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面向高效电机控制的无传感器矢量控制技术继续发展
贾永世
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面向电机和功率级动态特性的高级建模技术可以大幅提 高电机控制效率，确保根据系统行为的实时变动实行精 密控制。通过无传感器矢量控制技术，设计人员可以增 强电机系统的性能，降低功耗，并且符合旨在提高能效 的新法规要求。基于新一代数字信号处理技术的新型电 机控制方案有望加速先进控制方案的运用。在过去十年中，随着永磁体材料的不断发展和勘测到的资 源越来越容易开采，采用永磁体同步电机（PMSM）的工业 应用高性能变速电机越来越多。使用 PMSM 驱动的先天优 势包括：高扭矩重量比、高功率因数、响应更快、结实耐 用的构造、易于维护、易于控制以及高效率。高性能速度 和 / 或位置控制要求准确判定转轴位置和速度，使相位激励 脉冲与转子位置同步。 因而电机轴上需安装绝对编码器和 磁性旋转变压器等速度和位置传感器。然而，在大多数应 用中，这些传感器会带来多种弊端，例如：可靠性递减， 易受噪声影响，成本和重量增加，以及驱动系统更复杂 等。无传感器矢量控制则不需要速度 / 位置传感器，因而这 些问题也就不复存在。近年来，关于 PMSM 的无传感器速度和位置控制方法，研 究文献中提出多种解决方案。 针对 PMSM 驱动的无传感器 转子位置估计，已开发出三种基本技术：基于反电动势（BEMF）估计的各种技术基于状态观测器和扩展卡尔曼滤波器（EKF）的技术基于实时电机建模的其他技术
反电动势技术
基于反电动势技术的位置估计根据电压和电流估计磁通量 和速度。在较低速度范围内，这种技术对定子电阻特别敏 感。由于机器的反电动势很小，并且开关设备的非线性特 征会产生系统噪声，因此很难得到关于机器终端的实际电 压信息。在中高速范围内，利用反电动势方法可以获得较 好的位置估计，但在低速范围内则不行。反电动势电压的幅度与转子转速成比例，因此静止时无法 估计初始位置。所以，从未知转子位置启动可能伴随着暂 时反向旋转，或者可能导致启动故障。EKF 能够对随机噪声 环境中的非线性系统执行状态估计，因而对于 PMSM 的速度 和转子位置估计，似乎是可行且具计算效率的候选方法。基于空间显著性跟踪的技术利用磁显著性，适合零速工 作，可以估计初始转子位置，而不会受其它参数影响。针 对初始转子位置，主要有两种基本方法，分别基于脉冲信 号注入和正弦载波信号注入。
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