利用無傳感器矢量控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)超高效率電機(jī)控制

　　近年來，隨著淺層和露天永磁體材料的不斷發(fā)展且越來越容易開采，工業(yè)應(yīng)用中的高性能變速電機(jī)越來越多采用永磁同步電機(jī)(PMSM)。使用 PMSM驅(qū)動(dòng)的先天優(yōu)勢(shì)包括：高扭矩重量比、高功率因子、更快的響應(yīng)、結(jié)實(shí)耐用的構(gòu)造、易于維護(hù)、易于控制以及高效率。高性能速度和/或位置控制要求準(zhǔn)確判定轉(zhuǎn)軸位置和速度，使相位激勵(lì)脈沖與轉(zhuǎn)子位置同步。因而電機(jī)軸上需安裝絕對(duì)編碼器和磁性旋轉(zhuǎn)變壓器(Resolver)等速度和位置傳感器。然而，在大多數(shù)應(yīng)用中，這些傳感器會(huì)帶來多種弊端，例如：可靠性降低，易受噪聲影響，成本和重量增加，以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更復(fù)雜等。無傳感器矢量控制則不需要速度/位置傳感器，因而這些問題也就不復(fù)存在。

　　近年來， 關(guān)于 PMSM的無傳感器速度和位置控制方法，研究文獻(xiàn)中提出多種解決方案。 針對(duì) PMSM驅(qū)動(dòng)的無傳感器轉(zhuǎn)子位置估計(jì)，已開發(fā)出三種基本技術(shù)。

• 　　基于反電動(dòng)勢(shì)(BEMF)估計(jì)的技術(shù)
• 　　基于狀態(tài)觀測(cè)器和擴(kuò)展卡爾曼濾波器(EKF)的技術(shù)
• 　　基于空間顯著性跟蹤-初始定位的其它技術(shù)

　　反電動(dòng)勢(shì)技術(shù)

　　基于反電動(dòng)勢(shì)技術(shù)的位置估計(jì)根據(jù)電壓和電流估計(jì)磁通量和速度。在較低速度范圍內(nèi)，這種技術(shù)對(duì)定子電阻特別敏感。由于機(jī)器的反電動(dòng)勢(shì)很小，并且開關(guān)設(shè)備的非線性特征會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)噪聲，因此很難得到關(guān)于機(jī)器終端的實(shí)際電壓信息。在中高速范圍內(nèi)，利用反電動(dòng)勢(shì)方法可以獲得較好的位置估計(jì)，但在低速范圍內(nèi)則不行。反電動(dòng)勢(shì)電壓的幅度與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成比例，因此靜止時(shí)無法估計(jì)初始位置。所以，從未知轉(zhuǎn)子位置啟動(dòng)可能伴隨著暫時(shí)反向旋轉(zhuǎn)，或者可能導(dǎo)致啟動(dòng)故障。EKF 能夠?qū)﹄S機(jī)噪聲環(huán)境中的非線性系統(tǒng)執(zhí)行狀態(tài)估計(jì)，因而對(duì)于 PMSM的速度和轉(zhuǎn)子位置估計(jì)，似乎是可行且具計(jì)算效率的候選方法。

　　基于空間顯著性跟蹤的技術(shù)利用磁顯著性，適合零速工作，可以估計(jì)初始轉(zhuǎn)子位置，而不會(huì)受其它參數(shù)影響。針對(duì)初始轉(zhuǎn)子位置，主要有兩種基本方法，分別基于脈沖信號(hào)注入和正弦載波信號(hào)注入。我們看一個(gè)例子。

　　反電動(dòng)勢(shì)與初始啟動(dòng)的平衡(來源于 Bon-Ho Bae)：

　　圖 1 為無傳感器矢量控制方案的框圖，其中不含位置傳感器?？驁D中，軸間控制的前饋項(xiàng) Vds_ff 和Vqs_ff 可以表示為：

　　其中ωr 為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。