用于高效电机控制的无传感器矢量控制技术继续发展

先进的电机和功率级动态特性建模技术可以大大提高电机控制效率，保证根据系统行为的实时变化进行精确控制。通过无传感器矢量控制技术，设计人员可以提高电机系统的性能，降低功耗，并满足旨在提高能效的新法规的要求。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应用。

在过去的十年里，随着永磁材料的不断发展和所调查资源的易于开发，越来越多的工业用高性能变速电机使用永磁同步电机(PMSM)。使用PMSM驱动的固有优势包括：高扭矩重量比、高功率因数、更快的响应、坚固耐用的结构、易于维护、易于控制和高效率。高性能速度

和/或位置控制，以便使相位激励脉冲与转子位置同步。因此，速度和位置传感器，如绝对编码器和磁分解器应安装在电机轴上。然而，在大多数应用中，这些传感器会带来许多缺点，例如降低可靠性、易受噪声影响、增加成本和重量以及更复杂的驱动系统

等等。无传感器矢量控制不需要速度/位置传感器，因此这些问题不再存在。

近年来，在研究文献中提出了许多解决PMSM无速度传感器和位置控制方法的方案。PMSM公司开发了三种无传感器转子位置估计的基本技术：

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的技术(EKF)

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来估计磁通量和速度。在较低的速度范围内，该技术对定子电阻特别敏感。由于机器的反电动势很小，开关设备的非线性特性会产生系统噪声，因此很难得到机器端子的实际电压信息。在中高速范围内，反电动势法可以获得更多

位置估计不错，但不是低速。

反电动势电压的幅度与转子速度成正比，因此无法估计静止时的初始位置。因此，从未知的转子位置起动可能伴随着暂时的反转，或者可能导致起动失败。EKF可以在随机噪声环境中对非线性系统进行状态估计，因此它似乎是PMSM速度和转子位置估计的一种可行且计算效率高的候选方法。

基于空间显著性跟踪的技术利用了磁显著性，适用于零速运行，可以在不受其他参数影响的情况下估计转子初始位置。转子初始位置有两种基本方法，基于脉冲信号注入和正弦载波信号注入。

我们来看一个例子。

图1。反电动势和初始启动之间的平衡(来自邦浩培)

图1是没有位置传感器的无传感器矢量控制方案的框图。在框图中，轴间控制的正向进给项Vds_和Vqs_可表示为：

其中r

是转子的转速。

只要看看内置PMSM (IPMSM)的标准电压公式，坐标系就可以列出来了

显示为：

其中err是实际角度和估计角度之间的差值。

现在重新定位d轴，您可以得到：

假设电流PI调节器将产生小误差，并且err非常小，则D轴可表示为：

在图1提出的估计器和导出的公式中，误差信号Vds_error由PI补偿器处理以导出转子速度，同时通过对估计的速度进行积分来计算转子角度。其他常用的方法是用微分法来计算速度，但这样会使系统容易受到噪声的影响。实验研究表明，该估计器能够为应用提供非常准确和可靠的速度信息。然而，在零速度和低速时，反电动势电压不够高，不足以用于所提出的矢量控制。因此，为了从零速度进行无缝操作，估计器以恒定的幅度和预定的模式频率控制电流。这里，同步坐标系的角度是通过对频率进行积分得到的(初始启动法)。