利用無(wú)傳感器矢量控制技術(shù)實(shí)現超高效率電機控制

　　近年來(lái)，隨著(zhù)淺層和露天永磁體材料的不斷發(fā)展且越來(lái)越容易開(kāi)采，工業(yè)應用中的高性能變速電機越來(lái)越多采用永磁同步電機(PMSM)。使用 PMSM驅動(dòng)的先天優(yōu)勢包括：高扭矩重量比、高功率因子、更快的響應、結實(shí)耐用的構造、易于維護、易于控制以及高效率。高性能速度和/或位置控制要求準確判定轉軸位置和速度，使相位激勵脈沖與轉子位置同步。因而電機軸上需安裝絕對編碼器和磁性旋轉變壓器(Resolver)等速度和位置傳感器。然而，在大多數應用中，這些傳感器會(huì )帶來(lái)多種弊端，例如：可靠性降低，易受噪聲影響，成本和重量增加，以及驅動(dòng)系統更復雜等。無(wú)傳感器矢量控制則不需要速度/位置傳感器，因而這些問(wèn)題也就不復存在。

　　近年來(lái)， 關(guān)于 PMSM的無(wú)傳感器速度和位置控制方法，研究文獻中提出多種解決方案。 針對 PMSM驅動(dòng)的無(wú)傳感器轉子位置估計，已開(kāi)發(fā)出三種基本技術(shù)。

• 　　基于反電動(dòng)勢(BEMF)估計的技術(shù)
• 　　基于狀態(tài)觀(guān)測器和擴展卡爾曼濾波器(EKF)的技術(shù)
• 　　基于空間顯著(zhù)性跟蹤-初始定位的其它技術(shù)

　　反電動(dòng)勢技術(shù)

　　基于反電動(dòng)勢技術(shù)的位置估計根據電壓和電流估計磁通量和速度。在較低速度范圍內，這種技術(shù)對定子電阻特別敏感。由于機器的反電動(dòng)勢很小，并且開(kāi)關(guān)設備的非線(xiàn)性特征會(huì )產(chǎn)生系統噪聲，因此很難得到關(guān)于機器終端的實(shí)際電壓信息。在中高速范圍內，利用反電動(dòng)勢方法可以獲得較好的位置估計，但在低速范圍內則不行。反電動(dòng)勢電壓的幅度與轉子轉速成比例，因此靜止時(shí)無(wú)法估計初始位置。所以，從未知轉子位置啟動(dòng)可能伴隨著(zhù)暫時(shí)反向旋轉，或者可能導致啟動(dòng)故障。EKF 能夠對隨機噪聲環(huán)境中的非線(xiàn)性系統執行狀態(tài)估計，因而對于 PMSM的速度和轉子位置估計，似乎是可行且具計算效率的候選方法。

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

　　反電動(dòng)勢與初始啟動(dòng)的平衡(來(lái)源于 Bon-Ho Bae)：

　　圖 1 為無(wú)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?lái)?Vds_ff 和Vqs_ff 可以表示為：

　　其中ωr 為轉子的轉速。