永磁传动技术论文范文1
关键词 锅炉；风机；永磁；电调速；技术；调节；节能
中图分类号TK22 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）82-0152-02
0引言
某炼油厂自备电站有3台130t/h燃油、燃气中温中压锅炉，承担着满足全厂各种用热工况的需求和保障全厂蒸汽的供给，是确保炼油装置的安全平稳运行的关键，每台锅炉配备一台送风机和引风机。
1问题发现及分析
按全厂正常运行工况，电站3台锅炉接带负荷仅为50t/h～60t/h，原设计风机选型流量偏大，满负荷运行时风门挡板开度仅需40%，实际运行中存在以下问题：1）锅炉长期在低负荷下运行，造成电能浪费；2）由于采用风门挡板调节，开度小受力大，调节频繁易造成损坏；3）调节精度不够，影响运行；4）风机挡板调节存在滞后性、炉膛负压波动较大甚至造成部分火嘴熄灭，为保证提负荷速率，满足平衡蒸汽的需要，需采用适量放大氧含量的做法，增加了能耗。
通过调研，确定采使用永磁节电调速技术。
2理论依据
2.1工作原理
永磁调速技术通过导体和永磁体之间的间隙实现由电动机到负载的转矩传输。该技术实现了在驱动（电动机）和被驱动（负载）侧没有机械链接。其工作原理是一端永磁体和另一端感应磁场相互作用产生转矩，通过调节永磁体和导体之间的间隙就可以控制传递的转矩，从而实现负载速度调节。
2.2系统构成
永磁节电调速系统主要有永磁调速器、隔音散热罩、电动执行器、可编程控制器和温度及转速传感器等组成。锅炉风机压力、流量和其它过程控制变量可被控制系统收集并输出，并作用到智能电动执行器，以满足控制要求。
3 整改措施
5 结论
永磁调速技术先进、节能效果明显，能够很好地适应生产的需要，相信在不久的将来必将迎来永磁节电调速技术在各行各业的更广范围应用。
参考文献
[1]赵克中.磁力驱动技术与设备[M].化学工业出版社，2003，1.
永磁传动技术论文范文2
关键词：永磁直线同步电机；直线电机；工作原理；控制策略；伺机系统
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.14.151
随着科学技术和电子计算机技术的发展，永磁直线同步电机因其高速度、高精确以及其控制方便、驱动能源较易获取、环保无公害等优势被广泛应用于数控系统和一些高密数字测量等场合，但永磁直线同步电机在运作过程中也极易受到外部干扰而影响参数，因此本文将从永磁直线同步电机的原理分析，对矢量控制进行研究搭建直线矢量控制系统，对永磁直线同步电机伺服系统的扰动进行分析。
1 直线电机发展现状
永磁直线同步电机在数控系统及生产生活中已广泛运用，直线电机的发展经过了160年的历程，到1971年开始投入到开发阶段，并进入实用商品阶段，国外一些国家对直线电机的研究越来越感兴趣，随着科技的发展，到90年代之后，直线电机作为系统进入工业生产中，后来被运用于不同的领域，而且越来越深受人们的推崇，直线电机目前具有不可估摸的发展前景。
由于直线电机具有装置简单可靠、直线速度可以不受任何限制、机械损耗小、噪声小、应用场合广、散热性能好、使用灵活性较大、节能环保等优点，直线电机在国外应用非常广泛，但在国内发展还需进一步地研究，虽然有一些院校在直线电机方面进行深入研究，但在投入使用方面还要进一步发展，不断创新，提高直线电机及其伺机系统的控制领域的水平，减小与其他国家在这一方面差距。
2 伺机系统
伺机系统是指按照控制信号的要求而动作：控制信号到来之前，被控制对象是静止不动的；接收到控制信号后，被控制对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控制对象又能自行停止。正是基于执行机构这一特点，我们称之为伺机系统。伺机系统主要是根据信号要求而进行运作，这在一定程度上对直线电机的速度及效率上有所改进和提高。
3 直线电机的工作原理
在传统意义上，一般应用于工业上的都是旋转电机，但随着科学技术和电子计算机的发展，直线电机将逐渐取代旋转电机，它是旋转电机的一种演变和延伸，从直观图形看，可以想象将一台旋转电机沿着它的内径切开，然后舒展成平面图，将圆周面摊开，这样就形成了直线电机的平面图（如图1），这就减少了旋转电机在旋转过程中因旋转而造成的消耗运动，直线电机提高了运行的速度和效率。
直线电机的分类有很多，永磁直线同步电机主要是运用高能电磁体，具有控制快，效率高、速度快等特点，永磁直线同步单机可分为平面型和圆筒型，工作原理都是将初级制成动子，次级的永磁体作为定子，在初级绕组通入交流电源，则在气隙中产生行波磁场。次级在行波磁场的切割下，产生感应电动势从而产生电流，该电流与气隙中的磁场相互作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力的作用下做直线运动；反之，次级固定，则初级作直线运动。直线电机就这样把电能直接转变为直线运动的机械能而无需任何中间变换装置。
4 直线永磁直线同步电机的伺服系统的控制策略
直线电机具有高速度和高效率等许多优点，但要将直线电机的众多优势发挥出来，还需要对直线电机的伺服系统的控制进行严密而精确的研究，目前主要有传统控制理论运用、现代控制理论运用和智能控制理论三个部分的研究，传统控制理论是运用最成熟、最广泛的策略，但由于直线电机是个强耦合的设备，所以PID控制算法不能达到解耦，实现变量的单独控制，但这种方式比较实惠，成本低，对直线电机有一定的作用。
现代控制理论相对于传统控制理论而言操作更为复杂，这主要是因为直线电机的系统比较复杂，在运用过程中有一些不可预计的的干扰量会加大工作量，如直线电机会受到温度的影响等，这就使现代控制理论不能单独控制直线电机。
智能控制理论主要是采用神经网络控制和模糊控制技术，工作原理就是模仿人脑神经系统进行控制，并将专家的一些有效的经验融合到直线电机控制中，模糊控制技术因其控制精确度高而得到广泛地应用，在应用过程中，模糊控制技术最好跟其他控制系统一起使用才能取得更好的效果。
5 小结
综上所述，要研究永磁直线同步电机伺服系统的控制策略需要在了解直线电机的工作原理的基础上进行研究，本文主要分析了几种伺服控制系统的优缺点以及在运行过程中会出现的干扰因素研究出一种可以应用于新的控制系统运用于永磁直线同步电机伺服系统，随着科学技术的发展和社会大环境的要求，永磁直线同步电机将具有很好的发展前景和趋势，研究直线电机伺服系统的控制策略也具有一定的意义。
参考文献：
[1]方涛.永磁直线同步电机伺服系统的控制策略研究[D].2015（06）.
[2]张晴.直线电机直接驱动技术在高速精密加工中的应用[J].机电工程技术，2006.
[3]叶云岳.直线电机原理与应用[D].机械工业出版社.
永磁传动技术论文范文3
关键词：永磁同步；伺服电机；控制
引言
发展和提高永磁同步电机的制造水平， 开发相应的高性能控制器产品， 提高资源的利用率和附加产值应该是我国未来的一个发展方向。
一、闭环调节器的控制
永磁同步电机的数学模型与异步电机相比，简单了不少，但仍具有非线性，强耦合，多变量等特点，寻求比普通PID 调节器更优良的控制策略是提高交流伺服系统性能的有效途径之一。
（1） 基于现代控制理论的控制策略
基于现代控制理论的电机控制方法有许多，典型的如滑模变结构控制，自适应控制等。其中，自适应控制能够抑制系统运行时参数变化的影响，获得有用的模型信息，使控制器的控制参数能够得到自动调整。但这些方法均存在两个问题，一是模型复杂，运算繁琐； 二是校正和辨识的时间较长，实时性不佳。
此外，还有许多现代控制理论被用到转速控制器设计中，包括自适应逆推、反馈线性化、鲁棒控制等。
（ 2） 基于智能思想的控制策略
典型的智能控制方法如模糊控制是模糊数学与控制理论相结合的产物。现实中，有些被控对象是难以建立精确的数学模型的，这时，使用模糊控制的方法是一种非常不错的选择。当前，在永磁同步电机的控制方面的，模糊控制的应用与研究已取得了许多成果，在电机的控制领域，仍有不少与模糊控制相结合的控制方法出现。
神经网络控制也是一种基于智能思想的控制策略，其并行处理，分布存储，自组织，自学习及神经计算能力，使其成为一种很有前途的控制方法，目前已有不少文献对此进行研究。
二、电机自身的控制
交流伺服系统中对电机自身的控制方法主要有： 压频控制、磁场定向控制，解耦控制与直接转矩控制。
（ 1） 压频控制
压频控制是一种开环控制方法，不需要电机位置、速度等反馈信息，其控制方法简单，无复杂的控制算法，方便实现。缺点是无法获取电机的电磁转矩和工作状态。因此只适用于一般的水泵和风机等场合。
（ 2） 矢量控制
矢量控制是德国西门子公司的F.Blashcke 在七十年代提出的。该方法的主要思想是将三相磁链矢量、电压矢量、电流矢量，通过坐标变换为两相矢量。目前，矢量控制的方法在理论上与应用上都十分成熟，具体包括： 最大转矩与电流比控制、id控制、弱磁控制、最大输出功率控制、cosφ = 1 控制、恒磁链控制等。
在所有的控制方法中，使id = 0 的控制方式最为简单，它能够将三相电流转变为两相dq 电流，然后对dq 电流分别进行控制，使得只存在q 轴电流，进而实现永磁同步电机的稳态解耦。这里的q 轴电流就相当于直流电机的控制回路的转子电枢电流。这样，对永磁同步电机的控制就相当于对直流电机的控制。这种控制方法结构相对简单，计算量小。缺点是当电机负载增加时，电机的功率因数会降低，而定子电压则会升高，所以要让电机正常运行，其逆变器必需要有足够的容量。
（3） 解耦控制
对永磁同步电机的电压方程进行相应的拉氏变换，用结构图表示其传递函数见图1所示。从图中可以明显的看出，永磁同步电机的dq 轴分量相互耦合，不能实现Ud和Uq对id和ωM分别的控制，因此，要实现系统高性能控制的关键在于解耦控制。
矢量控制可以实现永磁同步电机的稳态解耦，前提是定子磁链必须到达稳定状态，但动态过程仍相互耦合，其动态响应不能令人满意。
对永磁同步电机的控制而言，已有许多解耦控制方法出现： 如将永磁同步电机解耦成二阶线性转速子系统和一阶线性磁链子系统，进而实现转速和磁链动态解耦控制； 针对dq 坐标系下提出的反馈解耦控制方案，在负载转矩波动下，对指令速度有良好的转速跟踪性能； 还可以对永磁同步电机数学模型进行可逆性求解，得出逆系统进而构造相应神经网络，实现永磁同步电机转速和定子磁链的动态解耦。
三、信号反馈技术
通常要获得更高性能的控制效果，交流伺服系统需要运行于闭环控制状态下，因而需要获得电机转子的位置、速度信息等，一般的方法是在电机转轴上安装光电编码器或测速电机等。但装上传感器，会出现许多问题： 伺服产品成本增加； 由于同心度问题，转子位置出现偏差； 连接线缆增加，使得系统容易受到干扰，系统可靠性降低； 电机的体积增大； 易受到振动、湿度和温度等条件的影响。
为了克服这些缺陷，无位置/速度传感器伺服系统的研究成了当前的热点，根据容易测出的定子电压、定子电流等物理量，通过相应的算法，估算出当前转子的位置与转速信息。无速度传感器控制策略大体上可分为3 类：
一类是根据永磁同步电机的数据模型来估算的方法，如通过获得定子电流和电压后进行直接计算的方法； 通过比较电压计算值与实测值得到转子位置的电感变化估算方法； 反电动势积分法； 扩展反电动势法等。
另一类是基于各种观测器模型的闭环算法，如模型参考自适应、降阶状态观测器、扩展卡尔曼滤波器、全阶状态观测器、滑模观测器等。这类方法是通过永磁同步电机的电压方程推算出感应的反动势，再从中提取出位置信号，适用于高速运行状态下的位置与速度估算，当电机转速较低时，反电动势信噪比小，不能准确估算转子和位置。
还有一类是以基于电机理想特性的算法，如高频信号注入法和低频信号注入法。高频信号注入法不依赖于任何电机的参数和运行的情况，因而可以工作于低速运行状态，但电机必需是凸极性的。而低频信号注入法要求电机不能具有凸极效应，而且电机转子不能有较大的转动惯量，否则检测精度会变差。
四、结束语
本文给出了永磁同步电机运行的两种基本模式，并将其控制策略归纳为三个方面。针对这三个方面，分别进行了综述性的介绍。为了满足各种场合应用的需求，需要将各种控制方法相互渗透，以提高当前伺服系统的整体性能。永磁同步电机控制系统作为一个多学科交叉的研究领域，其研究方向还可以从其它方面更进一步： ① 优化的直接转矩控制技术； ② 定子电流死区补偿技术； ③ 无位置/速度传感器控制技术； ④ 多种方法相结合的闭环调节器控制策略的研究； ⑤ 电机转子初始位置检测等。
参考文献：
[1]张锐，白连平.永磁交流伺服电机控制系统的研究[J].电气技术.2011（03）
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[3]辛小南，贺莉，王宏洲.永磁同步电动机交流伺服系统控制策略综述[J].微特电机.2010（02）
永磁传动技术论文范文4
【关键词】SVM直接转矩控制 无速度传感器 MRAS（模型参考自适应）
永磁同步电机（PMSM）的体积小、噪声低、效率高、功率密度较大，在电力电子技术与现代控制理论迅速发展的大环境下，这些优点使PMSM渐渐得到了广泛的应用。永磁同步电机的直接转矩控制（DTC）是在矢量控制发展日渐成熟之后兴起的另一种高性能交流调速技术。由于拥有控制结构简洁、动态响应较快、对电机参数依赖较少等特点，直接转矩控制已成为学术界研究的热点。
在现代交流调速系统领域中，速度传感器由于存在降低系统可靠性，增加系统成本等问题，已经大大制约了交流传动系统的发展，所以采用无速度传感器的调速方案是当今国内外研究的趋势。
永磁同步电机无速度传感器的研究方法主要有基于磁链位置的估算法、基于反电动势法、滑膜观测器法、扩展卡尔曼滤波法、高频注入法、人工智能估算法、模型参考自适应法（MRAS）。因为模型参考自适应法具有控制相对简单而且精度高的优点，所以本文将模型参考自适应法应用到永磁同步电机调速系统当中。将永磁同步电机本身作为参考模型，将含有转子转速的模型作为可调模型，采用并联型结构进行速度辨识，两个模型的输出量物理意义相同。利用可调和参考模型输出量所构成的误差，计算出合适的比例积分自适应率，并以此来调整可调模型的参数，满足Popov超稳定性定理，使系统逐渐稳定，最终使可调模型的状态能稳定、快速地逼近参考模型，即让误差值趋近于零，进而使转速估计值逐渐逼近实际值，实现转速的识别。
1 永磁同步电机数学模型
建立dq坐标系下的数学模型，可以得到定子电压、电流均为直流的永磁同步电动机的电压方程式，利于分析永磁同步电动机控制系统的瞬态性能和稳态性能。d轴作为基波磁场方向，q轴的位置则是在d轴方向上顺时针超前90°。
其中，R为定子电阻；ud、uq为电机的定子电压在d、q轴上的分量；id、iq为定子电流在d、q轴上的分量；ψd、ψq为定子磁链在d、q轴上的分量；Ld、Lq分别为直轴和交轴同步电感；ωr为转子旋转角速度；ψf为转子永磁体磁链；Pn为电机极对数；p为微分算子。
2 SVM-DTC
永磁同步电机直接转矩控制的基本思想是在电机运行时，转子磁链的数值基本恒定，保持定子磁链幅值稳定在额定值上，通过改变转子和定子磁链夹角的大小来改变电机转矩的大小，进而进行达到调速的目的。
永磁同步电机调速系统中，传统的直接转矩控制系统使用的是滞环控制器和开关表，在一个周期内选择和发出单一的空间电压矢量来同时控制定子磁链和转矩的误差方向，这样很难完全补偿当前定子磁链和转矩的误差，会使定子磁链和转矩的脉动过大。同时，在系统运行过程中，如果两个置换控制器的输出信号和定子磁链位置信号在多个采样周期内保持不变，则逆变器的开关状态会在多个采样周期内保持同一个值，使得系统的开关频率不恒定。空间电压矢量调制（SVM）系统采用SVM单元来取代传统DTC系统的开关表，并用PI调节器来代替传统DTC系统的滞环环节。在每个控制周期内该系统都能计算出磁链和转矩的误差，然后选择相邻的非零矢量和零矢量，计算出各矢量的作用时间，最后利用线性组合的方式合成任意方向的空间电压矢量，这样就大大增加了对电压矢量的选择机会，更精确的补偿了磁链和转矩的误差，降低了电机磁链和转矩的脉动，输出的PWM波形会保证逆变器开关频率恒定，图1为SVM-DTC系统结构图。
3 模型参考自适应系统
4 仿真与试验结果
用Matlab-Simulink软件构建总体系统的仿真图，如图2所示。
本系统仿真采用的参数设置为：定子电阻为0.81Ω；绕组电感为2.59mH；极对数为4；给定定子磁链为0.1827Wb。
接下来设置参数为给定转矩2N・m，给定初始速度为800r/min，在0.06s时将转速提高到1000r/min，在0.13s时将转速变为-200r/min，通过图3-图5观察估算速度的跟踪情况。
图3为定子磁链圆轨迹图，定子磁链轨迹近似为圆且扰动很小，运行良好；图4为电机转矩图，当速度在0.06s和0.13s突变时，转矩的波动比较大，但是在很短的时间里就能够平稳达到稳态，说明系统对外界的干扰有较好的鲁棒性；图5为电机转速图，估计转速在速度突变时有很小的波动，在很短的时间内又会平滑的跟踪到参考转速，达到新的稳态，表明系统的动态响应较快，调速性能良好。
5 结语
本文采用SVM-DTC对永磁同步电动机进行调速，对传统的直接转矩控制进行了改进，同时采用了基于模型参考自适应法对电机转速进行辨识，并通过理论分析和仿真验证得出，该系统鲁棒性强，动态响应较快，具有良好的调速性能。该方案结构比较简洁，可行性较强，可为永磁同步电机的无速度调速控制提供参考。
参考文献
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永磁传动技术论文范文5
关键词：永磁同步电机；空间矢量控制；数学模型
永磁同步电动机的定子绕组与一般交流电动机的定子绕组相同， 转子采用永久磁铁， 因此转子磁链（磁通）是恒定的， 电动机方程（电压方程、磁链方程和转矩方程）相对于异步电动机来说都较为简单， 在控制过程中， 磁链的观测模型也不需要进行计算。永磁同步电动机按定子绕组感应电势波形的情况来分类时， 一般可分为：正弦波永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor， PMSM）和梯形波永磁同步电机（Brushless DC Motor， BLDC）。介于前者在现实中应用更为广泛， 本论文主要应用的也是正弦波永磁同步电机。永磁同步电动机具有很多优点， 这些优点也在实际应用中得到了很好的发挥， 例如：根据它谐波少、转矩精度高的特点， 常用于伺服系统和高性能的调试系统；永磁同步电机有转轴上无滑环和电刷的特点， 这也解决了其它电机因电刷而带来的使用寿命问题。与此同时， 永磁同步电动机还具有体积小、功率密度高、转子转动惯量低、运行效率高、调速范围宽等诸多优点。值得注意的是， PMSM是一种强耦合、非线性时变的多变量系统， 这也为其控制工作带来了一定难度， 而加强对其基本构造和工作原理的理解能有助于克服这一问题。
空间矢量控制技术优点众多， 近几年发展非常迅速， 尤其在永磁同步电机中的使用， 更是再次凸显了它的好处。本论文通过对空间矢量控制技术和永磁同步电机的学习及分析， 在熟练掌握相关数学模型的建立和Matlab/Simulink的使用后， 将建立两种不同坐标系变换的数学模型和基于SVPWM控制技术的永磁同步电动机系统模型， 并在Matlab/Simulink环境中进行仿真。最终与理论分析相比较， 验证仿真结果的正确性。
1 控制系统结构模型
根据对永磁同步电机SVPWM控制系统的理解及前期研究， 可得到永磁同步电机空间矢量脉宽调制控制系统设计框图如图1所示。
图1 永磁同步电机SVPWM控制系统设计框图
本控制系统采用的是双闭环控制， 即速度环和电流环， 由图1可看到， 其主要构成为：
三个PI控制器（PIController）、两相旋转（dq）和两相静止坐标系（？琢？茁）坐标变换的变换器（dq/？琢？茁Coordinate Converter）、三相静止（abc）和两相旋转坐标系变换的变换器（abc/dq Coordinate Converter）、逆变器（Inverter）、空间电压矢量调制器（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM）。
系统运行过程：给电机输入一模拟三相定子电流ia、ib、ic，当传感器检测到这一电流时， 该三相电流通过abc/dq坐标变换器被变换为实际定子的直轴电id和交轴电iq。
参考定子交轴电流i*q通过比对实际转速和参考转速， 再经PI控制器处理后获得。将参考定子直轴电流i*d设为0， 把上述id、i*d、iq、i*q四个变量比较过后交由PI控制器处理， 从而分别产生定子直轴、交轴电压Vd和Vq。将得到的电压量通过dq/？琢？茁坐标转换器处理后输入空间电压矢量调制器， 从而产生一系列触发脉冲， 以控制逆变器， 驱动其产生三相电压， 最终驱动永磁同步电机。
2 控制系统仿真分析
永磁同步电机空间矢量脉宽调制控制系统仿真模型如图2所示， 模型仿真环境为Matlab/Simlink。
图2 基于SVPWM的PMSM控制系统仿真建模框图
如图所示， 系统主要仿真模块为：
坐标转换模块、速度控制器模块、电流控制器模块、矢量控制模块、空间电压矢量控制模块、电压逆变器模块、永磁同步电机模块。
系统部分参数为：总仿真时间为0.3S；系统零时段负载起动转矩TL=5N・m。
（1）速度环闭环时， 系统定子三相相电流、转速、转矩、矢量切换时间、矢量所处扇区响应情况。
图3 转速闭环时SVPWM控制系统转矩响应放大图
图4 转速闭环时电机三相定子电流、转速、转矩、矢量切换时间
和矢量所处扇区响应图
由图4仿真波形， 可以得到结论如下：
a. 系统在0s～0.05s之间转速响应以斜率20000上升，延迟时间Td=0.025s、上升时间Tr=0.046s、调节时间Ts=0.05s， 无超调量， 系统动态响应快。系统起动时， 带动负载速度快， 转速在0.05s内稳定在设定值n=1000r/min。
b. 系统在稳态运行时，0.05s后都进入稳态阶段， 系统稳态输出误差已趋近零， 反应出该模拟系统控制精度较高， 稳态特性良好， 波形与理论分析结果相符， 静态性能稳定。
c.系统起动时，定子起动转矩6.7N・m，系统稳定运行后，定子转矩稳定在设定值5N・m。转矩脉动控制在0.2N・m内，系统运行稳定。
（2）速度环开环时，在系统空载情况下给定幅值为±5A的方波参考交轴电流i*q信号时，系统交轴电流、转速和转矩响应。
由图5仿真波形， 可得出结论如下：
在参考交轴电流±5A切换时， 转矩响应时间为0.00035s， 转矩动态响应快速。波形符合理论分析， 具有较好的动态特性。
3 结束语
本论文通过对矢量坐标变换、逆变器、空间电压矢量脉宽调制等技术的原理分析及建模仿真， 主要设计了一个基于空间电压矢量脉宽调制技术的永磁同步电机控制系统， 并在Matlab/Simulink对其进行仿真模拟。系统设计步骤为：系统构架、模块设计、系统设计和系统仿真结果分析。在这次完成论文的过程中， 我对所学的电力电子技术、自动控制原理、电机与拖动以及控制系统的MATLAB仿真与设计等知识有了更深层次的理解， 并在学习过程中积累了许多宝贵经验。从仿真结果的数据和波形来看， 系统的设计完全符合前期设计要求， 验证了理论的正确性。
参考文献
[1]李静，程小华.永磁同步电机的发展趋势[J].防爆电机.2009， 44（05）：17-19.
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永磁传动技术论文范文6
关键词：无传感器控制；永磁同步电动机；矢量控制
0 引言
永磁同步电动机由于其体积小，高功率密度、高气隙磁通密度、高扭矩/惯性比，高转矩能力、效率高和免费维护，广泛应用于机床、航天等要求高性能以及良好动态响应的工业应用[1]。在外部干扰和系统的参数发生变化时，电机所安装的传感器获得的速度和/或位置信号不仅取决于系统响应的速度和精度，而且还受所选择的控制策略的鲁棒性的影响。因此，人们转而开始关注无传感器控制技术，期望能够克服现有硬件传感器所带来的不便，实现控制系统性能的提升。文章对无传感器技术在PMSM直接转矩控制中的发展与应用进行简要的概述。
1 矢量控制（VR）系统
永磁同步电动机的矢量控制理论是将交流电机模型经过坐标变换（ park变换、Clark变换）得到直流电机模型。同时将交流电流转换成直流电机模型的励磁电流和转矩电流，这样就实现了使用直流电机的控制方式来控制交流电机的目的。根据用途不同，则PMSM所选用的控制策略也不尽相同，例如直接转矩控制（Id = 0控制）；最大转矩电流比控制；最大输出功率控制等。采用高速电动机控制专用DSP、嵌入式实时软件操作系统，使变频器获得高起动转矩、高过载能力，这是现代永磁同步电机矢量控制的发展趋势。
2 无传感器技术的概述
无传感器控制技术[2]指抛开传统的在电机中安装传感器的做法，利用电机的数学模型，通过检测易于测量的电机的电信号来实现对于PMSM的矢量控制。近年来该技术取得了长足的发展，涌现出了许多行之有效的控制策略，不但提高了可靠性、稳定性，并应用到了实际生产中去。
3 无位置传感器技术的发展
随着高速DSP芯片技术的的发展，使得PMSM的无传感器控制技术已经从理论研究进入到实际应用阶段成为了可能。目前无传感器技术的难点在于转子初始位置的检测，通过对电机电气参数的检测无法计算出转子的实际初始位置，只有在电机开始旋转后，估计值才能跟上实际值，这是它相比于实际传感器的一个必须要解决的问题。此外，应用无传感技术的电机系统，启动和低速运转时还存在有一些亟待解决的问题。
4 无位置传感器技术的控制策略
上文已经对PMSM矢量控制理论、无传感器技术及其发展进行了介绍与分析。永磁同步电动机无传感器控制策略主要有以下几种[3-5]：
（1）直接计算法
利用PMSM的数学模型，根据电机的实际参数进行推导，就求得转子实际转速与位置。该算法易于受到电机参数变化的影响，应用较少。
（2）自适应观测器
自适应观测器主要是采用电机的数学模型来估计电机的状态，并且该估计状态要不断连续的通过反馈校正方式进行校正，最终实现对非线性动态系统的状态和参数进行实时观测。
（3）高频注入方法
这种方法只能用于凸极式永磁同步电动机（IPMSM），它是利用了该电机的凸极效应与转子位置的对应关系，来取得转子的位置和转速。具体有脉动高频电压信号注入法和旋转高频电压信号注入法两类。
（4）卡尔曼滤波器
卡尔曼滤波是针对线性系统而提出来的，PMSM的数学模型具有较强的非线性，不能直接应用该方法。常用的方法是将该模型线性化，使用扩展卡尔曼滤波算法，通过测量电机的电信号进行电机转子速度与转子位置的估计。该算法在电机额定速度运行时可能出现较大误差，而且在低速负载转矩时不能有效估计，计算量大也是其主要缺点。
（5）基于人工智能的无传感器控制方法
将人工智能应该到无传感器控制中最常用的技术就是模糊控制与神经网络的结合，它们不需要系统精确的数学模型，并且可被应用于非线性系统。
（6）滑模变结构观测器
滑模变结构观测器主要是用于定子磁通估计，观测器在低速使用电压-电流组合模型，而在高速时切换成电压模型。旋转高频电压注入方案用于获得低速运行时的转子位置。此外，转子速度是通过动态调整算法利用所估计定子磁通速度来进行估计。该方法对于电机参数变化具有很好的鲁棒性，而抖动现象则是其主要缺点。
5 结语
当前，各种无传感器控制技术在应对永磁同步电动机中高速运行时都具有较好的控制效果，而对于低速运行则不尽如人意，存在着各种问题，尤其是启动问题，这都待进一步的研究和开发。
参考文献：
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