文 献 综 述

一、课题的研究背景：

世界上诞生的第一台电机就是永磁电机。与传统的电励磁同步电机相比，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率高，以及电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点。近年来，随着材料技术的不断发展，永磁材料性能的不断提高，以及永磁电机控制技术的不点成熟，PMSM已经在民用、航天和军事等领域得到了广泛应用。然而，PMSM是一个多变量、强耦合、非线性和变参数的复杂对象，为了获得较好的控制性能，需要对其采用一定的控制算法。随着现代控制理论的不断发展，近年来有关PMSM控制算法的研究已经成为研究热点，并已有大量文献发表在国内外学术期刊和专著上。

在高性能的电机调速系统中，必须对电机转速进行准确的检测。通常使用以下两种方式获得电机转速信息：直接检测方式，也称有速度传感器方式，是指在电机转子轴上安装机械传感器来检测电机转速。安装机械速度传感器会使系统成本增加，并且增加电机的体积：此外，机械装置容易损坏、不易维护，因此人们一直在寻求一种可替代机械速度传感器的方法。间接检测方式，也称无速度传感器方式，是利用较易获得的电机物理量来计算电机转子位置和转速。无速度传感器算法可以取代电机的机械速度传感器，实现高效的转速闭环控制。该方式可有效的解决速度传感器带来的一系列缺点，因此无速度传感器的研究必将成为电机控制的一热点。

目前永磁同步电机的主要控制方法有恒电压/频率比控制、直接转矩控制和矢量控制。矢量控制是通过控制逆变器输出的三相电流来达到控制电机电磁转矩的。电机实际定子三相电流是受电机转子位置控制的，转子位置可保证电机三相电流形成的电枢电流与转子定向方向（d轴）垂直、实际I_q电流与给定I_qref相等，电机可产生平稳的电磁转矩。与采用矢量控制控制的感应电机相比，逆变器不需为永磁同步电机转子提供无功电流，减小了逆变器的容量。定子电流全部作为有功电流来产生电磁转矩。矢量控制技术是利用坐标变换理论将电机的三相交流电流转换为电机实际需要的转矩电流与励磁电流。前馈型矢量控制策略具有结构相对简便、性能良好等优点，目前交流伺服控制中该方法使用较为广泛。本课题主要研究的就是永磁同步电机的无速度传感器矢量控制。

二、课题的主要内容：

永磁同步电机的简单分类：永磁同步电机根据转子结构的不同可分为隐极式和凸极式两种，后者由于磁路的特点和磁阻转矩的存在，相比前者具有更佳的弱磁能力及更高的转矩电流比，因而更适用于电动车驱动。但是凸极式永磁同步电机由于等效气隙较小，交直轴电感参数随负载电流变化显著，对控制算法要求较高。永磁同步电机的交流伺服系统是一种非线性、高阶以及强耦合的系统，所以控制理论支撑了其永磁交流伺服系统的发展。

无传感器技术主要分为零速及低速情况和中高速情况。其中前者有高频信号注入法，后者有磁链估计法、MRAS法、状态观测器法、卡尔曼滤波法、基于人工智能理论的估计算法。基于以上适用于低速、零速和适用于中高速的两大类方法，目前更多的学者开始结合两种方法进行同步电机全速范围的研究，即复合控制方法。复合控制方法就是将适用于低速、零速和适用于中高速这两种方法结合起来，能够实现在全速范围的速度调节，这是目前以及未来无传感器控制技术领域最活跃的方向。目前主要采用复合式的无位置传感器控制技术来达到对电机全速域均可预估。

目前，随着永磁同步电机在各种不同场合的应用，其矢量控制技术也均各有不同。主要有以下各种方法：恒磁链控制技术、最大转矩控制技术、弱磁控制技术、i_d=0控制技术、最大输出功率控制技术。

就三相逆变器而言，若使用电压空间矢量脉宽调制((SVPWM)方式，其母线电压利用率将比SPWM调制高出15%。在同样的谐波标准下，SVPWM调制方式可减小开关频率，因此降低了开关损耗。交流电机若要稳定运行，需要一个圆形旋转磁场。三相两电平逆变器的八个基本电压矢量在空间形成六个扇区，通过SVPWM算法可将每个扇区等分成N块，即形成了边数为6N (6,12,18,24...)的多边形磁链，N足够大则可保证磁链轨迹足够接近一个圆。在DSP, FPGA等数字化芯片中可以方便的实现SVPWM, SVPWM调制在实际电机控制中应用最为广泛。