引言

　　pmsm因其高轉(zhuǎn)矩慣性比、高能量密度、高效率等固有特點廣泛應(yīng)用于航空航天、電動車、工業(yè)伺服等領(lǐng)域。伴隨著高性能磁性材料、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，特別是矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制等高性能控制策略的提出，使得pmsm調(diào)速系統(tǒng)得以迅猛發(fā)展。pmsm矢量控制效法直流電機通過轉(zhuǎn)矩分量和勵磁分量解耦控制獲得了優(yōu)良動靜態(tài)性能。打破了高性能電力傳動領(lǐng)域直流調(diào)速系統(tǒng)一家獨大的局面，并逐步邁進交流調(diào)速系統(tǒng)時代。

　　高性能pmsm控制系統(tǒng)依賴于可靠的傳感器裝置和精確的檢測技術(shù)。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)多采用光電編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器等機械傳感器獲得轉(zhuǎn)子位置信息。但是機械傳感器安裝維護困難，不但增加了系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)復雜度，而且影響了系統(tǒng)動靜態(tài)性能，降低了系統(tǒng)魯棒性和可靠性。pmsm矢量控制系統(tǒng)性能往往受限于機械傳感器精度和響應(yīng)速度，而高精度、高分辨率的機械傳感器價格昂貴，不但提高了驅(qū)動控制系統(tǒng)成本，還限制了驅(qū)動裝置在惡劣條件下的應(yīng)用。機械傳感器低成本、高精度、高可靠性的自身矛盾根本的解決方法就是去掉機械傳感器而采取無傳感器技術(shù)。因此，pmsm無傳感器控制技術(shù)的研究迅速成為熱點。

pmsm國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　國外在20世紀70年代就開展無傳感器控制技術(shù)的研究工作。在其后的20多年里，國內(nèi)外學者對交流電機的無傳感器運行進行了廣泛的研究并提出了很多方法。這些研究成果使得無傳感器控制的電機驅(qū)動系統(tǒng)能夠應(yīng)用于更多的工業(yè)領(lǐng)域中。

　　pmsm無傳感器技術(shù)主要兩個發(fā)展階段：第一代采用無傳感器矢量控制技術(shù)的交流電動機經(jīng)過近10年的研究和原型機試驗已經(jīng)出現(xiàn)在市場上。第一代無傳感器電動機的調(diào)速精度不高，可以正常工作的速度范圍也有限，在低速、零速時，機械特性很軟且誤差變得很大，無法進行調(diào)速。第一代無傳感器技術(shù)還很不完善，

　　因此限制了它的使用范圍?，F(xiàn)在正在研制的是第二代無傳感器技術(shù)，人們預(yù)計將能有更高的精度且在零速時也能進行完全的轉(zhuǎn)矩控制，可與傳統(tǒng)的矢量控制技術(shù)相媲美。第二代無傳感器技術(shù)預(yù)期的應(yīng)用領(lǐng)域與第一代無傳感器技術(shù)基本相同，但有更好的動態(tài)特性。

pmsm無傳感器控制技術(shù)綜述

　　pmsm無傳感器技術(shù)自榮獲國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注之后，研究進展很快，已取得階段性成果，部分技術(shù)已實用化。從pmsm自身特點的深入挖掘到眾多現(xiàn)代控制理論的引用，pmsm無傳感器控制理論正不斷的推陳出新?，F(xiàn)對pmsm無傳感器控制主流理論綜述如下。

基于pmsm基本電磁關(guān)系估計方法

　　pmsm基本控制思想是實現(xiàn)磁場定向控制，無論是控制電壓、電流或頻率其控制性能的優(yōu)劣最終還是取決于對磁場的控制好壞?；趐msm基本電磁關(guān)系的無傳感器技術(shù)著眼于pmsm定子磁鏈空間矢量方程、定子電壓矢量方程等，通過檢測電機電流、電壓估計所含轉(zhuǎn)子信息的物理量如磁鏈、感應(yīng)電動勢等以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的估計?；趐msm基本電磁關(guān)系的無傳感器方法有開環(huán)和閉環(huán)兩種方式。采用定子電壓矢量方程估計出感應(yīng)電動勢，進而以反正切函數(shù)估算出轉(zhuǎn)子位置方法通常為開環(huán)形式。而采用定子磁鏈空間矢量方程首先用電壓矢量積分計算出定子磁鏈矢量，然后通過快速迭代計算出等效同步電感，進而估計出轉(zhuǎn)子位置信息的方法有開環(huán)和閉環(huán)兩種形式。其優(yōu)點是計算量小、簡單、易于實現(xiàn)。但是由于該方法是基于pmsm數(shù)學模型，雖然可以選取不同的數(shù)學模型，但無論采用什么數(shù)學模型，都涉及電機參數(shù)。電機參數(shù)如定子電阻隨溫度變化，電感隨電機負載和磁路飽和程度變化，均影響估計準確性。因此，應(yīng)用該方法最好結(jié)合電機參數(shù)在線辨識。

　　假定旋轉(zhuǎn)坐標法

　　假定旋轉(zhuǎn)坐標法著眼于兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下pmsm數(shù)學模型電壓方程，提出可控參考坐標用于無傳感器控制，該坐標稱為估計坐標。它不是同步旋轉(zhuǎn)坐標，而是定向于已知的估計位置，并且可按確定控制規(guī)律自行調(diào)整坐標。具體為以檢測電壓、電流估算位置偏差，通過pll調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)位置偏差估計使得假轉(zhuǎn)子位置與實際轉(zhuǎn)子位置趨于一致。該方法保證其估計精度核心是準確估計位置偏差，雖然數(shù)學模型是精確地，但估計精度仍然受電機參數(shù)變化影響，同時也受電流檢測精度影響，雖然采用了閉環(huán)控制，但依然沒有完全擺脫對電機參數(shù)的依賴性。該方法本質(zhì)上也是基于反電動勢的一種估計方法。因此，難以應(yīng)用于靜止和低速運行的無傳感器控制中。盡管如此，該方法所構(gòu)成的控制系統(tǒng)相對簡單，由于采用了pll調(diào)節(jié)器，提高了系統(tǒng)的估計精度和穩(wěn)定性，并能獲得良好的穩(wěn)態(tài)性能。

　　模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)

　　模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)（mras）基本思想是將不含未知參數(shù)的方程作為參考模型，將含有估計參數(shù)的方程作為可調(diào)模型，兩模型不但具有相同輸入量，而且具有相同物理意義的輸出量。并同時工作，利用輸出量差值根據(jù)合適的自適應(yīng)規(guī)律，以實時調(diào)節(jié)估計參數(shù)，達到可調(diào)模型跟蹤參考模型的目的。根據(jù)參考模型與可調(diào)模型的不同選擇，可以構(gòu)造多種模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速辨識模型。最常用的方法基于反電勢的mras算法，其優(yōu)點是系統(tǒng)性完全取決于參考模型。但其缺點是在低速時，對定子電阻敏感，導致轉(zhuǎn)速辨識不準甚至發(fā)散，同樣無法解決低速問題。