永磁同步電機(jī)的控制方式

永磁同步電動(dòng)機(jī)以永磁體提供勵(lì)磁，使電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，降低了加工和裝配費(fèi)用，且省去了容易出問(wèn)題的集電環(huán)和電刷，提高了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的可靠性；又因無(wú)需勵(lì)磁電流，沒有勵(lì)磁損耗，提高了電動(dòng)機(jī)的效率和功率密度。有以下控制方式。

（1）開環(huán)控制方式

由于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)嚴(yán)格根據(jù)電源頻率變化，因此可以通過(guò)變頻器的V/F開環(huán)控制方式來(lái)控制同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在多臺(tái)電機(jī)要求嚴(yán)格同步的場(chǎng)合，可以用一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)永磁同步電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)軸之間的同步，有人稱這種控制方式為外同步方式。由于是開環(huán)控制，同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力相對(duì)比較弱。

（2）閉環(huán)矢量控制方式

對(duì)于永磁同步電機(jī)的控制，目前市場(chǎng)上應(yīng)用最多的是帶有編碼器反饋的閉環(huán)控制，控制思想采用了空間矢量分解的方式，將電機(jī)的實(shí)際電流按扭矩電流與勵(lì)磁電流兩個(gè)方向進(jìn)行分解。同步電機(jī)閉環(huán)控制的難點(diǎn)是首先必須知道永磁轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置，然后控制定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，保證其與轉(zhuǎn)子實(shí)際位置呈90°的空間夾角，以產(chǎn)生最大的電機(jī)扭矩。

通常情況下，轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置通過(guò)編碼器回饋給驅(qū)動(dòng)器，如采用增量式編碼器，除了A、B、Z相的脈沖信號(hào)反饋轉(zhuǎn)子的實(shí)際速度外，還有U、V、W信號(hào)，U、V、W信號(hào)與電機(jī)三相反電動(dòng)勢(shì)同頻率、同相位，根據(jù)它們的不同狀態(tài)，可將360°電角度平面分成6個(gè)部分，用以確定電機(jī)的初始轉(zhuǎn)子位置角。

增量式正/余弦編碼器除了速度信號(hào)，還提供了C、D通道，用來(lái)顯示電機(jī)的初始轉(zhuǎn)子位置。如果缺少了轉(zhuǎn)子的位置信息，則驅(qū)動(dòng)器不能建立正確的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行失敗或者是電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大。當(dāng)然，很多高性能的驅(qū)動(dòng)器還可以對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)際位置進(jìn)行識(shí)別。例如計(jì)算定子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置來(lái)估計(jì)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置、計(jì)算定子相電感來(lái)估計(jì)轉(zhuǎn)子位置等。

（3）無(wú)傳感器的矢量模式方式

安裝傳感器會(huì)給電機(jī)帶來(lái)一定的麻煩與弊端，具體如下。

①機(jī)械傳感器增加了電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，加大了電機(jī)空間尺寸和體積。

②機(jī)械傳感器的使用增加了電機(jī)與控制系統(tǒng)之間的連接線和接口電路，使系統(tǒng)易受干擾，降低了可靠性。

③受機(jī)械傳感器使用條件如溫度、濕度和震動(dòng)的限制，調(diào)速系統(tǒng)不能廣泛適應(yīng)各種場(chǎng)合。

④機(jī)械傳感器及其輔助電路增加了調(diào)速系統(tǒng)的成本，某些高精度傳感器的價(jià)格甚至可與電機(jī)本身價(jià)格相比。

為了克服使用機(jī)械傳感器給調(diào)速系統(tǒng)帶來(lái)的缺陷，許多學(xué)者開展了無(wú)機(jī)械傳感器交流調(diào)速系統(tǒng)的研究。無(wú)機(jī)械傳感器交流調(diào)速系統(tǒng)是指利用電機(jī)繞組中的有關(guān)電信號(hào)，通過(guò)適當(dāng)方法估計(jì)出轉(zhuǎn)子的位置和速度，取代機(jī)械傳感器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制。

永磁同步電機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)的關(guān)鍵，在于如何根據(jù)測(cè)量的電機(jī)電流和電壓信號(hào)估計(jì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置。對(duì)于永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)可以采用一些直觀的方法，即利用其特殊的電磁特性，來(lái)構(gòu)造速度和轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)方法。同時(shí)，現(xiàn)代控制、辨識(shí)技術(shù)的發(fā)展，為我們提供了許多可行的觀測(cè)器構(gòu)造方法來(lái)估計(jì)控制過(guò)程中的狀態(tài)變量或參數(shù)。

在電機(jī)的無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)中，主要采用的觀測(cè)器有全階狀態(tài)觀測(cè)器、自適應(yīng)觀測(cè)器、變結(jié)構(gòu)觀測(cè)器、卡爾曼濾波器等。采用這些方法構(gòu)造的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和速度觀測(cè)器具有動(dòng)態(tài)性能好、穩(wěn)定性強(qiáng)、參數(shù)敏感性小等特點(diǎn)。隨著高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）技術(shù)的發(fā)展，各種具有優(yōu)良性能的速度觀測(cè)器在無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)中得到廣泛運(yùn)用。

實(shí)踐證明，無(wú)論是識(shí)別電機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置，還是評(píng)估轉(zhuǎn)子速度，目前的技術(shù)手段都還沒有辦法保證精準(zhǔn)控制的需求，特別是在低頻運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)傳感器矢量控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大。