先進(jìn)的電機(jī)和功率級動態(tài)特性建模技術(shù)可以大大提高電機(jī)控制效率，保證根據(jù)系統(tǒng)行為的實(shí)時變化進(jìn)行精確控制。通過無傳感器矢量控制技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以提高電機(jī)系統(tǒng)的性能，降低功耗，并滿足旨在提高能效的新法規(guī)的要求。基于新一代數(shù)字信號處理技術(shù)的新型電機(jī)控制方案有望加速先進(jìn)控制方案的應(yīng)用。

在過去的十年里，隨著永磁材料的不斷發(fā)展和所調(diào)查資源的易于開發(fā)，越來越多的工業(yè)用高性能變速電機(jī)使用永磁同步電機(jī)(PMSM)。使用PMSM驅(qū)動的固有優(yōu)勢包括：高扭矩重量比、高功率因數(shù)、更快的響應(yīng)、堅(jiān)固耐用的結(jié)構(gòu)、易于維護(hù)、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(zhuǎn)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(yīng)安裝在電機(jī)軸上。然而，在大多數(shù)應(yīng)用中，這些傳感器會帶來許多缺點(diǎn)，例如降低可靠性、易受噪聲影響、增加成本和重量以及更復(fù)雜的驅(qū)動系統(tǒng)

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(xiàn)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(fā)了三種無傳感器轉(zhuǎn)子位置估計(jì)的基本技術(shù)：

基于反電動勢(BEMF)估計(jì)的各種技術(shù)

基于狀態(tài)觀測器和擴(kuò)展卡爾曼濾波器的技術(shù)(EKF)

基于實(shí)時電機(jī)建模的其他技術(shù)

反電動勢技術(shù)

基于反電動勢技術(shù)的位置估計(jì)根據(jù)電壓和電流來估計(jì)磁通量和速度。在較低的速度范圍內(nèi)，該技術(shù)對定子電阻特別敏感。由于機(jī)器的反電動勢很小，開關(guān)設(shè)備的非線性特性會產(chǎn)生系統(tǒng)噪聲，因此很難得到機(jī)器端子的實(shí)際電壓信息。在中高速范圍內(nèi)，反電動勢法可以獲得更多

位置估計(jì)不錯，但不是低速。

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

基于空間顯著性跟蹤的技術(shù)利用了磁顯著性，適用于零速運(yùn)行，可以在不受其他參數(shù)影響的情況下估計(jì)轉(zhuǎn)子初始位置。轉(zhuǎn)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(jìn)給項(xiàng)Vds_和Vqs_可表示為：

其中r

是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。

只要看看內(nèi)置PMSM (IPMSM)的標(biāo)準(zhǔn)電壓公式，坐標(biāo)系就可以列出來了

顯示為：

其中err是實(shí)際角度和估計(jì)角度之間的差值。

現(xiàn)在重新定位d軸，您可以得到：

假設(shè)電流PI調(diào)節(jié)器將產(chǎn)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(jì)器和導(dǎo)出的公式中，誤差信號Vds_error由PI補(bǔ)償器處理以導(dǎo)出轉(zhuǎn)子速度，同時通過對估計(jì)的速度進(jìn)行積分來計(jì)算轉(zhuǎn)子角度。其他常用的方法是用微分法來計(jì)算速度，但這樣會使系統(tǒng)容易受到噪聲的影響。實(shí)驗(yàn)研究表明，該估計(jì)器能夠?yàn)閼?yīng)用提供非常準(zhǔn)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(jìn)行無縫操作，估計(jì)器以恒定的幅度和預(yù)定的模式頻率控制電流。這里，同步坐標(biāo)系的角度是通過對頻率進(jìn)行積分得到的(初始啟動法)。