李華陽(yáng)，王 濤，林環(huán)城，龔黎明，陳金濤，諸自強(qiáng)

(1.浙江大學(xué)，浙江杭州 310027;2.威靈電機(jī)(上海)研發(fā)中心，上海 201203)

0 引 言

永磁同步電機(jī)具有轉(zhuǎn)矩/功率密度高、效率高、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景，研究其高性能控制十分必要。轉(zhuǎn)子的位置信息對(duì)永磁同步電機(jī)的控制精度起決定性作用，雖然常用的位置傳感器可以精確獲取轉(zhuǎn)子位置，但是增加了體積、成本，降低了可靠性，因而越來(lái)越多的研究著眼于無(wú)位置傳感器控制［1－6］。

基于反電勢(shì)的無(wú)位置傳感器控制利用電機(jī)數(shù)學(xué)模型和測(cè)得的電機(jī)參數(shù)計(jì)算繞組反電勢(shì)，并以此估計(jì)轉(zhuǎn)子位置。這類方法包括反電勢(shì)估算法［1，7］、磁鏈估算法［8］、模型參考自適應(yīng)估算法［9］、擴(kuò)展卡爾曼濾波器估算法［10］等。以上方法動(dòng)態(tài)性能較好，但都依賴于電機(jī)參數(shù)，并且在低速、零速時(shí)電機(jī)反電勢(shì)很小或?yàn)榱悖瑢?dǎo)致估算誤差很大甚至無(wú)法估計(jì)。

高頻信號(hào)注入法則利用永磁同步電機(jī)的凸極效應(yīng)，向電樞注入高頻激勵(lì)信號(hào)并解調(diào)電樞電流響應(yīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)，對(duì)電機(jī)參數(shù)依賴小，可用于低速甚至零速控制［1－5，11－13］。此外，載波頻率成分法也利用電機(jī)的凸極效應(yīng)，原理上與高頻注入法同屬一類，但其無(wú)需外加高頻激勵(lì)，而是利用逆變器本身的載波頻率成分來(lái)獲取電機(jī)位置信息［14］。

此外，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也對(duì)其他檢測(cè)方法進(jìn)行了研究，如磁極各向異性法(Magnetic Anisotropy Method)利用磁極材料的各向異性，從不同方向注入電壓，獲得包含轉(zhuǎn)子位置信息的電流響應(yīng)［15］。該方法無(wú)需利用電機(jī)的凸極效應(yīng)，但實(shí)現(xiàn)難度較大。

以上方法中，研究最為深入的當(dāng)屬高頻信號(hào)注入法。本文著重介紹脈振［2－5］和旋轉(zhuǎn)［1］這兩種高頻信號(hào)注入的原理，詳細(xì)分析多種誤差來(lái)源，闡述安全運(yùn)行區(qū)域(SSOA)的概念［16］，并從電機(jī)本體及驅(qū)動(dòng)控制方面介紹減小誤差的方法，最后綜合多種控制方法展望了無(wú)位置傳感器電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。

1 永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制原理

1.1 永磁同步電機(jī)矢量控制

永磁同步電機(jī)根據(jù)永磁體的安裝方式不同可分為面裝式、嵌入式和內(nèi)置式等。在嵌入式和內(nèi)置式永磁同步電機(jī)中，由于d、q軸磁路的不對(duì)稱，使電機(jī)產(chǎn)生凸極效應(yīng)，凸極率較大。而面裝式同步電機(jī)中由于永磁磁路的不對(duì)稱，導(dǎo)致d、q軸磁路飽和不同，從而可產(chǎn)生較小的凸極率。

矢量控制就是通過(guò)坐標(biāo)變換，將電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下等效為一臺(tái)直流電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的解耦控制。激磁電流分量id和轉(zhuǎn)矩電流分量iq的不同組合可形成不同的矢量控制方法，包括:id=0控制、定子電流最小控制(Maximum Torque Per Ampere，MTPA)、最大功率因數(shù)控制以及恒磁鏈控制。永磁同步電機(jī)控制中常采用前兩種方法，其中id=0控制實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，MTPA控制可以有效利用磁阻轉(zhuǎn)矩，提高電機(jī)轉(zhuǎn)矩/功率密度。

1.2 脈振和旋轉(zhuǎn)高頻注入法介紹

目前高頻注入法多用于低速或零速，此時(shí)反電勢(shì)很小或不存在，對(duì)于注入的高頻信號(hào)，永磁同步電機(jī)可以純電感負(fù)載，電機(jī)模型如下［17］:

式中:vdh、vqh、idh、iqh分別是在 d － q 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中d軸和q軸的電壓和電流高頻分量。Ldh、Lqh分別為電機(jī)d軸和q軸的增量電感，Ldqh、Lqdh反映電機(jī)的交、直軸交叉飽和影響，二者近似相等。

1.2.1 脈振高頻注入法

在估計(jì)的de－qe同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，有:

式(2)中:上標(biāo)e用來(lái)標(biāo)識(shí)估計(jì)的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的量。式(3)是實(shí)際d－q坐標(biāo)系到估計(jì)de－qe坐標(biāo)系的變換矩陣，Δθ為兩坐標(biāo)系的夾角。式(2)、式(3)聯(lián)立求解，得到:

式中:

Lsa、Lsd分別表示電機(jī)d、q軸增量電感的共模、差模分量，交叉飽和角θm用以表征電機(jī)的交叉飽和程度［18］。

脈振注入法通過(guò)向de軸或qe軸注入高頻脈振電壓，獲得包含轉(zhuǎn)子位置誤差信息Δθ的電流響應(yīng)，以de軸注入為例:

式中:Vi、ωi、φ分別表示注入高頻電壓的幅值、角頻率和初始相位。

圖1 脈振高頻電壓注入法矢量控制系統(tǒng)

圖1為脈振高頻注入矢量控制框圖。由式(7)可知de、qe軸響應(yīng)電流中都包含轉(zhuǎn)子位置誤差信息，當(dāng)估算位置誤差為零時(shí)，qe軸高頻電流的幅值為零。qe軸檢測(cè)電流中，注入頻率段的高頻電流信號(hào)可使用帶通濾波器(BPF)得到，再通過(guò)幅值解調(diào)得到位置觀測(cè)器的輸入信號(hào) iΔθ，如下［19］:

當(dāng)Δθ很小時(shí)，近似認(rèn)為iΔθ與Δθ成正比。進(jìn)而通過(guò)調(diào)節(jié)iΔθ使之趨于零，使得轉(zhuǎn)子位置估計(jì)值θ^r收斂于真實(shí)值。對(duì)進(jìn)行時(shí)間微分，可以獲得轉(zhuǎn)子角速度。

1.2.2 旋轉(zhuǎn)高頻注入法

旋轉(zhuǎn)高頻注入法通過(guò)在靜止坐標(biāo)系下向電機(jī)注入高頻旋轉(zhuǎn)電壓，獲得包含轉(zhuǎn)子位置信息的電流響應(yīng)。在兩相靜止坐標(biāo)系下:

注入電壓及響應(yīng)電流如下:

由式(13)看出，正序分量與注入的高頻電壓同方向旋轉(zhuǎn)，負(fù)序分量包含轉(zhuǎn)子位置信息，沿注入的高頻電壓反方向旋轉(zhuǎn)。將響應(yīng)電流變換到d－q坐標(biāo)系有:

可見(jiàn)在d－q坐標(biāo)下，響應(yīng)電流矢量軌跡為一個(gè)橢圓。

圖2為旋轉(zhuǎn)高頻注入法矢量控制系統(tǒng)框圖。為了提取高頻響應(yīng)電流負(fù)序分量中所包含的轉(zhuǎn)子位置信息，首先使用帶通濾波器(BPF)濾得高頻響應(yīng)電流，再采用同步軸系高通濾波器(Sychronous Reference Frame Filter，SRFF)濾得其中的負(fù)序分量in。

圖2 旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法矢量控制系統(tǒng)

濾去無(wú)關(guān)信號(hào)后，可得到相位由轉(zhuǎn)子位置調(diào)制的旋轉(zhuǎn)電流矢量，再利用轉(zhuǎn)子位置跟蹤觀測(cè)器估算出轉(zhuǎn)子位置。為了提高跟蹤精度，應(yīng)先通過(guò)坐標(biāo)變換把旋轉(zhuǎn)電流矢量變換到一個(gè)與注入高頻電壓信號(hào)同速反向旋轉(zhuǎn)的參考軸系中，然后采用能夠?qū)崿F(xiàn)相角調(diào)制的外差算法解調(diào)空間凸極調(diào)制的負(fù)序分量，此時(shí)矢量角誤差表示:

這樣，通過(guò)調(diào)節(jié)iΔθ使之趨于零，就可以使轉(zhuǎn)子位置估計(jì)值收斂于真實(shí)值。

1.3 兩種注入法的比較

兩種方法都能在中低速范圍內(nèi)有效檢測(cè)轉(zhuǎn)子空間位置，許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究比較，結(jié)果表明采用脈動(dòng)高頻電壓信號(hào)注入的轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，跟蹤精度高，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能更好，適合于凸極率較小的面裝式永磁同步電機(jī);采用旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入的轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)系統(tǒng)較為復(fù)雜，轉(zhuǎn)子估算角度需要做相應(yīng)補(bǔ)償，而且轉(zhuǎn)子位置信息提取過(guò)程的算法對(duì)其系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響較大，電機(jī)需有較高的凸極率作為外部條件［19］。

此外，要實(shí)現(xiàn)高頻注入的無(wú)位置傳感器控制，還需檢測(cè)轉(zhuǎn)子的初始位置并判斷磁極極性，一般可向永磁體正反方向分別注入高頻信號(hào)，利用鐵磁材料的磁化飽和特性所造成的d軸電感不同加以實(shí)現(xiàn)。

2 誤差分析及補(bǔ)償

2.1 交叉飽和的影響與補(bǔ)償

交叉飽和現(xiàn)象是指d、q軸磁路之間的相互耦合。電機(jī)在正常工作條件下，為了獲取較高的功率密度，磁路常工作在臨界飽和狀態(tài)，這就會(huì)引起顯著的交叉飽和，可以用Ldq或交叉飽和角θm來(lái)表征交叉飽和的程度。

從式(7)和式(13)可以看出，對(duì)于兩種高頻信號(hào)注入方式，其結(jié)果都會(huì)因交叉飽和現(xiàn)象產(chǎn)生誤差，且誤差都為［20］:

由式(5)可見(jiàn)θm與交直軸互感Ldqh、半差電感Lsd有關(guān)。有文獻(xiàn)針對(duì)一種內(nèi)置式永磁同步電機(jī)，繪制了如圖3所示的電感變化曲線，可用來(lái)分析交叉飽和隨工作點(diǎn)的變化情況［21］。

圖3 內(nèi)置式PMSM電感變化曲線［21］

圖3中左、右兩邊分別表示電機(jī)增量電感Ldh、Lqh(對(duì)應(yīng)于圖中的 Ld、Lq)隨基波電流 id、iq的變化情況。可以看出 Ldh隨id的增加略有下降，而Lqh隨iq的增加迅速下降，因此隨著負(fù)載的增加，電機(jī)凸極率和半差電感Lsd迅速減小，θm隨之發(fā)生變化。圖中曲線簇反映交直軸互感Ldqh和Lqdh的變化情況，從右半圖可以看出，輕載時(shí)Lqh受id的影響較大，重載時(shí)影響變小，左半圖也有類似規(guī)律，可見(jiàn)交直軸互感隨電機(jī)工作點(diǎn)不同而改變。綜上所述，交叉飽和角θm受電機(jī)工作點(diǎn)影響，且對(duì)于不同磁路結(jié)構(gòu)的電機(jī)，其變化規(guī)律并不完全一致。

由于θm隨工作點(diǎn)變化情況尚無(wú)精確模型，因此交叉飽和的誤差補(bǔ)償無(wú)法從理論上給出，只能基于實(shí)驗(yàn)或仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行。查表法是目前較為成熟的補(bǔ)償方法，在實(shí)驗(yàn)或仿真中通過(guò)以一定的步長(zhǎng)增加id、iq，事先獲得不同工作點(diǎn)下的補(bǔ)償角構(gòu)成表格，進(jìn)而檢測(cè)當(dāng)前工作點(diǎn)并調(diào)用表格實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。但是補(bǔ)償角度的獲取需要繁瑣的實(shí)驗(yàn)或仿真計(jì)算，同時(shí)受制于表格容量，該方法并不能實(shí)現(xiàn)精確補(bǔ)償，此外當(dāng)轉(zhuǎn)子受到外界干擾大幅偏離原位置時(shí)，補(bǔ)償角的計(jì)算就會(huì)出現(xiàn)很大的偏差。因此相比交叉飽和的補(bǔ)償，從電機(jī)本體設(shè)計(jì)根本上減小交叉飽和現(xiàn)象更具實(shí)際意義［21］。

2.2 采樣量化誤差分析及SSOA的提出

基于高頻注入的無(wú)位置傳感器控制中，轉(zhuǎn)子位置信息包含在高頻響應(yīng)電流中，因此電流采樣的誤差會(huì)直接影響控制系統(tǒng)的精度。對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，電流采樣信號(hào)需經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后才能使用，然而實(shí)際的AD轉(zhuǎn)換器都受分辨率限制，勢(shì)必帶來(lái)一定的量化誤差，需要加以研究。對(duì)于N位的AD轉(zhuǎn)換器，假定其滿量程對(duì)應(yīng)的電流范圍為2Ip，則其最小分辨率:

則其量化誤差可表示:

三相電流采樣的綜合量化誤差矢量如下，其可形成八個(gè)空間矢量(含兩個(gè)零矢量)。

對(duì)于旋轉(zhuǎn)高頻注入，考慮最壞情況，即當(dāng)綜合量化誤差矢量與高頻響應(yīng)電流負(fù)序分量垂直時(shí)，量化誤差造成的位置估計(jì)誤差角:

對(duì)于脈振高頻注入，同樣考慮最壞情況，即綜合量化誤差矢量位于q軸(僅考慮d軸注入)，穩(wěn)態(tài)時(shí)量化誤差造成的位置估計(jì)誤差角同樣如式(20)所示。

從式(20)可以看出，當(dāng) In太小時(shí)，ΔθAD過(guò)大，這會(huì)嚴(yán)重影響電機(jī)控制效果，甚至導(dǎo)致電機(jī)無(wú)法運(yùn)行。為了深入研究量化誤差對(duì)電機(jī)運(yùn)行的影響，文獻(xiàn)［16］提出了SSOA(Sensorless Safety Operation Area)的概念。

圖4中深色區(qū)域即為SSOA。根據(jù)設(shè)定的最大量化誤差角ΔθAD，由式(8)和式(20)可求出負(fù)序電感Ln的最大值，該值與電機(jī)額定電流(圖4中虛線圓所示)共同決定了SSOA的邊界。圖中粗實(shí)線反映的是MTPA控制策略的電流軌跡。為了保證控制精度，該軌跡應(yīng)該全部位于深色區(qū)域內(nèi)。

圖4 SSOA區(qū)域示意圖［16］

由式(8)和式(20)，SSOA區(qū)域會(huì)隨著高頻注入電壓的增加而擴(kuò)大，因而SSOA區(qū)域可以指導(dǎo)高頻注入電壓的選取。又由式(5)可知，交叉飽和效應(yīng)減小了Ln，也擴(kuò)展了SSOA區(qū)域，可以增加電機(jī)的無(wú)位置傳感器運(yùn)行區(qū)域［16］。

2.3 濾波器誤差分析

兩種高頻信號(hào)注入法都需要對(duì)電機(jī)采樣電流進(jìn)行濾波處理，脈振注入法的位置提取需要使用BPF，如圖1所示;旋轉(zhuǎn)注入需要使用BPF和SRFF，如圖2所示。由于濾波器的非理想特性，濾波環(huán)節(jié)將產(chǎn)生一定的相位滯后，使得估計(jì)轉(zhuǎn)子位置角滯后于真實(shí)位置角，影響控制效果。此外，在電機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況下，還會(huì)受外界干擾產(chǎn)生噪聲信號(hào)，需要在使用濾波器時(shí)加以考慮。針對(duì)濾波器影響，文獻(xiàn)［22］提出可以采用卡爾曼濾波器加以改善?？柭鼮V器波是一種對(duì)非線性系統(tǒng)的隨機(jī)觀測(cè)器，它采用數(shù)學(xué)上的遞歸算法，通過(guò)對(duì)已測(cè)得的數(shù)值進(jìn)行插值計(jì)算，可以獲得當(dāng)前甚至未來(lái)系統(tǒng)狀態(tài)的最優(yōu)估計(jì)值，減少與真實(shí)值的誤差。同時(shí)，應(yīng)用卡爾曼濾波器可以對(duì)外界干擾產(chǎn)生的噪聲信號(hào)進(jìn)行濾除，這種對(duì)噪聲信號(hào)的抑制在旋轉(zhuǎn)高頻注入和脈振高頻注入時(shí)均有效果。

文獻(xiàn)［23］采用有限沖擊響應(yīng)濾波器(FIR)，這便于補(bǔ)償由濾波引起的相位滯后，進(jìn)而提高控制精度。高頻注入無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)中，針對(duì)濾波器所產(chǎn)生的相位滯后，不同轉(zhuǎn)速下所需要的補(bǔ)償角度是不相同的。與卡爾曼濾波器不同的是，有限沖擊響應(yīng)濾波器易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)，且估算角度的滯后與電機(jī)轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，便于補(bǔ)償，從而改善控制效果。

2.4 多重凸極效應(yīng)

以上分析都是基于電機(jī)的單凸極模型推導(dǎo)而來(lái)，然而實(shí)際電機(jī)中存在多重凸極，按性質(zhì)可劃分為三類:靜態(tài)凸極、依賴轉(zhuǎn)子位置的凸極、依賴磁通位置的凸極。靜態(tài)凸極位置固定，一般由繞組不對(duì)稱或轉(zhuǎn)子偏心造成;依賴轉(zhuǎn)子位置的凸極隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，一般由凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)或定轉(zhuǎn)子開(kāi)槽造成;依賴磁通位置的凸極隨磁通旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，由磁路飽和造成。

當(dāng)注入高頻電壓時(shí)，每個(gè)凸極都能產(chǎn)生相應(yīng)的高頻響應(yīng)電流矢量，這些矢量疊加使得多重凸極下轉(zhuǎn)子磁極位置估計(jì)更加復(fù)雜。文獻(xiàn)［24］通常通過(guò)建立多重凸極模型或使用多重凸極解耦觀測(cè)器來(lái)減小多重凸極引起的位置估計(jì)誤差。但更好的做法是在電機(jī)本體設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)改善電機(jī)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化電機(jī)磁路來(lái)削弱多重凸極。

3 電機(jī)本體設(shè)計(jì)

3.1 電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電機(jī)本體直接決定了電機(jī)凸極率，合理優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu)可以減弱交叉飽和與多重凸極效應(yīng)，利于實(shí)現(xiàn)高頻注入無(wú)位置傳感器控制。

從轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)來(lái)看，相比面裝式電機(jī)而言，內(nèi)置式和嵌入式電機(jī)凸極率更大。一般內(nèi)置式電機(jī)在低負(fù)載時(shí)相對(duì)于嵌入式電機(jī)具有更大的凸極率，但是負(fù)載增加時(shí)，內(nèi)置式電機(jī)轉(zhuǎn)子更快進(jìn)入飽和，可能導(dǎo)致凸極率急劇降低［21，25］。總之，在高頻注入無(wú)位置傳感器控制中，電機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵?？紤]到電機(jī)的其他性能，下面針對(duì)內(nèi)置式電機(jī)，就其結(jié)構(gòu)對(duì)高頻信號(hào)注入的影響及相應(yīng)設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。

圖5是內(nèi)置式V型結(jié)構(gòu)磁路示意圖。轉(zhuǎn)子磁路設(shè)計(jì)需要遵循以下原則:q軸磁路不易飽和，以維持一定凸極率;d、q軸公共磁路需要足夠大，以防止交叉飽和。V型永磁體放置需要通過(guò)隔磁橋手段減小漏磁，提高永磁體利用率，并且保證q軸磁路不飽和。圖5的隔磁橋設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，應(yīng)使其工作在飽和狀態(tài)，以保證d軸電感較小，進(jìn)而獲取較大的凸極率，同時(shí)隔磁橋工作在飽和狀態(tài)還能抑制d、q軸間的交叉飽和。由于隔磁橋的飽和程度會(huì)嚴(yán)重影響電機(jī)的特性，結(jié)合圖3的內(nèi)置式電機(jī)電感變化曲線，應(yīng)保證足夠大的永磁磁通，或控制時(shí)適當(dāng)加入d軸反向電流，以使隔磁橋更加飽和，從而保證高頻注入法檢測(cè)位置的準(zhǔn)確度［25］。

圖5 永磁同步電機(jī)磁路示意圖

因此，在電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)借助軟件工具進(jìn)行仿真，結(jié)合電機(jī)控制的要求，選擇最優(yōu)的幾何設(shè)計(jì)，可使電機(jī)凸極率高且交叉飽和現(xiàn)象不嚴(yán)重，從而增強(qiáng)高頻注入無(wú)位置傳感器控制的可行性。

3.2 電機(jī)凸極率測(cè)量

電機(jī)凸極率對(duì)于高頻注入永磁同步電機(jī)控制起關(guān)鍵作用。普通電機(jī)凸極率信息都通過(guò)電機(jī)交、直軸電感的測(cè)量或有限元分析獲得，文獻(xiàn)［18］提出了一種實(shí)驗(yàn)測(cè)量電機(jī)凸極程度的方法，其不依賴電機(jī)參數(shù)。

該方法的基本思路是固定轉(zhuǎn)子不動(dòng)，向以一定速率旋轉(zhuǎn)的de－qe坐標(biāo)系的de軸注入高頻脈振電壓，由式(8)可以得到響應(yīng)電流Ip、In，如圖6所示。

圖6 電機(jī)凸極率表征圖［18］

In的大小即圖6中圓的大小，反映著電機(jī)凸極率，半徑越大，說(shuō)明電機(jī)凸極率越高。通過(guò)改變基波電流工作點(diǎn)，可以得到不同負(fù)載狀態(tài)下的電機(jī)凸極率表征圖，進(jìn)一步可以得到電機(jī)的SSOA區(qū)域，十分便捷，不依賴電機(jī)參數(shù)。

4 高頻注入法無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)研究展望

高頻注入法目前常用于低速或零速，這是由于其誤差來(lái)源較多且數(shù)字運(yùn)算復(fù)雜，高速時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，其控制效果相比其它無(wú)傳感器控制方法并不理想，故高速時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用其它方法。因而對(duì)于電機(jī)全速范圍內(nèi)的控制，研究高頻注入法與其他無(wú)位置傳感器控制方法的結(jié)合、切換十分必要。

文獻(xiàn)［23］、［26］提出高頻注入法與模型參考自適應(yīng)法、滑模觀測(cè)器法、反電勢(shì)估算法等相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的全速范圍高效運(yùn)行。這些復(fù)合算法都需要設(shè)計(jì)切換原則，以避免過(guò)渡區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)子速度和位置信號(hào)跳變。一般可以采用加權(quán)的辦法，在過(guò)渡區(qū)內(nèi)逐漸改變兩種算法的權(quán)重，使控制方法平穩(wěn)過(guò)渡［26］。

永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制涉及多種變量，同時(shí)各變量間強(qiáng)烈耦合，因而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真時(shí)應(yīng)盡量逼近電機(jī)的真實(shí)模型。文獻(xiàn)［27］提出了場(chǎng)路耦合法，建立電機(jī)三維電磁場(chǎng)和高頻注入法無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)相結(jié)合的仿真模型，采用時(shí)步法的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)場(chǎng)路結(jié)合的求解方式，可深入研究電機(jī)系統(tǒng)各部分間的相互耦合關(guān)系。

總之，高頻注入法的理論研究已經(jīng)比較深入，高頻注入與其它方法的結(jié)合以及無(wú)位置傳感器控制電機(jī)系統(tǒng)一體化是當(dāng)前的熱點(diǎn)問(wèn)題，需要進(jìn)一步深入研究。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)永磁同步電機(jī)高頻注入法無(wú)位置傳感器控制進(jìn)行了綜述。介紹了脈振和旋轉(zhuǎn)高頻信號(hào)注入的原理，闡述了交叉飽和、AD采樣量化誤差、濾波器相位滯后、多重凸極等帶來(lái)的不利影響及相應(yīng)補(bǔ)償措施，并對(duì)適用高頻注入的電機(jī)本體設(shè)計(jì)進(jìn)行了專門介紹，最后展望了高頻注入無(wú)位置傳感器電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。

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