无传感器永磁同步电机控制策略研究

陈 诚

(南京溧水电子研究所有限公司，南京 210000)

1 无传感器永磁同步电机工作原理

无传感器永磁同步电机就是在电机不安装光电传感器的时候，通过电机的绕组来进行信号传播的过程，可以进行电机绕组数据的测量、计算和分析，进行电机转速和位置的掌握。可以在电机绕组的过程中进行容易测量的定子测量，然后通过各项数据及模型的结合应用，实现对整个电机转子的位置和速度测量，利用无传感器的形式代替机械传感器进行电机的应用，促进电机实现闭环控制的功能。

2 无传感器永磁同步电机控制技术发展现状的分析

无传感器永磁同步电机的研发是根据数字信号处理器DSP为基础进行的，无传感器永磁同步电机将数字信号、控制系统以及信息技术进行融合发展，促进无传感器永磁同步电机的技术不断提升。无传感器永磁同步电机在很早之前就已经被发明和应用了，但是在无传感器永磁同步电机出现的初期，人们只能推断出其静态方程，将电机的调速达到10:1的比例，实现无传感器永磁同步电机的形成，但是这种非动态化的电机控制系统的精度不够，在实际的应用中还存在很大的误差；后来又有专业的电机研究人员利用转子齿谐波进行转速的检测，这种方式受到检测技术等的影响导致转速准确的范围较小，只有转子速度300r/min的速度以内才能进行精确的数据测量；近几年相关的学者又开始对卡尔曼滤波器永磁电机的调速系统进行深入研究，并对全阶状态观测量的无传感器永磁同步电机进行了相关的调试，但是状态观测器很容易受到电机数据参数的影响，导致需要多个状态观测器的数据相结合进行分析，这样导致无传感器永磁同步电机的整体结构较为复杂，在实际的运用中容易出现很多的问题。我国对无传感器永磁同步电机的研究，开始主要是在各个高校中的试验研究，对无传感器永磁同步电机的研究主要包括几个方面，一是进行无速度传感器的感应电动机各个变量控制系统的研究，二是进行异步电动机转差型无传感器各个变量控制系统的研究；三是进行软件感应电机无速度传感器控制，虽然无传感器永磁同步电机在不断地进步和发展，但还是有很多的不足需要不断地创新和改进。

3 无传感器永磁同步电机控制系统策略分析

3.1 通过定子端电压和电流进行θ和ω的计算

定子端电压和电流计算方法主要是利用场旋转理论进行，先将电机的状态保持在稳定状态，然后让定子和转子磁链同时旋转，这2个磁链之间的角度具有一定的标准，这个标准角度称为公角，这种稳定状态下的电机控制方法适用于表面式的永磁同步电机。定子电压和电流直接计算的控制方法操作比较简便，而且具有一定的规律，但是对电机的各项参数的精准度要求比较高，所以在实际进行控制方法选用的时候，应该结合电机的具体数据和信息进行合理选择。

3.2 模型参考自适应法

模型参考自适应法的使用原理是先进行转子位置的预先设定，然后通过电机模型来计算出预设位置电机的电压和电流数值，再进行电流和电压数据差的计算，电压和电流的数据差与该预设的转子位置和实际转子位置之间的角度差一致。如果电压与电流的数据差逐渐向零靠近，那么预设的转子位置就可以被认定为实际的电机位置，利用这种方式进行电机控制系统的测量，应该充分重视选取的模型和预设位置精准度相关的问题。

3.3 利用观测器进行估计

在无传感器永磁同步电机中利用观测器进行估计测量转速和位置，主要是由于观测器具有重新组建结构系统的作用，能够通过原来的系统进行变量的测量和分析，并通过变量的初始量和最终的输出量进行信息输入，促进输出信号与原状态保持一定的统一。无传感器永磁同步电机中常用到的观测器种类有很多，比如全阶状态观测器、降阶状态观测器以及滑模观测器等，在利用滑模观测器的时候，应该注意观测器主要是对不连续开关的有效观测和控制，在使用过程中很容易引起系统的抖动状况，对无传感器永磁同步电机转速低的情况下具有不利影响，会形成转矩脉动。所以在进行观测器选择的时候应该注重实际情况需要以及观测器的特性进行合理选择，有效保证无传感器永磁同步电机控制系统速度和位置信息的精确度。

3.4 高频注入法

高频注入法主要是以人为因素、电机自身因素以及高频数学模型为基础进行的，与电机的各项参数及基波没有较大的关联，对转子的初始位置能够进行有效的估计。也正是由于高频注入方法不需要参考电机参数进行实施，所以比较适用于电机转速低且系统工作量较小的电机测速中，主要缺点就是需要对电机进行凸磁极的制造。

3.5 人工智能估计法

在无传感器永磁同步电机控制系统的具体实施中，定子和电压和电流之间的函数比例其实就是转速，而且无传感器永磁同步电机控制系统中还包含了很多的函数知识，所以可以将人工智能技术应用于电机控制系统各项数据的计算中，为交流传动领域带来新的挑战，通过神经元网络估计法实现无传感器永磁同步电机控制系统的自动化。

4 结语

综上所述，是本人对无传感器永磁同步电机控制系统策略及相关内容的分析，只有不断利用新的技术和方法逐渐实现无传感器永磁同步电机结构的优化和成本的降低，根据实际情况进行控制系统控制方式的选择，才能有效解决无传感器永磁同步电机中的相关问题，促进无传感器永磁同步电机不断进步。