王慶龍,張興,張崇巍,王敬生

(1.合肥學院 電子信息與電氣工程系,安徽 合肥 230601;2.合肥工業(yè)大學 電氣與自動化工程學院,安徽 合肥 230009)

1 引言

自從20世紀70年代以來,無速度傳感器的高性能交流電機驅動系統(tǒng)一直受到國際電氣傳動界的普遍關注,這項可控驅動技術在工業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟上具有很大的吸引力,減少硬件的復雜性和降低成本是其中最明顯的兩項。其次,減少傳動機構的尺寸、清除傳感器電纜、更好地避免噪音、提高可靠性、減少對維護的需求。此外,在有害環(huán)境中工作常常需要強制采用無速度傳感器的電動機[1～3]。

文獻[1]總結了無速度傳感器控制方法,并歸納成兩大類6種方法:

1)基于電動機的基波模型,包括開環(huán)模型和閉環(huán)觀測器;

2)利用電機的各向異性性質(zhì)如轉子槽諧波、主電感飽和、人為的凸極、轉子槽漏磁。

早期的關于交流電機無傳感器控制的文獻可以追溯到1975年,文獻[4]描述了一種恒壓頻比方案,采用轉差估計器從已知的定子頻率信號中導出機械角速度。自從文獻[5]提出了不帶速度傳感器的矢量控制驅動系統(tǒng)以來,產(chǎn)生了一大批各有特色的交流驅動無傳感器控制方法[1,2,5～10]。

近年來,對于交流電機無速度或位置傳感器驅動技術的研究更加深入。盡管取得了很大的進展,但極低速穩(wěn)定運行仍然存在問題[1,2,6]。對于該技術存在的大量文獻進行恰如其分的比較分析存在困難,原因在于至今還沒有一種為大家所承認的標準的無速度傳感器控制系統(tǒng)。論文給出了近年來文獻中提高交流電機無傳感器低速控制性能的若干解決方案的要點及一些在無傳感器條件下觀測的結果并進行了分析,從而對進一步研究提出可能新穎的建議。

2 基于電機基波模型的方法

無論是開環(huán)計算轉速,還是閉環(huán)的觀測器構造轉速,都是以交流電機的動態(tài)數(shù)學模型為基礎。在研究動態(tài)數(shù)學模型時所做的基本假設是:電機氣隙表面均勻,磁動勢和磁通密度沿氣隙周圍按正弦規(guī)律分布,忽略空間諧波和其它次要因素等,因此這個模型僅是基波模型。

2.1 模型參考自適應系統(tǒng)MRAS

模型參考自適應系統(tǒng)(MARS,model reference adaptive system)法是由Schauder C.首次提出的[11],也是首次基于穩(wěn)定性理論設計交流電機轉速的辨識方法,狀態(tài)和速度的漸近收斂性由Lyapunov方程和Popov超穩(wěn)定性理論保證。其主要思想是將含有待估計參數(shù)的方程作為可調(diào)模型,將不含未知參數(shù)的方程作為參考模型,兩個模型具有相同物理意義的輸出量,利用兩個模型輸出量的偏差根據(jù)一定自適應律來實時調(diào)節(jié)可調(diào)模型的參數(shù)[12]?；镜腗RAS框圖如圖1所示。

圖1 基本的MRAS框圖Fig.1 Schematic of basic M RAS

在基于工業(yè)應用開發(fā)的初期,Schauder[11]將MRAS方法應用于1臺交流感應電機,在定子頻率為2 Hz以上獲得了良好性能。文獻[13]提出了一種具有較好性能的轉矩型MRAS。通過一個與轉子時間常數(shù)匹配的滯后電路,可以減小電機參數(shù)尤其是定子電阻的影響,并給出了在1臺印刷機上的應用情況,在0.1%額定速度時可以穩(wěn)定運行,給出了在18 r/min或額定速度的 1/100的實驗結果。

為了改善低速估計性能,近年來采用了參數(shù)自適應方法。文獻[14]報告了一個間接矢量MRAS,用于1臺永磁同步電機PMSM轉子磁鏈和定子電阻估計,給出了2 rad/s的運行情況。文獻[15]針對交流感應電機驅動,在MRAS中使用了自適應神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型,并與較早的MRAS方法進行了比較。實驗轉速為正反轉±50 rad/s和±10 rad/s,低速實驗為5 rad/s。因采用自適應模型,從給出的零速實驗情況看是可行的且比以前好。文獻[16]提出了一種新穎的基于定子電流的MRAS速度估計方法,分析了感應電機等效電路參數(shù)以及MRAS方案自適應系數(shù)對估計的磁極位置及整個驅動系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響,分別給出了極低速14 r/min和7 r/min實驗結果,瞬時速度偏差接近零。

與其它基于模型的方法相比,MRAS方法比較簡單且實現(xiàn)時比較經(jīng)濟[2]。文獻[17]將一個基本的轉子磁鏈MRAS與EKF估計性能進行了比較。EKF對參數(shù)變化具有較好的魯棒性,但MRAS比較簡單(計算的復雜性之比幾乎為 20∶1),且在低速時甚至更好。性能據(jù)說已經(jīng)能與具有編碼器的間接矢量驅動相比,實驗采用的階躍速度為19～96 r/min。

按照Landau關于模型參考自適應控制經(jīng)典著作中的定義,MRAS的“參考模型”應能代表受控系統(tǒng)性能的準確模型,其輸出是自適應控制的期望值,“可調(diào)整系統(tǒng)”即受控系統(tǒng),可以調(diào)整其參數(shù)或輸入以獲得盡量接近參考模型的性能。套用MRAS理論時,雖然可以用 Lyapunov函數(shù)或Popov超穩(wěn)定理論來證明系統(tǒng)的漸進穩(wěn)定性,但實用中需要的卻是選擇PI參數(shù)來調(diào)整轉速估計的動態(tài)品質(zhì),以獲得準確的動態(tài)轉速,按照MRAS的理論還難以做到[9]。

2.2 卡爾曼濾波KF

卡爾曼濾波是由R.E.Kalman在20世紀60年代初提出的一種最小方差意義上的最優(yōu)預測估計的方法,它的突出特點是可以有效地削弱隨機干擾和測量噪聲的影響。擴展卡爾曼濾波EKF算法則是線性卡爾曼濾波器在非線性系統(tǒng)中的推廣應用。KF在信號處理中是一種比較先進的技術,并在驅動中獲得廣泛應用。文獻[18]提出了基于EKF的感應電機直接矢量控制中轉子電流或轉子磁鏈矢量及轉子電阻估計方法。文獻[19]針對EKF存在的主要問題EKF協(xié)方差矩陣的選擇,提出了一種通過自調(diào)整程序直接選擇矩陣的方法,避免了常規(guī)的通過反復實驗選擇矩陣,并將這種方法用于面裝式PMSM轉速估計,但并沒有給出低速實驗結果。文獻[20]描述了具有電壓和電流傳感器基于EKF的感應電機矢量控制和直接轉矩控制系統(tǒng),但電阻值和轉動慣量使用測量值。低速實驗表明,估計速度偏差為2～4 r/min,零速運行持續(xù)時間為64 s。文獻[21]提出了一種PMSM無傳感器矢量控制系統(tǒng),采用并聯(lián)降階 EKF進行轉速和位置估計,并與常規(guī)的EKF進行比較,實驗轉速為100 r/min。特點是可以大大節(jié)省計算機資源,但隨著數(shù)字信號處理技術的持續(xù)發(fā)展,這種折中方法已無太大意義。

文獻[22]總結了常規(guī)EKF存在的不足,主要包括復雜的雅可比矩陣計算;由線性化和不正確的參數(shù)導致的不穩(wěn)定性;高斯白噪聲假設和缺少適當選擇模型協(xié)方差的分析方法等。提出了一種UKF(unscented Kalman filter)方法以克服常規(guī)的EKF存在的不足,并將提出的方法用于感應電機轉速估計。因對測量噪聲更加敏感,因此沒有給出低速實驗的結果。

影響KF和EKF低速估計的因素是電機定、轉子電阻等參數(shù)變化。轉子電阻變化的影響因素主要有兩個,即溫度和集膚效應。溫度對轉子電阻的影響相對緩慢,因此可通過補償?shù)姆椒ㄒ詼p小磁鏈和轉矩在穩(wěn)態(tài)運行點產(chǎn)生的漂移。集膚效應對轉子電阻變化的影響較快,但在高性能電機驅動中矢量控制通常能維持較低的滑差率,因此在穩(wěn)態(tài)條件下集膚效應比較小。另外,用于變速用途的感應電機不需要直接在線啟動,可以將集膚效應設計得很小。此外,轉子時間常數(shù)也會受到電感磁飽和的影響。

定子電阻是另外一個重要的參數(shù)。隨著頻率(轉速)的降低,由定子模型方程可知,其影響逐漸增大。另外,其值隨溫度變化可達 50%,因此,不能簡單的采用固定不變的定子電阻。在穩(wěn)態(tài)和偏差受到限制時,或許可以在1 Hz速度運行[3]。

與MRAS相比,擴展卡爾曼濾波法提供了一種迭代形式的非線性估計方法,避免了對測量量的微分計算,其性能取決于濾波器矩陣的選擇,不足之處是計算量很大、低速時對參數(shù)變化敏感,且這種方法是建立在對誤差和測量噪聲的統(tǒng)計特性已知的基礎上的,需要在實踐中摸索出合適的特性參數(shù)。

2.3 觀測器

將MRAS或EKF與自適應結合構成閉環(huán)觀測器能夠增強抑制偏差和噪聲的魯棒性[1],常見的形式包括滑模觀測器和全階非線性觀測器。

文獻[23]描述了在電驅動系統(tǒng)中滑?？刂圃砑捌鋺?該論文得到了廣泛的引用。文獻[24]將積分滑?？刂朴糜诟袘姍C矢量控制系統(tǒng),進行了參數(shù)變化范圍為20%的魯棒性實驗,實驗階躍速度大約從800 r/min到1200 r/min。文獻[25]提出了一種感應電機變結構控制方法,使得電機在額定負載下能運行于極低速,并給出了在額定負載下運行速度為3 r/min的實驗結果。文獻[26]提出的感應電機滑模電流觀測器結合了定子電阻自適應辨識,聲稱在零速和低速具有很高的估計精度,并給出了24 r/min實驗結果。文獻[27]采用逆系統(tǒng)方法將感應電機的轉速和轉子磁鏈進行動態(tài)解耦,并由擴展的Kalman濾波器對轉速及轉子磁鏈進行實時估計,給出了整個調(diào)速范圍內(nèi)進行高精度的轉速和磁鏈估計的仿真結果。

文獻[28]提出了一種改進的感應電機定子磁鏈定向直接矢量控制系統(tǒng),定子磁鏈采用閉環(huán)估計,轉子速度采用MRAS估計,給出了仿真和輕載實驗結果。50%負載時低速運行實際轉速為4.8 rad/s,估計轉速為6 rad/s;空載時低速運行估計轉速與實際轉速一致。文獻[29]提出一種新穎的自適應全階Luenberger觀測器用于感應電機轉速估計,給出了正反轉為±100 rad/s的實驗結果和小于2 rad/s的極低速實驗結果,具有定、轉子電阻自適應的零速運行。文獻[30]基于擴展電動勢、逆變器非線性補償和定子電阻自適應提出了一種感應電機轉子磁鏈閉環(huán)觀測器。給出了正反轉為±5 rad/s實驗結果,稱零速運行令人滿意。但在階躍轉矩變化為三分之一額定負載下,轉速偏差約20 rad/s。文獻[31]提出了一種改進感應電機磁鏈估計和定子電阻自適應方法,采用偏差衰減機理解決直流飄移問題,給出了正反轉±90 r/min實驗結果。文獻[32]提出了一種感應電機全階自適應觀測器,可用于包括極低速的定子或轉子磁鏈定向控制,零速穩(wěn)定運行存在困難,但可以平穩(wěn)地經(jīng)過零點而不影響驅動的穩(wěn)定性。

文獻[33]在回顧無刷永磁電機無速度傳感器運行時指出,近來發(fā)展主要集中于閉環(huán)觀測器方法的研究。這種估計器通常包括一個具有詳細電機參數(shù)的簡單電機系統(tǒng)模型,但無電機模型變量可能更適合于變化的負載或未知負載。文獻[34]較早采用EKF方法,對1臺無刷直流電機速度和轉子位置進行估計,實驗結果為額定速度5%以上時電機參考速度和實際速度最大穩(wěn)態(tài)偏差為±1%。文獻[35]采用具有M RAS的變結構方法,選取永磁電機本身作為參考模型,而選取永磁電機電流模型作為可調(diào)模型,用于面裝式的永磁電機轉速辨識,給出了全速范圍的仿真結果。文獻[36]基于電機的電流模型,給出了一種具有KF的自適應滑模定子磁鏈觀測器,用于基于DTC的內(nèi)永磁同步電機IPMSM驅動系統(tǒng)。實驗結果為電機在半載情況下穩(wěn)定運行于10 r/min,約為額定轉速的0.79%。

2.4 基于電機基波模型的方法存在問題

基于電機基波模型的方法存在低速穩(wěn)定運行困難的問題,其主要原因如下[1]。

1)信號獲得存在偏差。由式(1)可知,即使采用理想積分器,信號中微小的直流成分也能使得估計的磁鏈產(chǎn)生偏移,因此,極低速運行存在一個基本極限。

2)逆變器存在非線性。逆變器存在非線性死區(qū)影響,欲獲得良好的低速性能應進行補償;功率裝置正向電壓降落也會產(chǎn)生非線性,需要通過建模解決。其它影響包括對電壓降落和對電流反向的準確位置的死區(qū)時間補償?shù)拿舾行浴Ｒ虼?通過PWM估計定子電壓矢量會變得不精確。

3)模型參數(shù)不準確。模型參數(shù)可以在試運行階段確定,可以采用離線的方法或者用逆變器自測試的方法以增加估計的準確性如用直流實驗尋找轉子電阻初始值。

開始出現(xiàn)無速度傳感器控制的高性能通用變頻器產(chǎn)品時,最低工作頻率僅為5 Hz,低速運行時誤差較大。近10年來,經(jīng)過研發(fā)工作的努力,一些高檔產(chǎn)品的最低頻率已達0.5～1 Hz。Holtz[1]認為基于電機基波模型的方法最低頻率“接近0 Hz,或暫時為0 Hz”,后者是指在過渡過程中經(jīng)過0 Hz。這樣的結果已能滿足許多工業(yè)實際要求了,但更低頻率的穩(wěn)定運行還做不到。

3 利用電機的各向異性性質(zhì)

要解決交流電機無速度傳感器控制系統(tǒng)0 Hz附近的穩(wěn)定運行,就必須另辟蹊徑。高頻信號注入的辨識方法有著重要的實際應用潛力,許多學者對此展開了較為深入的研究[1～3]。

在信號注入SI方法中,通常向電機中注入附加的高頻、低幅值信號。由于注入的信號頻率很高而幅值較小,Holtz[1]認為,這種注入的高頻信號對電機的基本特性影響較小。注入的信號可以是三相對稱的,產(chǎn)生一個高頻旋轉磁場,也可以在預定的某個空間方向上產(chǎn)生一個特定的交變磁場。這些信號被實際電機中的各向異性在空間加以調(diào)制,然后被加工、解調(diào)以獲得所需的測量量。此外,在一個PWM控制系統(tǒng)中,開關波形中的高頻成分可以代替注入的周期性高頻信號。

對于感應電機來說,轉子基本模型是圓柱形的,在零速時不能提供轉子位置或磁場角信息。而基于非模型的方法,即利用感應電機的各向異性獲得轉速信號,可以完全不受數(shù)學模型的限制。感應電機的各向異性特性主要形式有:通過感應電機鼠籠型轉子中的轉子導條產(chǎn)生的各向異性,而這種各向異性可以通過人為設計獲得,如使轉子齒槽的寬度在轉子圓周上按極距周期性變化、使轉子導條在轉子表面下的深度按周期性變化、使雙籠轉子的外層鼠籠條或內(nèi)層鼠籠條的導體電阻按周期性變化等;其次,由于基波磁場在漏磁路產(chǎn)生局部飽和而引起磁路的各向異性;另外一種常見形式的各向異性是在d軸,因為d軸附近氣隙處的高頻磁場時間常數(shù)最大,使得d軸總漏感最大。感應電機中的各向異性有著不同的空間方位,如基波磁場的位置、轉子導條極距內(nèi)的導條對應的位置等。這些各向異性對高頻注入信號產(chǎn)生響應,因而通過注入信號或直接經(jīng)過逆變器開關獲得的高頻激勵可以檢測出各向異性的空間方向。通過檢測這種各向異性可以確定轉子的位置角,轉子位置角的變化可以用來獲得電機轉速。文獻[37]采用轉子槽追蹤和零序電流技術對接近標準的感應電機在零速和低速時的轉子位置進行估計。實驗電機為三角形連接,負載為空載和30%額定負載,進行0～10 r/min的實驗,平均位置偏差機械角度為0.6°。文獻[38]利用高頻信號注入技術,采用補償和卡爾曼濾波KF,對1臺標準的閉槽籠型感應電機在零低速矢量控制時的轉速進行估計,給出了±30 r/min的實驗結果。文獻[39]提出了一種速度估計方法,該方法基于載波信號注入及標準的氣隙光滑的兩軸感應電機模型,并結合了MRAS方法。據(jù)稱,在機械轉動慣量很高的假定條件下(盡管假設不能成立)具有較寬的運行速度范圍,包括零速和基本頻率。給出了階躍速度為 50 r/min的實驗結果。文獻[40]基于零序電流和神經(jīng)網(wǎng)絡及飽和補償,利用信號注入進行凸極追蹤并在1臺IM上進行了實驗。文獻[41]通過計算負序載波信號電流中的齒槽諧波及利用高通濾波器濾除飽和電感諧波的方法,精確地獲得了標準的斜槽轉子感應電機在低速空載時的轉速,給出的實驗結果為15 r/min。

通常,在感應電機中不只一種各向異性特性,感應電機中各向異性有著不同的空間方位,例如基波磁場的位置、轉子導條極距內(nèi)的導條對應位置,以及專門設計的不對稱轉子的位置等。當從一種特定的各向異性的響應信號中提取信息時,必然會受到其它各向異性的干擾。文獻[42]分析了磁飽和在轉速估計的影響,提出了消除影響的方法。據(jù)稱,在零定子頻率穩(wěn)定運行時具有高動態(tài)性能,并給出了動態(tài)50 r/min的實驗結果。文獻[43]提出一種基于Hilbert變換和以內(nèi)插值替換的快速傅立葉變換方案,以提高利用電流估計感應電機速度的精度。文獻[44]提出了一種利用高頻信號注入法對感應電機零低頻運行速度進行估計的方法,該法不受磁飽和及逆變器非線性的影響,不需要離線試運轉處理,但存在0.5 Hz的門檻頻率。文獻[45]提出了利用短時傅立葉變換分析感應電機無傳感器速度信號的方法,采用插補技術提高短時傅立葉變換的精度,實驗在1臺ABB 2極鼠籠型感應電機上進行,獲得了估計速度與實測速度良好的一致性。文獻[46]提出利用離散傅立葉變換分離感應電機零速無傳感器控制中不同凸極調(diào)制信號的算法。從測量的凸極信號追蹤局部飽和及轉子槽等引起的感應電機各向異性。

對于同步電機來說,上述各向異性自然地存在著[3],并在無傳感器同步電機零速和低速驅動中獲得了深入的研究。文獻[47]提出了一種能在靜止和運行條件下辨識出包括逆變器參數(shù)的無機械傳感器IPMSM驅動系統(tǒng),在啟動過程中采用信號注入的方法,然后切換到基于反電動勢的估計方案。文獻[48]提出了一種利用永磁各向異性估計非凸極PMSM靜止位置的方法。對于稀土永磁來說,注入信號最佳值為數(shù)百千Hz。文獻[49]利用有限元(FE)分析法,提出了針對IPMSM的信號注入SI設計標準。文獻[50]討論了同步磁阻電機SynR的交叉飽和影響,給出了100 r/min實驗結果。

Shinji Shinnaka[51]提出了一種用于凸極永磁同步電機的無傳感器矢量控制方法。與常規(guī)的高頻電壓注入方法不同,新方法采用新穎的橢圓形的旋轉高頻電壓,并利用新穎的鎖相環(huán)方法進行檢波,聲稱具有靜止時允許250%的額定轉矩;在額定負載時允許從零速到額定轉速運行;甚至在零速控制中允許額定負載的突然加入;在逆變器死區(qū),相位估計具有魯棒性,甚至在高頻定子電流過零點也能進行相位估計等特點,并給出了相關實驗結果。J.Holtz[52]提出了一種基于振蕩高頻載波信號注入的面裝式PMSM零低速無傳感器控制方法,即采用特殊的檢波方法消除了由脈寬調(diào)制滯后和逆變器非線性引起的估計偏差,使得沒有死區(qū)補償也能精確地工作。Nicola Bianchi[53]結合內(nèi)插式PMSM,分析了基于高頻信號注入的無傳感器控制系統(tǒng)性能。具有各向異性的PMSM的轉子位置可以通過向定子基頻電壓注入高頻信號獲得。相應的高頻電流受轉子各向異性調(diào)制,并用來估計轉子位置。這種方法在零速和低速也有效。飽和與交叉耦合對轉子位置正確估計具有重要影響。Gheorghe-daniel Andreescu[54]提出了一種具有寬調(diào)速范圍(包括靜止)的IPMSM DTC無傳感器控制系統(tǒng),采用PI補償?shù)碾妷弘娏髂Ｐ偷淖兘Y構的定子磁鏈觀測器,用于低速運行;隨著速度增加,觀測器逐漸切換到PI補償?shù)拈]環(huán)電壓模型,用于高速情況。具有帶通濾波和鎖相環(huán)狀態(tài)觀測器的高頻旋轉電壓注入用于估計轉子位置。磁鏈觀測與信號注入結合的寬速范圍無傳感器DTC控制系統(tǒng)。給出從低速(1 r/min)到額定轉速實驗結果,滿負載時調(diào)速范圍超過1∶1000。Chan-hee Choi[55]提出了基于高頻脈振信號d,q軸交替注入的PMSM無傳感器控制方案,實驗證實,可以減小因零電流鉗位產(chǎn)生的位置估計偏差和速度估計紋波。Antti Piippo[56]結合了自適應全階觀測器和低速高頻信號注入,提出了一種具有逆變器輸出 LC濾波器的PMSM無傳感器混合觀測方法,表明濾波器并不妨礙信號注入法的使用,給出了零速實驗結果。

基于電機各向異性提取交流電機轉速信號的方法,其技術難點在于信號處理方法。由于對特定頻率進行追蹤,低頻譜分離和信噪比較差,信號處理可存在困難,但現(xiàn)代信號處理技術提供了解決這一問題的方法。Shinji Shinnaka[51]利用新穎的鎖相環(huán)方法進行檢波。J.Holtz[52]采用特殊的檢波方法消除了由脈寬調(diào)制滯后和逆變器非線性引起的估計偏差,使得沒有死區(qū)補償也能精確地工作。文獻[43]提出一種基于Hilbert變換和以內(nèi)插值替換的快速傅立葉變換方案,以提高利用電流估計感應電機速度的精度。C.Wang[45]提出了利用短時傅立葉變換分析感應電機無傳感器速度信號的方法,采用插補技術提高短時傅立葉變換的精度。文獻[46]提出利用離散傅立葉變換分離感應電機零速無傳感器控制中不同凸極調(diào)制信號的算法,從測量的凸極信號追蹤局部飽和及轉子槽等引起的感應電機各向異性。Damian Giaouris[57]提出在高頻信號注入速度估計中利用小波變換提取和辨識轉速的方法,實驗和仿真結果證實了結論。

4 結論

無速度或位置傳感器技術可以分為基于電機基波模型的方法和基于電機的各向異性性質(zhì)的方法?；诨灸Ｐ偷姆椒ê茉缇鸵呀?jīng)使用了,20年前其性能即可與具有傳感器的方法相媲美。目前,這種方法在極低速獲得了令人振奮的結果:速度控制在3 r/min,甚至零速已經(jīng)得以驗證,以至于在轉動慣量很高時也獲得了極好的實驗結果;在穩(wěn)定負載下,零速穩(wěn)定運行1 min以上已經(jīng)得以驗證?；陔姍C的各向異性性質(zhì)的方法可以獲得零速估計,但依賴于電機本身的特性,其技術難點在于信號處理方法,但現(xiàn)代信號處理技術提供了解決這一問題的方法。

各種方案間準確比較存在困難,原因在于至今還沒有一種為大家所承認的標準的無速度傳感器控制系統(tǒng)?；仡櫧谝恍┓桨钢刑岢龅倪@些優(yōu)秀的結論,即使是極小的進步也是有益的。

兩類方案在具體的應用中需要權衡其利弊進行選擇。一方面,基波勵磁法具有良好的動態(tài)性能,但是不適合電動機低速運行;另一方面,高頻注入法能夠實現(xiàn)低速甚至零速時轉子位置的檢測,但是其動態(tài)性能有限。這兩類方法的結合可以實現(xiàn)包括零速在內(nèi)的全速范圍下交流電動機的無傳感器運行速度檢測,其研究具有重要的理論意義和工程實用價值。

兩種方法達到的共同目標在于實際工業(yè)應用具有良好的動靜態(tài)性能。實用的交流電機無速度傳感器控制系統(tǒng)要求準確度高、魯棒性好、結構簡單、價格便宜,因此,盡管現(xiàn)在研究工作已經(jīng)取得很大的進展,實用的產(chǎn)品仍多采用基于基波模型的開環(huán)計算方法,只要有較好的參數(shù)辨識和必要的誤差補償,滿足工藝要求的最低頻率要求即可。在特殊場合,必須考慮0 Hz附近穩(wěn)定運行時,各種利用電機各向異性的方法將有其美好的應用前景。

今后的研究方向是提高速度估算的精度以及對參數(shù)變化、外部擾動的魯棒性,進一步改善電動機低速及零速的性能,這是一個難點,也是今后研究的熱點。

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