陳 誠

(南京溧水電子研究所有限公司，南京 210000)

1 無傳感器永磁同步電機工作原理

無傳感器永磁同步電機就是在電機不安裝光電傳感器的時候，通過電機的繞組來進行信號傳播的過程，可以進行電機繞組數(shù)據(jù)的測量、計算和分析，進行電機轉(zhuǎn)速和位置的掌握?？梢栽陔姍C繞組的過程中進行容易測量的定子測量，然后通過各項數(shù)據(jù)及模型的結(jié)合應用，實現(xiàn)對整個電機轉(zhuǎn)子的位置和速度測量，利用無傳感器的形式代替機械傳感器進行電機的應用，促進電機實現(xiàn)閉環(huán)控制的功能。

2 無傳感器永磁同步電機控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的分析

無傳感器永磁同步電機的研發(fā)是根據(jù)數(shù)字信號處理器DSP為基礎(chǔ)進行的，無傳感器永磁同步電機將數(shù)字信號、控制系統(tǒng)以及信息技術(shù)進行融合發(fā)展，促進無傳感器永磁同步電機的技術(shù)不斷提升。無傳感器永磁同步電機在很早之前就已經(jīng)被發(fā)明和應用了，但是在無傳感器永磁同步電機出現(xiàn)的初期，人們只能推斷出其靜態(tài)方程，將電機的調(diào)速達到10:1的比例，實現(xiàn)無傳感器永磁同步電機的形成，但是這種非動態(tài)化的電機控制系統(tǒng)的精度不夠，在實際的應用中還存在很大的誤差；后來又有專業(yè)的電機研究人員利用轉(zhuǎn)子齒諧波進行轉(zhuǎn)速的檢測，這種方式受到檢測技術(shù)等的影響導致轉(zhuǎn)速準確的范圍較小，只有轉(zhuǎn)子速度300r/min的速度以內(nèi)才能進行精確的數(shù)據(jù)測量；近幾年相關(guān)的學者又開始對卡爾曼濾波器永磁電機的調(diào)速系統(tǒng)進行深入研究，并對全階狀態(tài)觀測量的無傳感器永磁同步電機進行了相關(guān)的調(diào)試，但是狀態(tài)觀測器很容易受到電機數(shù)據(jù)參數(shù)的影響，導致需要多個狀態(tài)觀測器的數(shù)據(jù)相結(jié)合進行分析，這樣導致無傳感器永磁同步電機的整體結(jié)構(gòu)較為復雜，在實際的運用中容易出現(xiàn)很多的問題。我國對無傳感器永磁同步電機的研究，開始主要是在各個高校中的試驗研究，對無傳感器永磁同步電機的研究主要包括幾個方面，一是進行無速度傳感器的感應電動機各個變量控制系統(tǒng)的研究，二是進行異步電動機轉(zhuǎn)差型無傳感器各個變量控制系統(tǒng)的研究；三是進行軟件感應電機無速度傳感器控制，雖然無傳感器永磁同步電機在不斷地進步和發(fā)展，但還是有很多的不足需要不斷地創(chuàng)新和改進。

3 無傳感器永磁同步電機控制系統(tǒng)策略分析

3.1 通過定子端電壓和電流進行θ和ω的計算

定子端電壓和電流計算方法主要是利用場旋轉(zhuǎn)理論進行，先將電機的狀態(tài)保持在穩(wěn)定狀態(tài)，然后讓定子和轉(zhuǎn)子磁鏈同時旋轉(zhuǎn)，這2個磁鏈之間的角度具有一定的標準，這個標準角度稱為公角，這種穩(wěn)定狀態(tài)下的電機控制方法適用于表面式的永磁同步電機。定子電壓和電流直接計算的控制方法操作比較簡便，而且具有一定的規(guī)律，但是對電機的各項參數(shù)的精準度要求比較高，所以在實際進行控制方法選用的時候，應該結(jié)合電機的具體數(shù)據(jù)和信息進行合理選擇。

3.2 模型參考自適應法

模型參考自適應法的使用原理是先進行轉(zhuǎn)子位置的預先設(shè)定，然后通過電機模型來計算出預設(shè)位置電機的電壓和電流數(shù)值，再進行電流和電壓數(shù)據(jù)差的計算，電壓和電流的數(shù)據(jù)差與該預設(shè)的轉(zhuǎn)子位置和實際轉(zhuǎn)子位置之間的角度差一致。如果電壓與電流的數(shù)據(jù)差逐漸向零靠近，那么預設(shè)的轉(zhuǎn)子位置就可以被認定為實際的電機位置，利用這種方式進行電機控制系統(tǒng)的測量，應該充分重視選取的模型和預設(shè)位置精準度相關(guān)的問題。

3.3 利用觀測器進行估計

在無傳感器永磁同步電機中利用觀測器進行估計測量轉(zhuǎn)速和位置，主要是由于觀測器具有重新組建結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的作用，能夠通過原來的系統(tǒng)進行變量的測量和分析，并通過變量的初始量和最終的輸出量進行信息輸入，促進輸出信號與原狀態(tài)保持一定的統(tǒng)一。無傳感器永磁同步電機中常用到的觀測器種類有很多，比如全階狀態(tài)觀測器、降階狀態(tài)觀測器以及滑模觀測器等，在利用滑模觀測器的時候，應該注意觀測器主要是對不連續(xù)開關(guān)的有效觀測和控制，在使用過程中很容易引起系統(tǒng)的抖動狀況，對無傳感器永磁同步電機轉(zhuǎn)速低的情況下具有不利影響，會形成轉(zhuǎn)矩脈動。所以在進行觀測器選擇的時候應該注重實際情況需要以及觀測器的特性進行合理選擇，有效保證無傳感器永磁同步電機控制系統(tǒng)速度和位置信息的精確度。

3.4 高頻注入法

高頻注入法主要是以人為因素、電機自身因素以及高頻數(shù)學模型為基礎(chǔ)進行的，與電機的各項參數(shù)及基波沒有較大的關(guān)聯(lián)，對轉(zhuǎn)子的初始位置能夠進行有效的估計。也正是由于高頻注入方法不需要參考電機參數(shù)進行實施，所以比較適用于電機轉(zhuǎn)速低且系統(tǒng)工作量較小的電機測速中，主要缺點就是需要對電機進行凸磁極的制造。

3.5 人工智能估計法

在無傳感器永磁同步電機控制系統(tǒng)的具體實施中，定子和電壓和電流之間的函數(shù)比例其實就是轉(zhuǎn)速，而且無傳感器永磁同步電機控制系統(tǒng)中還包含了很多的函數(shù)知識，所以可以將人工智能技術(shù)應用于電機控制系統(tǒng)各項數(shù)據(jù)的計算中，為交流傳動領(lǐng)域帶來新的挑戰(zhàn)，通過神經(jīng)元網(wǎng)絡估計法實現(xiàn)無傳感器永磁同步電機控制系統(tǒng)的自動化。

4 結(jié)語

綜上所述，是本人對無傳感器永磁同步電機控制系統(tǒng)策略及相關(guān)內(nèi)容的分析，只有不斷利用新的技術(shù)和方法逐漸實現(xiàn)無傳感器永磁同步電機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和成本的降低，根據(jù)實際情況進行控制系統(tǒng)控制方式的選擇，才能有效解決無傳感器永磁同步電機中的相關(guān)問題，促進無傳感器永磁同步電機不斷進步。