性能優(yōu)良，魯棒性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是這種方法的估算精度與所選取的參考模型有關(guān)，雖然采用了閉環(huán)PI控制器，但仍然沒(méi)有完全擺脫對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的依賴性，所以在追求高精度估算時(shí)，仍然需要對(duì)電動(dòng)機(jī)中變化較大的參數(shù)如定子電阻等進(jìn)行在線辨識(shí)。文獻(xiàn)［4］提出了一種改進(jìn)方案，將電動(dòng)機(jī)的電流模型作為參考模型，估算的定子磁鏈模型作為可調(diào)模型，兩者采用了并聯(lián)型結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了自適應(yīng)律，同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中變化較大的定子電阻進(jìn)行辨識(shí)，取得了較好的效果。文獻(xiàn)［5］將變結(jié)構(gòu)控制方法引入自適應(yīng)控制中，提出了一種變結(jié)構(gòu)模型參考自適應(yīng)觀測(cè)器，經(jīng)證實(shí)該方法具有較強(qiáng)的魯棒性和令人滿意的動(dòng)靜態(tài)性能。文獻(xiàn)［6］在模型參考自適應(yīng)方法中使用弱磁控制技術(shù)和解耦控制技術(shù)改善了控制系統(tǒng)低速段和高速段的估計(jì)精度，擴(kuò)大了電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍。

1.3 擴(kuò)展卡爾曼濾波器

擴(kuò)展卡爾曼濾波器(EKF)是線性系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的卡爾曼濾波器在非線性系統(tǒng)的擴(kuò)展應(yīng)用。這種方法首先以定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈為狀態(tài)變量，以轉(zhuǎn)速為參數(shù)建立電機(jī)狀態(tài)方程，然后將狀態(tài)方程線性化，再運(yùn)用卡爾曼濾波器的遞推公式估算出轉(zhuǎn)子的位置和速度。

擴(kuò)展卡爾曼濾波器方法得到的估算轉(zhuǎn)速值與實(shí)際值非常接近，由估算值構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)在寬調(diào)速范圍內(nèi)具有良好的特性。但擴(kuò)展卡爾曼濾波器的算法復(fù)雜，需要高階矩陣求逆運(yùn)算，計(jì)算量相當(dāng)大。而且這種方法是建立在對(duì)系統(tǒng)誤差和測(cè)量噪聲的統(tǒng)計(jì)特性已知的基礎(chǔ)上，但實(shí)際應(yīng)用中很難確定系統(tǒng)的噪聲級(jí)別和算法中的卡爾曼增益，需要通過(guò)大量調(diào)試才能確定合適的隨機(jī)參數(shù)。低速下，由于諧波噪聲的干擾作用增強(qiáng)，估計(jì)精度將顯著降低。為此文獻(xiàn)［7］提出了一種降階卡爾曼濾波器，簡(jiǎn)化了迭代過(guò)程，減小了運(yùn)算量，更易于數(shù)字化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)［8］提出了一種通過(guò)降低低速段的直流母線電壓來(lái)提高電壓性噪比的方法，提高了低速段的估計(jì)精度，擴(kuò)大了電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍。文獻(xiàn)［9-10］將蟻群算法、模糊滑?？刂频纫肟柭鼮V波器控制，提高了誤差辨識(shí)精度，增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性。

1.4 滑模觀測(cè)器

滑模觀測(cè)器是利用滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)對(duì)參數(shù)擾動(dòng)魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)，利用觀測(cè)電流與實(shí)際電流間的差值來(lái)重構(gòu)電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)，以估算轉(zhuǎn)子位置。典型的滑模觀測(cè)器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 滑模觀測(cè)器典型結(jié)構(gòu)

滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與對(duì)象參數(shù)及外界擾動(dòng)無(wú)關(guān)，具有響應(yīng)速度快、對(duì)參數(shù)變化及擾動(dòng)不敏感、魯棒性強(qiáng)，無(wú)需系統(tǒng)在線辨識(shí)、易于工程實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。但是滑模變結(jié)構(gòu)控制在本質(zhì)上是不連續(xù)的開(kāi)關(guān)控制，會(huì)引起系統(tǒng)發(fā)生抖動(dòng)，影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，這種情況在電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)尤其明顯，將會(huì)引起比較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

文獻(xiàn)［11-13］提出了用各種函數(shù)如飽和函數(shù)、線性函數(shù)、積分函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等替代傳統(tǒng)的符號(hào)函數(shù)來(lái)估算轉(zhuǎn)子位置的方法以減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但這樣做的缺點(diǎn)是失去了變結(jié)構(gòu)的完全自適應(yīng)能力，而退化為一種魯棒性控制策略。而且控制器的參數(shù)也較難確定，控制的穩(wěn)定精度也受到一定影響。圖3為使用sigmoid函數(shù)代替了傳統(tǒng)的bang-bang控制并省去了低通濾波器，雖簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減小了轉(zhuǎn)矩抖動(dòng)，卻降低了系統(tǒng)的估測(cè)精度。文獻(xiàn)［14-15］設(shè)計(jì)了可變截止頻率的低通濾波器、卡爾曼濾波器等來(lái)替代傳統(tǒng)濾波器，使得轉(zhuǎn)子位置角的估算更加精確，但這樣做使控制系統(tǒng)更加復(fù)雜，運(yùn)算量更大，控制精度及效率都有所下降。文獻(xiàn)［16］在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速計(jì)算上拋棄了用估算的轉(zhuǎn)子位置直接進(jìn)行微分的方法，而是設(shè)計(jì)了一個(gè)由比較器和環(huán)形濾波器組成的鎖相環(huán)來(lái)更為精確地估計(jì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，取得了較好的效果。

圖3 新型滑模觀測(cè)器原理圖

2 基于電機(jī)凸極效應(yīng)和信號(hào)注入的各種方法

電動(dòng)機(jī)的凸極效應(yīng)是指對(duì)于凸極永磁電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，由于轉(zhuǎn)子永磁體的作用，交軸和直軸磁阻有較大的差別，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到不同的位置時(shí)，定子繞組電感量變化很大。由于凸極效應(yīng)包含有電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息，我們可以利用凸極效應(yīng)，通過(guò)不同頻率的電信號(hào)注入等方法進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)，這些方法尤其適用于低速及零速下的轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速估計(jì)。

2.1 旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法

旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法主要用于凸極效應(yīng)明顯的內(nèi)埋式永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)，其原理圖如圖4所示。旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法的機(jī)理是:電動(dòng)機(jī)靜止時(shí)，在基波勵(lì)磁的基礎(chǔ)上向電動(dòng)機(jī)注入三相對(duì)稱的高頻電壓信號(hào)，由此高頻電壓信號(hào)感應(yīng)出同樣頻率的高頻電流信號(hào)，該電流響應(yīng)包括正、負(fù)相序分量，其中負(fù)相序分量的相角中包含轉(zhuǎn)子的位置信息。對(duì)負(fù)相序電流分量進(jìn)行解調(diào)處理，就可以得到轉(zhuǎn)子位置的偏差信號(hào)，進(jìn)而可以得到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和速度估算值［17］。

圖4 高頻電壓注入法原理圖

旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法通過(guò)高頻電壓信號(hào)激勵(lì)來(lái)估計(jì)轉(zhuǎn)子的位置及轉(zhuǎn)速，由于利用的是電動(dòng)機(jī)的凸極效應(yīng)，估測(cè)結(jié)果與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及反電動(dòng)勢(shì)無(wú)關(guān)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)變化不敏感，魯棒性較強(qiáng)，能很好地解決低速或零速下的位置估計(jì)問(wèn)題。但該方法需要外加勵(lì)磁信號(hào)，電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，外加信號(hào)對(duì)電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能有一定影響，逆變器的電壓利用率有不同程度的降低，帶通濾波器的使用產(chǎn)生的相位延遲及幅值減小也影響了估測(cè)精度。

2.2 脈動(dòng)高頻電壓信號(hào)注入法

脈動(dòng)高頻電壓信號(hào)注入法可應(yīng)用于凸極效應(yīng)很小，甚至是隱極型的面貼式永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)中，其原理圖如圖5所示。該方法的原理是:只在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q的d軸上注入高頻正弦電壓信號(hào)，在靜止坐標(biāo)系中該信號(hào)表現(xiàn)為一個(gè)脈動(dòng)的電壓信號(hào)。該脈動(dòng)信號(hào)的電流響應(yīng)的幅值與轉(zhuǎn)子位置估計(jì)誤差角有關(guān)，當(dāng)誤差角為零時(shí)，q軸電流分量為零。因此對(duì)q軸高頻電流信號(hào)進(jìn)行低通濾波等適當(dāng)處理后可得到轉(zhuǎn)子位置估計(jì)器的輸入誤差信號(hào)，進(jìn)而可通過(guò)閉環(huán)PI控制等獲得轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)速估計(jì)值。

圖5 脈動(dòng)高頻電壓信號(hào)注入原理圖

與旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法相比，脈動(dòng)高頻電壓信號(hào)注入法轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，魯棒性強(qiáng)，且跟蹤精度高，動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能好，更適用于凸極效應(yīng)較小的面貼式永磁同步電動(dòng)機(jī)［18］。文獻(xiàn)［19］拋棄了用于提取誤差信號(hào)的帶通濾波器，通過(guò)特定的算法減小了相延遲及幅值損耗，簡(jiǎn)化了信號(hào)處理過(guò)程，提高了估測(cè)精度。文獻(xiàn)［20］提出了方波信號(hào)注入的方法，改善了定子電流變化較大時(shí)的估測(cè)精度，并提出了一種簡(jiǎn)單有效的濾波方法，減小了需要注入的電壓信號(hào)的幅值和強(qiáng)度。

2.3 低頻信號(hào)注入法

Matti Eskola、Jorma Luomi等人提出了無(wú)位置傳感器永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的的低頻信號(hào)注入法［21-22］。其原理是:在永磁同步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的d軸注入低頻正弦電流信號(hào)，低頻信號(hào)的頻率大約在25～100 Hz之間。如果此測(cè)試信號(hào)的方向與轉(zhuǎn)子磁通方向不一致，則較低頻率的測(cè)試信號(hào)將會(huì)引起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩的振蕩，此振蕩將會(huì)激起電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的一個(gè)振蕩成分，從定子電壓中提取出此信號(hào)來(lái)構(gòu)成誤差信號(hào)，然后通過(guò)控制器使此誤差為零，此時(shí)測(cè)試信號(hào)方向與轉(zhuǎn)子磁通方向一致。

不同于高頻信號(hào)注入法，低頻信號(hào)注入法不利用電動(dòng)機(jī)的凸極性，而利用電動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)基波方程模型，在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不是很大的情況下該方法在零速下也能達(dá)到很好的穩(wěn)態(tài)性能，并且對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化不敏感，魯棒性較強(qiáng)。但該方法的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能較差，且電動(dòng)機(jī)的凸極效應(yīng)實(shí)際上可視為干擾信號(hào)，很小的凸極性將會(huì)引起很大的估測(cè)誤差，為提高估測(cè)精度必須進(jìn)行誤差補(bǔ)償，因此比較適合面貼式永磁同步電動(dòng)機(jī)，為提高其動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，最好結(jié)合其他估算方法使用。

2.4 INFORM方法

由于電動(dòng)機(jī)磁飽和效應(yīng)或凸極效應(yīng)的存在，定子繞組電感隨轉(zhuǎn)子位置的改變而發(fā)生周期性的變化，可通過(guò)這一特性解算出轉(zhuǎn)子位置。A.Zentail、Manfred Schroedl等人討論了稱為INFORM的方法(indirect flux detection by on-line reactance measurement)［23-24］。其原理為:根據(jù)具體的適用情況，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的某些時(shí)刻，向其注入一組離散的脈沖序列，序列中心的脈沖大小相等、方向相反，以產(chǎn)生一個(gè)對(duì)稱的激勵(lì)，同時(shí)減小對(duì)電動(dòng)機(jī)的擾動(dòng)。根據(jù)此激勵(lì)，通過(guò)其定義的與轉(zhuǎn)子位置相關(guān)的復(fù)電導(dǎo)可解算出轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)速。該方法計(jì)算過(guò)程十分簡(jiǎn)單并且不依賴于電動(dòng)機(jī)方程，對(duì)參數(shù)變化的魯棒性強(qiáng)。但應(yīng)用該方法的前提是假設(shè)磁場(chǎng)在空間是正弦分布的，但是實(shí)際應(yīng)用中并非如此，需要對(duì)上述公式進(jìn)行修正。文獻(xiàn)［25］提出了一種效果較好的修正算法，但計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜。

2.5 PWM開(kāi)關(guān)勵(lì)磁方法

不同于各種信號(hào)注入方法，僅利用空間矢量PWM開(kāi)關(guān)勵(lì)磁，也可以從定子電流信號(hào)中估測(cè)出轉(zhuǎn)子的位置及轉(zhuǎn)速。Shi Ji-liang、Liu Tian-hua等提出了利用三相定子電流斜率構(gòu)造估算器的新方法［26］。其基本原理是:首先測(cè)量零電壓開(kāi)關(guān)模式下的三相定子電流斜率，然后測(cè)量非零電壓開(kāi)關(guān)模式下的三相定子電流斜率，用此斜率減去第一步得到的零電壓開(kāi)關(guān)模式下的三相定子電流斜率，以消除定子反電動(dòng)勢(shì)，定子磁阻壓降及電感擾動(dòng)量等對(duì)估算結(jié)果的影響。相減后的斜率僅與直流母線電壓和與轉(zhuǎn)子位置相關(guān)的電感量有關(guān)，通過(guò)推導(dǎo)的估算公式可解算出轉(zhuǎn)子的位置角及轉(zhuǎn)速。

這種方法利用定子相電流的變化率來(lái)估測(cè)轉(zhuǎn)子位置，不需要附加電路，信號(hào)注入或特別調(diào)制的PWM開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換狀態(tài)序列。估算結(jié)果與電動(dòng)機(jī)參數(shù)、定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)及輸入的直流母線電壓的大小無(wú)關(guān)，因而具有很強(qiáng)的魯棒性。此方法的缺點(diǎn)是需要多次檢測(cè)相電流以確定電流的斜率。而且此方法不能用于電機(jī)的初始位置檢測(cè)，因?yàn)榇藭r(shí)相電流及電壓均為零，無(wú)法得到電流斜率。為了用于靜止?fàn)顟B(tài)，需要在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的q軸注入很小的電流以便能夠檢測(cè)相電流的斜率同時(shí)又不影響初始位置的檢測(cè)結(jié)果。

3 結(jié) 語(yǔ)

現(xiàn)階段，高速、專用DSP處理芯片的出現(xiàn)為無(wú)位置傳感器永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制技術(shù)的應(yīng)用提供了極大的便利，使得上述理論與方法的實(shí)現(xiàn)成為可能，但國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有一種適用于全速范圍、性能優(yōu)良的轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速估算方法。因此無(wú)位置傳感器技術(shù)今后主要的研究方向是:

(1)針對(duì)低速段性能不佳的問(wèn)題，改善低速段的調(diào)速性能，擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍;

(2)改善系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)性能，降低系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的敏感性，提高調(diào)速精度;

(3)簡(jiǎn)化電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電路及轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)電路。隨著無(wú)位置傳感器技術(shù)的不斷完善，相信采用無(wú)位置傳感器矢量控制技術(shù)的永磁同步電動(dòng)機(jī)必然會(huì)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

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