電動車用永磁同步電機無傳感器控制技術(shù)綜述

涂志文，蔣成明，涂群章，朱昌林，黃 皓

(陸軍工程大學(xué) 野戰(zhàn)工程學(xué)院，南京 210007)

0 引 言

近年來，全球面臨石油能源緊缺，大氣環(huán)境污染嚴(yán)重，氣候變暖等挑戰(zhàn)，為了應(yīng)對這類挑戰(zhàn)，實現(xiàn)人類對能源的可持續(xù)性發(fā)展，開發(fā)新的能源和研發(fā)新能源交通運輸工具已迫在眉睫。在大型軌道交通運輸領(lǐng)域，傳統(tǒng)式燃煤列車已經(jīng)被時代所淘汰，隨之而來的是電氣智能化的高鐵；在城市交通領(lǐng)域，隨著我們經(jīng)濟生活水平的不斷提高，人們購買私家車的欲望愈發(fā)強烈，因此，汽車的產(chǎn)量與銷量逐年增多，加劇了能源的緊缺，造成了空氣環(huán)境的污染以及導(dǎo)致城市交通擁堵等問題。因此，全球許多國家和地區(qū)都開始大力號召各自國家的車企致力于開發(fā)新能源汽車來代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油汽車，同時號召各國民眾購買新能源汽車，并給予一定的購車補貼，從而緩解能源的緊張以及減少環(huán)境污染。

目前新能源汽車主要根據(jù)動力的來源分為以下三類[1-2]：(1)燃料電池汽車；(2)混合動力汽車；(3)純電動汽車。無論上述哪種新能源汽車，都離不開驅(qū)動電機。驅(qū)動電機作為新能源汽車中的核心部件，實現(xiàn)其可靠控制是極為重要的。因此眾多學(xué)者對電動車用電機控制技術(shù)進行了大量相關(guān)性研究，并提出了一些控制技術(shù)方法。

本文第一章介紹電動車中關(guān)鍵控制技術(shù)現(xiàn)狀，第二章研究PMSM無傳感器控制技術(shù)國內(nèi)外的現(xiàn)狀與進展，第三章研究各種無傳感器控制技術(shù)的特點、工作原理以及適用的環(huán)境，第四章對無傳感器控制技術(shù)的未來趨勢與展望，最后對全文進行總結(jié)。

1 電動車驅(qū)動電機控制技術(shù)現(xiàn)狀

目前，市場上電動汽車驅(qū)動電機常用的電機有永磁同步電機、直流電機、交流異步電機以及開關(guān)磁阻電機等[3-5]。四種電機性能對比如表1所示。

尿液各項檢測結(jié)果見表1所示，可見糖尿病腎病組α1-MG、β2-MG、TRF、mAlb和 Cys-C 檢測結(jié)果均明顯高于健康組，兩組比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。

表1 四種不同電機驅(qū)動性能參考

經(jīng)過全方面綜合性能分析可知，永磁同步電機是此四種電機中優(yōu)勢最明顯的，也因此永磁同步電機已被國內(nèi)外眾多著名汽車企業(yè)廣泛采用，作為他們電動汽車的驅(qū)動電機[6]。其中國內(nèi)汽車公司包括比亞迪汽車公司、吉利汽車公司、長城汽車公司以及北汽集團等均有采用永磁同步電機作為他們電動車系列的驅(qū)動電機，除此之外，國外有大眾汽車集團、福特汽車公司以及日本的豐田汽車公司、本田汽車公司等也采用永磁同步電機作為他們電動車系列的驅(qū)動電機。

實踐證明，只要對接好市場，品質(zhì)過硬，土特產(chǎn)也可以賣上好價錢。在南方某省，曾經(jīng)10元一根也難賣的竹子，切分成一節(jié)節(jié)、用來做竹筒飯，一下人氣躥升，將其打磨成纖細(xì)的竹絲，又成了瓷胎竹編的好材料；土豬肉搭上直播快車，網(wǎng)友不僅能看到養(yǎng)殖環(huán)境和烹飪過程，還能邀請好友觀看和進行線上下單；荔枝遇上豐產(chǎn)年，普通品種量大滯銷，但在一些主產(chǎn)地，科技專家和新型經(jīng)營主體一起想辦法，讓新品種荔枝走俏市場。

1)低密度負(fù)荷區(qū)10 kV線路的最大供電半徑受到負(fù)荷分布狀況的顯著影響，居民負(fù)荷越集中于線路的末端，最大供電半徑越小。

1.1 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)

直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)最早是由德國M. Depenbrock教授和日本學(xué)者L Takahashi于20世紀(jì)80年代提出，并由德國M. Depenbrock教授推廣到弱磁控制領(lǐng)域[11-12]。其基本原理是將電機與逆變器結(jié)合為一個整體，通過檢測電機定子端電壓和電流，依據(jù)瞬時空間矢量理論，計算電機磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并且根據(jù)所測值與參考值之間的差值，來實現(xiàn)對電機磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接控制。整個過程不存在解耦，提升了控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度。但是一旦轉(zhuǎn)矩發(fā)生瞬時變化，在永磁同步電機中，由于永磁體磁場一直存在，無法有效地控制轉(zhuǎn)矩的瞬時變化，而需要借助其他輔助控制技術(shù)，因此控制的穩(wěn)定性會嚴(yán)重受到干擾，因此，現(xiàn)如今不適合應(yīng)用在安全性要求較高的電動汽車上，適用于一些要求較低的行業(yè)。

1.2 矢量控制技術(shù)

矢量控制技術(shù)最早是由日本學(xué)者Blaschke在《富士時報》提出，隨后德國和美國的學(xué)者也相繼對其開展研究，且發(fā)表許多相關(guān)文章。矢量控制基本原理是以Clark、Park坐標(biāo)變換理論為基礎(chǔ)，對自然坐標(biāo)系下三相定子的電壓、電流以及磁鏈進行坐標(biāo)變換，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系模型，再對同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機定子電流進行大小與方向上的控制，實現(xiàn)了定子電流分量在直軸和交軸上的解耦，進而實現(xiàn)電機電磁轉(zhuǎn)矩控制的目的[13]。目前常用的矢量控制技術(shù)有id=0控制、功率因素cosψ=1控制、轉(zhuǎn)矩電流比最大控制以及弱磁控制[14-15]。

矢量控制技術(shù)在本質(zhì)上與直接轉(zhuǎn)矩控制無異，均為通過對轉(zhuǎn)矩進行控制，但是矢量控制技術(shù)應(yīng)用在永磁同步電機上可使其性能媲美與直流電機，矢量控制技術(shù)具有寬調(diào)速、高精度以及優(yōu)良的動態(tài)特性等諸多優(yōu)點，尤其是近年來的發(fā)展，其優(yōu)勢更為明顯，也因此得以廣泛的應(yīng)用，常用于航空航天、數(shù)控機床以及電動汽車等高要求的領(lǐng)域。

1.3 變壓變頻控制技術(shù)

變壓變頻控制是以頻率和電壓為控制量，在變壓變頻調(diào)節(jié)器中輸入?yún)⒖茧妷汉皖l率，由逆變器產(chǎn)生一個交流變換的正弦電壓，將其施加在電機定子繞組上，使之保持在規(guī)定的電壓和頻率下，從而保證了電機磁通的不變，然后利用控制電機轉(zhuǎn)差頻率來控制轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速[16]。但是變壓變頻控制屬于開環(huán)控制，因此，沒有反饋調(diào)節(jié)，不能實現(xiàn)實時監(jiān)測電機的運行狀態(tài)，除此之外，變壓變頻控制的動態(tài)特性較差，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)遲鈍，且在低速運行調(diào)速性能極差，因此，不太適合應(yīng)用于電動汽車上。

2 PMSM無傳感器控制技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年初期無位置傳感器控制技術(shù)首次由國外學(xué)者J.R.Frus與C.Kuo等人提出， J.R.Frus與C.Kuo等人并將其應(yīng)用在交流異步電動機上，成功實現(xiàn)了對交流異步電動機無位置傳感器控制。隨著PMSM的進一步發(fā)展，在20世紀(jì)80年代末期國外學(xué)者嘗試將無位置傳感器控制技術(shù)應(yīng)用于永磁同步電機，并且成功的實現(xiàn)了對永磁同步電機的無位置傳感器控制。再后來，隨著電力電子技術(shù)、自動控制理論、微型計算機等進一步發(fā)展，無位置傳感器控制技術(shù)得到前所未有的發(fā)展。

1975年，美國Alberto Abbondanti教授[17]提出利用電機轉(zhuǎn)差頻率信息來獲取轉(zhuǎn)子的位置以及轉(zhuǎn)速，但是估算精度比較差，效果不夠理想；1979年，Ishida．M等人[18]提出利用轉(zhuǎn)子齒諧波來獲取轉(zhuǎn)速信息，但只適用于轉(zhuǎn)速較高的情況下，低速情況下無法滿足；1989年，Jones.L.A[19]等利用狀態(tài)觀測器首次成功實現(xiàn)了對永磁同步電機位置的估算，實現(xiàn)了多年來許多學(xué)者對無傳感器控制技術(shù)應(yīng)用在永磁同步電機的夢想。

時至今日，國外諸多著名大學(xué)、研究機構(gòu)等對永磁同步電機無位置傳感器控制技術(shù)進行了大量研究，并且發(fā)表許多高水平學(xué)術(shù)論文。美國Wisconsin-Madison大學(xué)的Robert D. Lorenz教授[20]作為世界著名電機驅(qū)動系統(tǒng)領(lǐng)域的首席專家，1993年，他和他的團隊于提出在電機轉(zhuǎn)子處于低速度時，可以通過注入高頻電壓信號注入法或者高頻電流信號注入法來檢測電機轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速等信息，并且發(fā)表多篇相關(guān)性學(xué)術(shù)論文，至今保持著該領(lǐng)域研究的最前沿。1995年，韓國首爾大學(xué)Seung-ki Sul教授[21]也致力于永磁同步電機無位置傳感器控制的研究并做了許多相關(guān)性的工作，發(fā)表了許多無傳感器控制方面的學(xué)術(shù)論文和著作。除此之外，德國Wuppertal大學(xué)Joachim Holtz教授、意大利Alfio Consoli教授，澳大利亞新南威爾士大學(xué)的M.F.Rahman教授等人從多方面入手對永磁同步電機無位置傳感器控制進行了大量的研究工作，并且取得了一定的學(xué)術(shù)成果。

國內(nèi)對永磁同步電機無位置傳感器控制技術(shù)的研究相比于國外稍晚些，國內(nèi)最早是20世紀(jì)90年代開展研究的，2003年，清華大學(xué)的梁艷、李永東等人[22]提出電機靜止?fàn)顟B(tài)時可通過施加不同的電壓脈沖來檢測轉(zhuǎn)子初始位置的方法，并且發(fā)表了多篇學(xué)術(shù)論文取得了一定的研究成果；2006年，浙江大學(xué)賀益康教授等人[23]研究了基于電機凸極效應(yīng)的無位置傳感器控制技術(shù)并且發(fā)表多篇相關(guān)學(xué)術(shù)論文；2009年，中國礦業(yè)大學(xué)谷善茂等人[24]研究并且提出了基于擴展卡爾曼濾波的PMSM無位置傳感器控制技術(shù)；除此三所高校的教授在研究關(guān)于PMSM無位置傳感器控制外，國內(nèi)其他高校如上海交通大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、西南交通大學(xué)以及上海大學(xué)等均有團隊研究無位置傳感器控制技術(shù)，并且取得了重大研究進展和豐碩的學(xué)術(shù)成果。

3 無傳感器控制技術(shù)綜述

本文簡述永磁同步電機無傳感器控制技術(shù)是采納德國Wuppertal大學(xué)Joachim Holtz教授提出的分類方法：一是基于電機基波模型的方法；二是基于電機凸極效應(yīng)的方法[25]。第一類主要適用于電機轉(zhuǎn)速處在中、高速階段，易實現(xiàn)且可靠性高，但在零、低速階段不適合，容易受干擾，穩(wěn)定性不好。第二類因為不受電機參數(shù)的影響，所以適用于零速和低速。

3.1 基于電機基波模型的方法

人類社會邁入網(wǎng)絡(luò)時代之后，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)與人類的日常生活、學(xué)習(xí)密切相關(guān)，也改變了社會的樣貌和諸多行業(yè)的業(yè)態(tài)、具體形態(tài)等。它們皆因技術(shù)驅(qū)動的力量發(fā)生著翻天覆地的變化。

不局限于訓(xùn)練學(xué)生聽說讀寫，綜合調(diào)動他們的包括觀察、想象、理解、表達等在內(nèi)各種能力，引導(dǎo)學(xué)生用多種藝術(shù)方式（戲劇、繪畫、音樂、語言）創(chuàng)造性回應(yīng)閱讀的文本。

(1)直接計算法

早春的花，帶著風(fēng)寒，飄搖在車窗外。藍天如夢一般，織成一張網(wǎng)，鳥兒斜飛在自由的天空，飛進水仙芝的夢里。她依偎在這個陌生男人的懷里，做著自己的夢。

直接計算法是一種通過直接利用電機定子的電壓和電流，再根據(jù)定子的電壓以及電流計算電機定子磁鏈方程、轉(zhuǎn)子磁鏈方程以及反電動勢矢量方程，從而得到與轉(zhuǎn)子相關(guān)的信息[26]。其中包括轉(zhuǎn)子速度以及轉(zhuǎn)子位置角度，該方法簡單，容易實現(xiàn)，動態(tài)響應(yīng)特性好。其工作原理如圖1所示。

(2)反電動勢積分法

從肩挑斧鑿到自動化生產(chǎn)線；從簡易帳篷、土坯房到樓房林立；從產(chǎn)能零的突破到1萬噸、4萬噸，再到10萬噸、20萬噸，甚至100萬噸、200萬噸，乃至2017年500萬噸?！胞}湖人”給行業(yè)帶來了無數(shù)的震撼和驚嘆，激起了一次又一次建設(shè)浪潮。

反電動勢積分法與直接計算法的原理類似，它也是直接利用電機定子的電壓與電流，再結(jié)合電機數(shù)學(xué)模型求出反電動勢，其中反電動勢包含了與轉(zhuǎn)子速度和位置相關(guān)的信息，再對反電動勢進行微積分處理后進行反正切函數(shù)運算，得到轉(zhuǎn)子速度和位置的估計值[27]。

富家塢礦石中銅礦物大部分都是黃銅礦，另有少量的斑銅礦、輝銅礦、銅藍等；鉬礦物主要是輝鉬礦；其他金屬礦物有黃鐵礦以及微量的赤鐵礦、磁鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦等。脈石礦物以石英、長石為主，其次有方解石、綠泥石等。

以上兩種開環(huán)控制算法都沒有反饋校正回路環(huán)節(jié)，過于依賴電機的參數(shù)，魯棒性差，估算誤差明顯，主要應(yīng)用于精度要求不高的交流電機伺服控制系統(tǒng)，現(xiàn)在比較常用的、且使用較廣的是閉環(huán)控制算法，閉環(huán)控制算法存在反饋調(diào)節(jié)機制，外界參數(shù)的干擾對其影響較小，并且它可以通過自身的反饋調(diào)節(jié)校正外界參數(shù)變化對它的不利影響，因此，閉環(huán)控制算法魯棒性更好，現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高精度伺服交流電機控制系統(tǒng)中，目前常用的幾種閉環(huán)控制算法如下[28]。

根據(jù)蓄電池容量要滿足汽車?yán)m(xù)駛里程的要求這一原則，采用等速(60km/h)原理可求得蓄電池消耗的總能量[6]。為了防止過放電對蓄電池的傷害，規(guī)定電池的放電深度為DOD=80%[7]。由以下公式確定電池容量：

(2)擴展卡爾曼濾波器算法(Extended Kalman Fliter，EKF)

對于永磁同步電機而言，電機控制技術(shù)是電機系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，控制著電機的一切，在電動汽車中起著至關(guān)重要的作用。隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)等新興科技的向前發(fā)展，電機控制關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展也得以深入[7-8]。就目前而言，常用電機控制技術(shù)主要以下有三種，即直接轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制以及變壓變頻控制[9-10]。

(1)滑模觀測器算法(Sliding Mode Observer，SMO)

模型參考自適應(yīng)算法最早于20世紀(jì)50年代后期首次提出，目前該算法是一種常用的無傳感器控制算法，其結(jié)構(gòu)主要由參考模型、可調(diào)模型以及參數(shù)自適應(yīng)律三部分組成[40]，如圖3所示，其工作原理是先對轉(zhuǎn)子位置進行假設(shè)，再通過參考模型計算該時刻電機的電壓與電流值，然后再實測電機的電壓與電流值，將兩者進行比較得出差值，該差值便是估計轉(zhuǎn)子位置與實際轉(zhuǎn)子位置的角度差。

圖2 傳統(tǒng)SMO工作原理圖

目前，國內(nèi)外學(xué)者針對采用傳統(tǒng)滑模觀測器存在的抖振問題，提出了諸多新的方法。文獻[31-32]針對采用開關(guān)函數(shù)sign作滑模面轉(zhuǎn)速會出現(xiàn)高頻抖振的現(xiàn)象，提出了采用signmoid函數(shù)來替代開關(guān)函數(shù)，改進控制算法，從而有效地減弱轉(zhuǎn)速的高頻抖振。文獻[33]則提出采取用分段指數(shù)型函數(shù)替代開關(guān)函數(shù)，再通過Lyapunov函數(shù)進行穩(wěn)定性判定，根據(jù)判定結(jié)果再微調(diào)系數(shù)，從而達到減弱抖振。北京工業(yè)大學(xué)張攀[34]等人提出采用雙曲正切函數(shù)替代開關(guān)函數(shù)，在通過卡爾曼濾波原理對反電動勢進行濾波，并通過鎖相環(huán)算法估算轉(zhuǎn)子信息，有效地減弱了原先的高頻抖振，實現(xiàn)了對永磁同步電機的無傳感器控制。

企業(yè)的資金管理如果得不到很好的監(jiān)督，那么很容易出現(xiàn)差錯或者滋生腐敗的現(xiàn)象。而財務(wù)會計在經(jīng)濟管理中有個重要的作用便是監(jiān)督，通過監(jiān)督，企業(yè)行為可以得到更好的約束，這對于企業(yè)資金在流動的過程中可以更加公開透明，為資金的正常流動提供了重要保障。另一方面，通過財務(wù)會計的監(jiān)督，還能更好的研究企業(yè)在進行經(jīng)濟行為活動過程中所存在的問題和不足，能夠清楚的看到企業(yè)經(jīng)濟行為是否有效以此促進企業(yè)的經(jīng)營發(fā)展，這樣在最短的時間內(nèi)企業(yè)可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟管理和運行過程出現(xiàn)的問題并及時對其加以解決，進而使得企業(yè)的損失降到最低。

3.1.2 閉環(huán)控制算法

卡爾曼濾波器算法最早由美國人R.E. Kalman提出，卡爾曼濾波器是在線性最小方差估計的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種非線性系統(tǒng)的隨機觀測器，該算法實時性很好，可實時對數(shù)據(jù)進行采集并且計算。擴展卡爾曼濾波器法是在卡爾曼濾波器法的基礎(chǔ)上改進而來，即卡爾曼濾波器算法在非線性系統(tǒng)永磁同步電機的擴展應(yīng)用，原理是通過采取電機定子兩端的電壓、電流信號，借助于基波模型中的電壓和機械方程進行遞推計算，得到轉(zhuǎn)子位置信息，其中，濾波器增益自身可以隨著環(huán)境自動調(diào)節(jié)，再將其與采樣信號進一步優(yōu)化，得到更為確切得轉(zhuǎn)子位置信息，從而實現(xiàn)對電機系統(tǒng)的控制。

文獻[35]提出采用擴展卡爾曼濾波器慣量補償?shù)姆椒ǎㄟ^擴展卡爾曼濾波器獲取電機轉(zhuǎn)子的信息，在建立負(fù)載擾動觀測器，對擾動慣量進行在線辨識并進行補償。文獻[36-38]提出采取基于卡爾曼濾波器算法與滑?？刂扑惴ㄏ嘟Y(jié)合，從而實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速的在線估計，實驗結(jié)果證明了該理論的可行性。Park Joon[39]為了改進傳統(tǒng)卡爾曼濾波器在抗外部干擾能、噪聲性能差的缺點，提出在表貼式永磁同步電機上采用彈性擴展卡爾曼濾波和基于無跡卡爾曼濾波的無傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制方法，實驗結(jié)果表明彈性擴展卡爾曼濾波和基于無跡卡爾曼濾波的無傳感器控制方法優(yōu)于基于傳統(tǒng)卡爾曼濾波的無傳感器控制。

(3)模型參考自適應(yīng)算法(Model Reference Adaptive System，MARS)

滑?？刂扑惴ㄊ且环N與常規(guī)不同的非連續(xù)性的控制算法，該算法不依賴于系統(tǒng)的參數(shù)與擾動，該算法的原理是依賴于滑模面的選取以及滑模增益的選擇，而滑模面其實是由開關(guān)函數(shù)sign控制，因此，在采用滑模觀測器算法時，對開關(guān)函數(shù)sign、滑模增益的選擇需要慎重，增益選擇過大會導(dǎo)致電機運行出現(xiàn)嚴(yán)重的抖振[29-30]，影響控制系統(tǒng)的魯棒性。其工作原理如圖2所示。

對于電機基波模型的方法，最早是采用開環(huán)控制算法，開環(huán)控制算法的特點是結(jié)構(gòu)簡單，無反饋回路，不需要經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算，因此開環(huán)控制算法動態(tài)響應(yīng)快速，實時性好，目前常用的開環(huán)控制算法有以下兩種。

圖3 MRAS的基本結(jié)構(gòu)

文獻[41]為了改進傳統(tǒng)滑?？刂瓶雇獠扛蓴_能力差、收斂速度慢的缺點，專門提出設(shè)計了一種具有快速滑模面的模型參考自適應(yīng)算法，對控制參數(shù)實行在線更新，有效地的擬制了外部干擾以及減小了抖振，最后應(yīng)用一個產(chǎn)生指數(shù)衰減曲線的參考模型來跟蹤位置誤差，從而實現(xiàn)了對電機的無傳感器控制。Ganesan[42]等人提出一種將模型參考自適應(yīng)控制與二階滑?？刂葡嘟Y(jié)合，已用于高鐵的自動運行。文獻[43]提出一種新的非線性模型參考自適應(yīng)反步控制方法，該方法有效地擬制了外部因素對參數(shù)的干擾，實現(xiàn)了對永磁同步電機無傳感器控制。

(4)人工智能理論估計算法

該算法與傳統(tǒng)的控制算法不同，它不需要提前建立控制對象的數(shù)學(xué)模型，也不受電機參數(shù)的影響，具有較好的抗干擾能力。只是該控制算法就目前來說非常前沿，設(shè)計的難度很大，成本較高，使用較為困難，應(yīng)用率較低，研究該算法的學(xué)者不在少數(shù)。

文獻[44]提出了PID控制與帶修正因子的模糊控制相結(jié)合，將兩者的優(yōu)點集于一體，根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差選擇PID控制還是模糊控制，當(dāng)選擇模糊控制時，對模糊控制器的參數(shù)可以利用修正因子進行在線修正。文獻[45]針對傳統(tǒng)PI控制器無法兼顧動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)誤差的缺陷，提出將PI控制器與模糊算法相結(jié)合，有效地實現(xiàn)對PMSM的高精度控制。

3.2 基于電機凸極效應(yīng)的方法

該方法主要是針對永磁同步電機轉(zhuǎn)子處于零、低速狀態(tài)時難于檢測或無法檢測轉(zhuǎn)子信息而提出的，最早是由美國Robert D. Lorenz教授等人提出，工作原理是通過利用電機的轉(zhuǎn)子凸極效應(yīng)，向電機的定子繞組注入高頻的激勵信號，得到的高頻響應(yīng)電流信號就包含了轉(zhuǎn)子的位置信息與轉(zhuǎn)速信息，再對響應(yīng)電流信號進行解調(diào)分析，提取出所需的轉(zhuǎn)子位置信息與轉(zhuǎn)速信息。目前該方法主要包括旋轉(zhuǎn)高頻信號注入法、脈振高頻信號注入法以及脈振方波高頻信號注入法等[46-49]。

(1)旋轉(zhuǎn)高頻信號注入法

該方法的基本原理是利用電機的凸極特性，向基波激勵上注入一個三相平衡的高頻電壓激勵，其產(chǎn)生的響應(yīng)電流中包含兩種電流分量，其中響應(yīng)電流負(fù)相序分量包含轉(zhuǎn)子信息，再對響應(yīng)電流負(fù)相序分量解調(diào)分析得到轉(zhuǎn)子信息。

傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)高頻信號注入法由于系統(tǒng)延遲、定子電阻和逆變器非線性等因素，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子位置估計不準(zhǔn)確，為了改善上述缺點，文獻[50]提出了一種轉(zhuǎn)子位置估計誤差為分為高頻相位偏差(HFPD)和定子電阻相位偏差的新型永磁同步電機無傳感器轉(zhuǎn)子位置估計策略，該策略有效地消除高頻相位非線性引起的相位偏差和減少了由于定子電阻引起的相位偏差，實現(xiàn)了低速永磁同步電機的無傳感器控制。文獻[51]提出注入雙向旋轉(zhuǎn)高頻載波電壓信號的策略，與傳統(tǒng)策略不同是，該策略是同時注入兩種電壓頻率不同以及注入方向不同高頻電壓信號，對產(chǎn)生響應(yīng)電流進行解調(diào)，得到四個不同的方程，解這四個方程從而得到轉(zhuǎn)子信息。

(2)脈振高頻信號注入法

該方法原理與旋轉(zhuǎn)高頻信號注入法原理類似，不同之處在于該方法通過向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q坐標(biāo)系下的d軸注入幅值大小相同的正弦高頻電壓信號，之后會在靜止坐標(biāo)系中形成脈振高頻信號，在通過對脈振高頻電流信號進行解調(diào)，得到與轉(zhuǎn)子位置相關(guān)的信息。

文獻[52]提出將脈振高頻電壓信號注入α-β靜止坐標(biāo)系的α軸，使之與旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法一樣穩(wěn)定，但是存在交叉耦合效應(yīng)，為了消除這個不利影響，加入低通濾波器濾除交叉耦合效應(yīng)，得到響應(yīng)電流，再對響應(yīng)電流進行解調(diào)得到轉(zhuǎn)子位置信息。文獻[53]提出一種新型脈振高頻信號注入法，向電機轉(zhuǎn)子軸線位置的正、反兩個方向分兩次同時注入含直流偏置和高頻脈振的混合信號，根據(jù)兩次注入信號和采樣電流響應(yīng)信號計算推導(dǎo)，從而判斷磁極的極性，此方法不需采用濾波器即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)子從初始位置辨識。

3.1.1 開環(huán)控制算法

(3)脈振方波電壓注入法

今年復(fù)合肥總體價格高于去年同期，而且還高了不少。以45%硫基復(fù)合肥為例，較去年同期增長14%，原料尿素同比增長28%，磷酸一銨同比增長14%左右，氯化鉀同比增長6.4%，硫酸鉀同比增長17.6%。是什么原因?qū)е陆衲陱?fù)合肥價格如此之高？其主要原因有以下幾個方面：

該方法與以上兩種不同是注入電壓信號是高頻方波信號，注入高頻方波電壓信號的優(yōu)點在于不會產(chǎn)生噪音，而且對信號處理方便，位置估計更加準(zhǔn)確[54]。湖南大學(xué)姜燕、劉思美等人[55]針對傳統(tǒng)方波電壓注入法的閉環(huán)調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)收斂時間過長，且辨識磁極極性不準(zhǔn)確等問題，提出新型高頻正交方波電壓注入轉(zhuǎn)子初始位置辨識方法，該方法取消了閉環(huán)調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，縮短了收斂時間，而是采取直接將正交方波信號注入α-β靜止坐標(biāo)軸,利用其高頻響應(yīng)電流辨識轉(zhuǎn)子磁極位置后,再通過向α軸注入低頻正弦電流信號辨識磁極極性。

3.3 全速度區(qū)域復(fù)合控制方法

任何一種無傳感器控制方法都有其自身的優(yōu)點與缺點。有的控制方法在中、高速的永磁同步電機性能表現(xiàn)更為突出，而有的控制方法在零、低速時更精確。因此，有學(xué)者提出將兩類方法進行排列組合，從而實現(xiàn)永磁同步電機全速度范圍的無傳感器控制。

文獻[56]提出在永磁同步電機的低速階段采用高頻信號注入法，在高速階段采用滑模觀測器法，將兩者算法相結(jié)合，再通過引入電流遞減斜率切換方法，從而實現(xiàn)永磁同步電機全速度范圍的無傳感器控制。文獻[57]針對永磁同步電機在低速階段存在位置估計延滯，高速階段模型參數(shù)對其影響較大的問題，提出了將模型參考自適應(yīng)算法與脈振高頻電壓注入法結(jié)合的復(fù)合控制算法，再通過利用加權(quán)平均算法，實現(xiàn)了二者之間算法的順利切換，實現(xiàn)了永磁同步電機全速域無傳感器復(fù)合控制。

在傳統(tǒng)文化約定俗成的理解中，將人格的內(nèi)涵規(guī)定為個人的品格和素質(zhì)，以及個體的價值和尊嚴(yán)、責(zé)任的統(tǒng)一。在中國近代教育史上，蔡元培率先使用了“人格”一詞，他認(rèn)為:“在普通教育，務(wù)順應(yīng)時勢，成共和國民健全之人格?！保?］人格概念應(yīng)該包括兩層核心含義:以價值觀為核心內(nèi)容;價值觀指導(dǎo)下所形成的特有的思維方式和行為模式。

4 未來趨勢與展望

無傳感器控制技術(shù)的出現(xiàn)，給永磁同步電機高精度伺服控制系統(tǒng)帶來了妙音，很大程度上拓寬了永磁同步電機的工作領(lǐng)域。

都市人的身份認(rèn)同危機，從20世紀(jì)90年代開始便進入電影創(chuàng)作者的視野。實際上，電影從其誕生的那一天起，便與都市有著天然的關(guān)聯(lián);我們甚至可以說，電影本身就是城市現(xiàn)代性的一部分。在中國電影發(fā)展史上，早在20世紀(jì)三四十年代，上海等地的都市景觀便成為攝影機的拍攝對象。然而，只有進入到20世紀(jì)90年代以后，中國電影才真正地深入到都市人的精神世界里，而這正是因為當(dāng)代中國快速展開的都市化進程。拜金主義、無意義感，這些普遍的精神狀況也成為中國當(dāng)代都市電影的文化標(biāo)簽。就此而言，對中國當(dāng)代都市電影中的身份認(rèn)同危機展開討論，不僅有其學(xué)術(shù)上的價值，也具有關(guān)涉時代精神狀況的現(xiàn)實意義。

目前，無傳感控制技術(shù)雖已面世多年，國內(nèi)外學(xué)者也提出過許多新的控制算法，但是使用效果并非十分理想，仍然有很大的發(fā)展空間。提出的復(fù)合控制算法不能滿足高精度的控制，還有改進的空間。

未來發(fā)展趨勢如下：

(1)隨著電力電子技術(shù)、電機控制基礎(chǔ)理論以及計算機算法的不斷更新與進步，未來PMSM無傳感器控制算法不會只是單一的控制算法，應(yīng)該會朝著多種控制算法相結(jié)合的方式發(fā)展。

(2)未來多種控制算法結(jié)合使用，針對電機運行狀態(tài)的不同，實現(xiàn)自動切換控制算法，真正實現(xiàn)PMSM全速度范圍的高精度控制。

(3)隨著人工智能的進一步發(fā)展優(yōu)化，未來還可能僅通過人工智能算法這個單一算法就可以實現(xiàn)電機的高性能高精度控制。

5 結(jié) 語

本文對近十年國內(nèi)外電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程與研究現(xiàn)狀進行綜述，研究對比發(fā)現(xiàn)，永磁同步電機因其優(yōu)秀的綜合性能被絕大多數(shù)電動汽車采用作為驅(qū)動電機。研究分析國內(nèi)外永磁同步電機無傳感器控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，對各種無傳感器控制技術(shù)的工作原理、適用場合進行了詳細(xì)的劃分和總結(jié)。最后對無傳感器控制技術(shù)未來發(fā)展趨勢進行展望。