无传感器控制技术发展现状

　　无传感器控制技术是近些年来在永磁交流电机驱动技术中最为活跃的一个领域。因为用于确定转子位置的传感器的成本几乎可以占到整个控制器成本的三分之一，传感器的轴向长度也几乎是永磁电机轴向长度的三分之一。因此，借助于一些先进的控制算法在无位置传感器的情况下，只提取电流或电压信号，借以估计转子位置，实现电机自同步运行的方案引起了研究者的极大兴趣。这种设想对直流无刷电机尤为适用，因为它只需要每60°电角度提供一个换相信号。这一要求完全可以通过检测三相绕组中未通电相的反电势信号给出换相信号。文献[16]～[18]提出了一系列用以实现这一意图的算法。通过检测反电势确定换相时间和顺序，从而取消了原有的霍尔传感器。文献[18]中的算法已经成功的被应用到集成电路中，成为一种商业化的产品。

　　在永磁同步电机驱动系统中去掉位置传感器更具有挑战性，因为电机的三相始终通电，没有反电势信号可以利用，而且需要的位置信息也不仅仅局限于直流无刷电机的六个换向点。这样就需要设计更为复杂的观测器，利用测量的相电压和相电流来估计准确的位置信息[19]-[21]。文献[19]通过建立磁链方程设计了磁链观测器。文献[20]和[21]利用了谐波无功功率中所包含的位置信息。凸极的永磁同步电机比非凸极的永磁同步电机在利用无传感器技术上更有优势[22]-[26]，这是因为凸极电机的电感随着转子的旋转呈正弦变化，可以利用这一特性检测低速下的转子位置。同样出于降低成本的考虑，在永磁同步电机驱动系统中减少电流传感器也受到关注。例如，文献[27]中给出了一种方法，利用适当的方法只需1个电流传感器检测母线电流，而不是用3个电流传感器分别检测三相电流。对于直流无刷电机的电流检测，文献[28]提出了一种利用集成在逆变器中的电流传感器取代单独的电流传感器的方法，该方法还可以减小电机换相时的过流现象。

　　PMSM鲁棒控制发展现状

　　应用于永磁同步电机的各种鲁棒控制方法同样引起了研究者的较大兴趣。这是因为传统的PID控制很可能在电机负载或电机参数发生变化时使控制系统动态特性变坏。而这种电机负载或电机参数的变化却是不可避免的。这样就需要设计一种具有鲁棒性的控制器来抑制参数变化对控制性能的影响。为迎合这种需求，文献[29]提出了滑模变结构的控制方案，文献[30]和[31]则提出了自适应控制策略来设计永磁同步电机的位置和速度控制器。模糊控制策略作为一种令人乐观的替代PID控制的方法也被引入永磁同步电机控制器，以提高永磁同步电机在面对负载转矩变化时的鲁棒性[32]。文献[33]提出了一种用于永磁同步电机位置控制的鲁棒控制器，用来提高系统的稳定性，增强其抗扰性能。

　　另外，利用空间矢量调制技术，文献[34]和[35]提出了比较复杂的电流控制策略应用于永磁同步电机电流控制。这些先进的电流控制器引入预测控制的方法，并给出了全数字控制方案，以此来提高电流环的特性。

　　神经网络的方法也被作为一种实现自学习电流控制[36]和最优逆变控制[37]的手段引入永磁同步电机控制器。

　　各种转矩和速度观测器也被用于永磁同步电机鲁棒控制系统设计当中，文献[38]设计了一种仅利用速度信息的转矩观测器，但速度信息都是从位置传感器间接得来的，通过单位采样时间转过的脉冲数计算得来的速度信息会给系统引入延迟和噪声[39]。因为在低速下这种延迟和噪声现象尤为明显，文献[38]提出的观测器无法在较宽的调速范围内使用。Lorenz在文献[40]中详细说明了将线性观测器用于瞬时速度估计的方法。

　　结束语

　　纵观永磁同步电动机伺服系统的研究现状，国内外学者从不同角度着手进行了大量的研究和实践，并取得了较为丰富的成果;尤其是近年来围绕提高其伺服控制的性能、降低成本在系统控制策略上作了大胆的探索和研究，提出了一些新的思路，采用了一些具有智能性的先进控制策略并取得了一些具有实用性意义的成果。但是永磁同步电动机自身就是具有一定非线性、强耦合性及时变性的“系统”，同时其伺服对象也存在较强的不确定性和非线性，加之系统运行时还受到不同程度的干扰，因此按常规控制策略是很难满足高性能永磁同步电动机伺服系统的控制要求。为此，如何结合控制理论新的发展，引进一些先进的“复合型控制策略”以改进作为永磁同步电动机伺服系统核心组成部件的“控制器”性能，来弥补系统中以“硬形式”存在的“硬约束”，理应是当前发展高性能PMSM伺服系统的一个主要“突破口”。