工业机器人对于工厂的高效率生产有着非常重要的意义， 运动控制系统作为机器人控制技术的核心内容，直接关系到机器人的整体运动性能，因此机器人关节运动控制系统的研究首要任务就是对电动机运动控制的研究。伺服电动机至今有四十多年历史，主要经历三个发展阶段：以步进电动机驱动的液压伺服马达为中心的第一发展阶段。第二发展阶段是直流伺服电动机，由于直流电动机具有优良的调速系统，很多高性能驱动装置采用直流电动机。伺服电动机发展的第三阶段是80年代至今，由于伺服电动机结构及其控制材料、控制技术的突破性发展，出现了方波驱动的直流无刷伺服电动机，正弦波驱动的交流伺服电动机。永磁电动机与交流异步电动机及直流电动机相比有体积小、重量轻和功率密度高等特点。非常适合机器人关节运行。永磁同步电动机分为两类，即方波驱动的直流无刷伺服电动机（BLDCM），正弦波驱动的交流伺服电动机（PMSM）。PMSM的控制方法灵活，转矩波动小，所以近几十年来，永磁同步电动机（PMSM）已广泛应用于多种能源工业，如石油抽油机，鼓风机和压缩机等。且 PMSM相对于其他旋转机器的主要优点在于其高功率密度，易维护和高可靠性。 然而，如此大量的PMSM会消耗很大电量，高效的控制和驱动系统被设计可以节省约为20％至30％的全球总电力。要实现此控制方法，准确估计转子速度和PMSM的位置是必要的，这需要转子速度和位置传感器。机械传感器通常包括旋转变压器，编码器和霍尔效应传感器。 但是，使用传感器增加了PMSM的成本和数量。 此外，机械传感器对环境约束敏感，例如振动和温度，从而限制了它们在苛刻的应用环境和降低控制可靠性。 因此无位置传感器控制的研究对于能源的节约，日常生产生活都有着非常重要的意义。

20世纪七十年代起，国外学者们展开了对无位置传感器控制的研究。早期无位置传感器多为波形检测法，后经国外多机构多学者的多方位研究，提出了对PMSM无位置传感器控制的多种设想，并加以实现。威斯康新大学的R.D.Lorenz教授及他的合作团队于1993年提出了高频信号注入的方法来实现永磁同步电动机的无位置传感器控制，取得了许多创新性成果。德国伍珀塔尔大学的Joachim Holtz教授也致力于高频注入信号的永磁同步电动机无位置传感器控制的研究。韩国的Seung-Ki Sul教授自1995年就开始发表无传感器控制方面的研究，在多种电机上使用多种方式去进行尝试。意大利Alfio Consoli,,澳大利亚的M.F.Rahman教授等都对PMSM的无位置传感器进行研究。国内浙江大学的贺益康教授对无位置传感器控制方面有细致的研究。

从国内外研究来看，到目前，没有一个成熟的控制策略，能够在全速范围内对电机转速和转矩位置进行精确估算。当电机处于低速时，无法利用反电动势来估算位置，因此多利用电机凸级效应来估算转速及转子位置。当电机运行在中高速以上区域，由于基于电机非理想特性的转速估算方案本身特点的限制，无法准确估算转速及转子位置。

2. 研究的基本内容与方案

研究内容

（1）研究目标

在对工业机器人关节驱动的发展历史与现状调研的基础上，设计一关节电驱动系统，采用永磁同步电机控制，提出无位置传感器控制方案，完成系统主电路和控制电路设计，实现关节驱动。.利用MATLAB中的similink建立系统仿真，分析比对波形.根据波形对系统进行改进，完成对课题的研究。

（2）方案的选择

无位置传感器控制技术不在运用机械传感器而是采用智能方法对转子位置进行预测。永磁同步发电机无位置传感器控制分为高频注入法、基于电机基波模型的方法及采用滑膜观测器的控制方法等，如图一。本文研究基于滑膜观测器的永磁同步电动机的控制技术。以此实现对工业机器人关节的驱动控制。

图一控制方法分类