用于高效電機控制的無傳感器矢量控制技術繼續發展

先進的電機和功率級動態特性建模技術可以大大提高電機控制效率，保證根據系統行為的實時變化進行精確控制。通過無傳感器矢量控制技術，設計人員可以提高電機系統的性能，降低功耗，并滿足旨在提高能效的新法規的要求。基于新一代數字信號處理技術的新型電機控制方案有望加速先進控制方案的應用。

在過去的十年里，隨著永磁材料的不斷發展和所調查資源的易于開發，越來越多的工業用高性能變速電機使用永磁同步電機(PMSM)。使用PMSM驅動的固有優勢包括：高扭矩重量比、高功率因數、更快的響應、堅固耐用的結構、易于維護、易于控制和高效率。高性能速度

和/或位置控制，以便使相位激勵脈沖與轉子位置同步。因此，速度和位置傳感器，如絕對編碼器和磁分解器應安裝在電機軸上。然而，在大多數應用中，這些傳感器會帶來許多缺點，例如降低可靠性、易受噪聲影響、增加成本和重量以及更復雜的驅動系統

等等。無傳感器矢量控制不需要速度/位置傳感器，因此這些問題不再存在。

近年來，在研究文獻中提出了許多解決PMSM無速度傳感器和位置控制方法的方案。PMSM公司開發了三種無傳感器轉子位置估計的基本技術：

基于反電動勢(BEMF)估計的各種技術

基于狀態觀測器和擴展卡爾曼濾波器的技術(EKF)

基于實時電機建模的其他技術

反電動勢技術

基于反電動勢技術的位置估計根據電壓和電流來估計磁通量和速度。在較低的速度范圍內，該技術對定子電阻特別敏感。由于機器的反電動勢很小，開關設備的非線性特性會產生系統噪聲，因此很難得到機器端子的實際電壓信息。在中高速范圍內，反電動勢法可以獲得更多

位置估計不錯，但不是低速。

反電動勢電壓的幅度與轉子速度成正比，因此無法估計靜止時的初始位置。因此，從未知的轉子位置起動可能伴隨著暫時的反轉，或者可能導致起動失敗。EKF可以在隨機噪聲環境中對非線性系統進行狀態估計，因此它似乎是PMSM速度和轉子位置估計的一種可行且計算效率高的候選方法。

基于空間顯著性跟蹤的技術利用了磁顯著性，適用于零速運行，可以在不受其他參數影響的情況下估計轉子初始位置。轉子初始位置有兩種基本方法，基于脈沖信號注入和正弦載波信號注入。

我們來看一個例子。

圖1。反電動勢和初始啟動之間的平衡(來自邦浩培)

圖1是沒有位置傳感器的無傳感器矢量控制方案的框圖。在框圖中，軸間控制的正向進給項Vds_和Vqs_可表示為：

其中r

是轉子的轉速。

只要看看內置PMSM (IPMSM)的標準電壓公式，坐標系就可以列出來了

顯示為：

其中err是實際角度和估計角度之間的差值。

現在重新定位d軸，您可以得到：

假設電流PI調節器將產生小誤差，并且err非常小，則D軸可表示為：

在圖1提出的估計器和導出的公式中，誤差信號Vds_error由PI補償器處理以導出轉子速度，同時通過對估計的速度進行積分來計算轉子角度。其他常用的方法是用微分法來計算速度，但這樣會使系統容易受到噪聲的影響。實驗研究表明，該估計器能夠為應用提供非常準確和可靠的速度信息。然而，在零速度和低速時，反電動勢電壓不夠高，不足以用于所提出的矢量控制。因此，為了從零速度進行無縫操作，估計器以恒定的幅度和預定的模式頻率控制電流。這里，同步坐標系的角度是通過對頻率進行積分得到的(初始啟動法)。