永磁無刷電動機系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

1、引用 永永磁無刷刷電動機機系統(tǒng)發(fā)發(fā)展現(xiàn)狀狀 HYPERLINK 無刷電機機繞組繞繞線機20088-111-299 199:555:177| 分類： 默認認分類 | 標簽： |字字號大中中小 訂訂閱引用Daviid 的的 永磁磁無刷電電動機系系統(tǒng)發(fā)展展現(xiàn)狀莫會成（西安微微電機研研究所, 西安安 71100777）來源：永永磁電機機會議論論文集，編輯：閆晶芬芬摘要：永永磁無刷刷電動機機系統(tǒng)是是以電機機為控制制對象，以控制制器為核核心，以以電力電電子功率率變換裝裝置為執(zhí)執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)的電氣氣傳動控控制系統(tǒng)統(tǒng)。隨著著電機技技術(shù)、控控制理論論、數(shù)字字脈寬調(diào)調(diào)制技術(shù)術(shù)、新材材料技術(shù)術(shù)、微電電子技術(shù)術(shù)及現(xiàn)代代控

2、制技技術(shù)的進進步，伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)經(jīng)歷了了從步進進伺服到到直流伺伺服，進進而到永永磁無刷刷電機伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)的發(fā)展展歷程，目前已已成為電電機控制制技術(shù)的的主流方方向。1 系系統(tǒng)組成成永磁無無刷電動動機系統(tǒng)統(tǒng)是根據(jù)據(jù)位置、速度和和轉(zhuǎn)矩等等反饋信信息構(gòu)成成的控制制系統(tǒng)，由永磁磁無刷電電動機、傳感（傳感器器）和驅(qū)驅(qū)動器三三部分組組成（見見圖1）。系系統(tǒng)有開開環(huán)運行行、轉(zhuǎn)矩矩控制、速度控控制和位位置控制制4種基本本運行方方式，見見圖2圖5。其中中圖4和圖5是用于于高精度度的控制制系統(tǒng)，如數(shù)控控機床的的進給驅(qū)驅(qū)動等。圖1 永磁無無刷電動動機系統(tǒng)統(tǒng)方框圖圖圖2 開環(huán)運運行方框框圖圖3 轉(zhuǎn)矩控控制系統(tǒng)統(tǒng)方框圖圖圖

3、圖4 速度控控制系統(tǒng)統(tǒng)方框圖圖永磁無刷刷電動機機是通過過電子電電路換相相或電流流控制的的永磁電電動機。永磁無無刷電動動機有正正弦波驅(qū)驅(qū)動和方方波驅(qū)動動兩種型型式：驅(qū)驅(qū)動電流流為矩形形波的通通常稱為為永磁無無刷直流流電動機機，驅(qū)動動電流為為正弦波波的通常常稱為永永磁交流流伺服電電動機，按傳感感類型可可分為有有傳感器器電動機機和無傳傳感器電電動機。驅(qū)動器指指接受控控制指令令、可實實現(xiàn)對電電動機的的轉(zhuǎn)矩、速度和和轉(zhuǎn)子位位置控制制的電氣氣裝置。驅(qū)動器按按其控制制電路和和軟件的的實現(xiàn)方方式可分分為模擬擬量控制制、數(shù)字字模擬混混合控制制和全數(shù)數(shù)字控制制三種；按驅(qū)動動方式可可分為方方波驅(qū)動動和正弦弦波驅(qū)動動

4、。圖5 位置控控制系統(tǒng)統(tǒng)方框圖圖傳感部分分的作用用是檢測測永磁無無刷電動動機的位位置、速速度和電電流。常常用的傳傳感器有有接近開開關(guān)、光光電編碼碼器、旋旋轉(zhuǎn)變壓壓器、霍霍爾元件件和電流流傳感器器等。2 結(jié)結(jié)構(gòu)、設(shè)設(shè)計和工工藝2.1 電機結(jié)結(jié)構(gòu)永磁無刷刷直流電電動機的的基本結(jié)結(jié)構(gòu)是將將永磁直直流電動動機的定定、轉(zhuǎn)子子位置進進行互換換，通常常稱為“內(nèi)翻外外”，轉(zhuǎn)子子為永磁磁結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生氣氣隙磁通通，定子子為電樞樞，有多多相對稱稱繞組，直流電電動機的的電刷和和機械換換向器被被逆變器器和轉(zhuǎn)子子位置傳傳感器所所代替。所以無無刷電動動機實際際上是一一種永磁磁同步電電機，如如圖6所示。圖6 永磁無無刷電動動機

5、結(jié)構(gòu)構(gòu)圖7 外轉(zhuǎn)子子永磁無無刷直流流電動機機另外，永永磁無刷刷直流電電動機可可以做成成外轉(zhuǎn)子子型和盤盤式轉(zhuǎn)子子型。其其結(jié)構(gòu)見見圖7和圖8。外轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子型電電機的永永磁磁極極轉(zhuǎn)子位位于定子子的外側(cè)側(cè)，轉(zhuǎn)矩矩脈動小小，容易易做成扁扁平型，慣量較較大。盤盤式轉(zhuǎn)子子型電機機的氣隙隙平面與與軸垂直直，盤式式轉(zhuǎn)子與與永磁磁磁極相向向配置，電機成成扁平形形，可做做成有槽槽結(jié)構(gòu)，見圖88，也可可以做成成無槽、無鐵心心結(jié)構(gòu)。這種電電動機常常用于FFDD和和CD的直直接驅(qū)動動等。圖8 盤式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子無刷刷直流電電動機無刷直流流電動機機多采用用釤鈷（SmCCo）和和釹鐵硼硼（NddFeBB）等稀稀土永磁磁。常見見的轉(zhuǎn)子子結(jié)

6、構(gòu)有有表面式式磁極，嵌入式式磁極和和環(huán)形磁磁極3種，如如圖9所示。圖9aa結(jié)構(gòu)是是在鐵心心表面粘粘貼徑向向充磁的的瓦片形形永磁體體，有時時也采用用矩形小小條拼裝裝成瓦片片形磁極極，以降降低制造造成本。圖9bb結(jié)構(gòu)是是在鐵心心中嵌入入矩形永永磁體。其優(yōu)點點是一個個極距下下的磁通通由相鄰鄰兩個磁磁極并聯(lián)聯(lián)提供，可以獲獲得較大大的磁通通。但結(jié)結(jié)構(gòu)需要要作隔磁磁處理或或者采用用不銹鋼鋼軸。對對于高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速運行行的電機機，圖99a和圖圖9b的結(jié)結(jié)構(gòu)需在在轉(zhuǎn)子外外表面套套一個00.3 mm0.88 mmm的磁性性緊圈，防止離離心力將將磁鋼甩甩出。緊緊圈材料料通常采采用不導(dǎo)導(dǎo)磁的不不銹鋼，也可以以用環(huán)氧氧無緯

7、玻玻璃絲帶帶縛扎。圖9cc結(jié)構(gòu)是是在鐵心心外套上上一個整整體稀土土永磁環(huán)環(huán)。該環(huán)環(huán)形磁體體徑向充充磁為多多極，適適用于小小功率的的電機。這種結(jié)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子制造造工藝性性較好。2.2 設(shè)計計工藝技技術(shù)發(fā)展展動向1）設(shè)計計手段不不斷完善善隨著計算算機技術(shù)術(shù)的發(fā)展展以及電電磁場數(shù)數(shù)值計算算、優(yōu)化化設(shè)計和和仿真技技術(shù)的不不斷完善善，形成成了以電電磁場數(shù)數(shù)值計算算、等效效磁路解解析求解解、場路路結(jié)合求求解等一一整套分分析研究究方法和和計算機機輔助分分析的設(shè)設(shè)計軟件件。如AAnsooft公公司、MMagnneFoorcee公司、Jmaag公司司均推出出各種類類型的電電機設(shè)計計軟件，以方便便快捷地地完成從從

8、電機的的電磁設(shè)設(shè)計計算算、損耗耗計算、優(yōu)化設(shè)設(shè)計、噪噪聲抑制制、特性性分析等等。針對對無刷電電機特點點，提供供多種轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子類型型、多種種繞組型型式及主主電路的的連接方方式，以以便組合合。20006年年三季度度，加拿拿大以電電磁計算算分析著著名的IInfoolytticaa公司，推出了了專門針針對永磁磁無刷電電機的MMotoorsoolvee設(shè)計軟軟件。圖9 無刷直直流電動動機轉(zhuǎn)子子結(jié)構(gòu)形形式這些軟件件除了對對電機進進行電磁磁設(shè)計，還可對對電機在在槽形、繞組、材料等等設(shè)計變變量改變變情況下下多方案案比較分分析、電電磁場精精確計算算和電機機多目標標優(yōu)化設(shè)設(shè)計，并并包括控控制電路路、控制制算法在在內(nèi)的

9、整整個設(shè)計計流程，既可以以提供任任意時刻刻電機內(nèi)內(nèi)電磁場場分布數(shù)數(shù)據(jù)，又又能對電電機工作作時所關(guān)關(guān)心的各各類運行行曲線，如轉(zhuǎn)矩矩、轉(zhuǎn)速速、電流流、功率率、效率率等提供供結(jié)果，同時還還能提供供齒槽轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩脈動動、轉(zhuǎn)速速波動等等詳細指指標參數(shù)數(shù)，并可可完成電電機的各各類正常常工況和和故障工工況的仿仿真實驗驗，包括括起動、堵轉(zhuǎn)、突加突突減負載載、突然然短路等等等。2）分數(shù)數(shù)槽技術(shù)術(shù)應(yīng)用日日益增多多分數(shù)槽繞繞組技術(shù)術(shù)在永磁磁無刷電電動機中中的應(yīng)用用已逐漸漸增多。如在電電動自行行車電機機中采用用三相、40極、36槽；Colllmoorgeen公司司Golldliine系系列交流流伺服電電機采用用4

10、極、188槽，6極、244槽等；松下伺伺服電機機采用66極、9槽，8極、122槽等每每極每相相槽數(shù)qq=1/2的分分數(shù)槽繞繞組結(jié)構(gòu)構(gòu)。對于多極極的無刷刷電動機機采用分分數(shù)槽繞繞組，可可以較少少的定子子槽數(shù)達達到多槽槽能達到到的效果果。采用用分數(shù)槽槽繞組有有以下優(yōu)優(yōu)點：a)電機機電樞槽槽數(shù)大為為減少，有利于于槽利用用率的提提高；b)較少少數(shù)目的的元件數(shù)數(shù)，可簡簡化嵌線線工藝和和接線，有助于于降低成成本；c)有可可能得到到線圈節(jié)節(jié)距y=1的設(shè)設(shè)計（集集中繞組組），便便于采用用自動繞繞線機繞繞制，提提高工效效；同時時各個線線圈端部部沒有重重疊，不不必設(shè)相相間絕緣緣；d)線圈圈周長和和繞組端端部縮短短

11、，電動動機繞組組電阻減減小，銅銅損隨之之也減低低，提高高了電動動機的性性能。采采用分數(shù)數(shù)槽繞組組的磁動動勢諧波波遠大于于整數(shù)槽槽繞組，如圖110所示示。圖10 整數(shù)數(shù)槽繞組組與分數(shù)數(shù)槽繞組組（q=1/2）時時的反電電動勢比比較3）無槽槽、無鐵鐵心結(jié)構(gòu)構(gòu)電機無鐵心無無刷電動動機的出出現(xiàn)是采采用新材材料、新新工藝的的結(jié)果。電樞采采用耐熱熱性能優(yōu)優(yōu)越的材材料制成成剛性整整體，可可以在高高溫及高高速情況況下長期期穩(wěn)定運運行；由由于電樞樞無鐵心心，電感感小，完完全消除除了鐵心心中的磁磁滯損耗耗和渦流流損耗，消除了了由齒槽槽效應(yīng)帶帶來的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩波動動，具有有優(yōu)異的的控制性性能；運運行效率率高、溫溫升低、轉(zhuǎn)速

12、范范圍廣；電機的的電樞中中無齒槽槽且采用用全塑封封結(jié)構(gòu)，負載動動行時，噪聲及及振動都都很低。無鐵心無無刷電機機可采用用軸向磁磁場結(jié)構(gòu)構(gòu)和徑向向磁場結(jié)結(jié)構(gòu)。軸軸向磁場場結(jié)構(gòu)的的電機電電樞繞組組徑向按按一定規(guī)規(guī)律分布布，在專專用模具具中固化化成形，電樞兩兩側(cè)均為為盤狀轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子體，轉(zhuǎn)子磁磁體為軸軸向磁化化，兩側(cè)側(cè)轉(zhuǎn)子可可同時布布置永磁磁體磁極極及轉(zhuǎn)子子軛，成成雙勵磁磁轉(zhuǎn)子結(jié)結(jié)構(gòu)，也也可一側(cè)側(cè)布置永永磁體磁磁極而另另一側(cè)布布置轉(zhuǎn)子子磁軛，成單勵勵磁轉(zhuǎn)子子結(jié)構(gòu)。徑向磁磁場結(jié)構(gòu)構(gòu)電機的的電樞繞繞組軸向向按一定定規(guī)律分分布成筒筒狀，其其電樞內(nèi)內(nèi)、外圓圓處均為為筒狀轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子體，轉(zhuǎn)子磁磁極為徑徑向磁化化，內(nèi)、外圓可

13、可同時布布置永磁磁體磁極極及轉(zhuǎn)子子軛，成成雙勵磁磁轉(zhuǎn)子結(jié)結(jié)構(gòu)，也也可在其其中一個個圓周上上布置永永磁體磁磁極，而而另一圓圓周上只只布置轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子磁軛軛，成單單勵磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)構(gòu)。徑向向磁場結(jié)結(jié)構(gòu)和軸軸向磁場場結(jié)構(gòu)均均可根據(jù)據(jù)要求制制造成內(nèi)內(nèi)轉(zhuǎn)子和和外轉(zhuǎn)子子結(jié)構(gòu)。圖111為徑向向磁場結(jié)結(jié)構(gòu)的無無鐵心無無刷電動動機典型型結(jié)構(gòu)。圖11 無鐵鐵心無刷刷電動機機結(jié)構(gòu)圖圖圖12 分割割型定子子沖片和和鐵心典型盤式式無刷電電動機定定子、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子均為為圓盤形形，采用用軸向氣氣隙磁場場，可做做成有鐵鐵心和無無鐵心兩兩種結(jié)構(gòu)構(gòu)，定子子繞組呈呈徑向分分布。無槽結(jié)構(gòu)構(gòu)無刷電電動機消消除了齒齒槽效應(yīng)應(yīng)，具有有轉(zhuǎn)矩波波動小、運行

14、平平穩(wěn)、噪噪聲低、電樞電電感小、定位干干擾力矩矩小等一一系列優(yōu)優(yōu)點，成成為很有有發(fā)展前前景的無無刷電動動機。小直徑的的電動機機，無槽槽結(jié)構(gòu)能能獲得比比有槽結(jié)結(jié)構(gòu)更大大的轉(zhuǎn)矩矩指標；在特殊殊條件下下，例如如要求電電動機的的轉(zhuǎn)矩和和功率相相對不大大，對電電動機的的體積限限制不嚴嚴，而對對電動機機的控制制要求很很高的情情況下，采取無無槽結(jié)構(gòu)構(gòu)會獲得得好的效效果。國內(nèi)無槽槽無刷電電動機已已有系列列產(chǎn)品，功率范范圍至330 kkW，最最高轉(zhuǎn)速速可達220 0000 r/mmin。4）工藝藝不斷革革新在電機制制造方面面，通過過對傳統(tǒng)統(tǒng)工藝的的不斷革革新，出出現(xiàn)了分分割型定定子鐵心心結(jié)構(gòu)和和連續(xù)繞繞線工藝藝

15、方法。采用多多極集中中繞組，減少繞繞組端部部長度，以適應(yīng)應(yīng)生產(chǎn)自自動化，使產(chǎn)品品向低成成本、低低價格方方向發(fā)展展。同時時出現(xiàn)了了適應(yīng)不不同性能能參數(shù)永永磁材料料的瓦型型、環(huán)型型表面粘粘接結(jié)構(gòu)構(gòu)和各種種不同設(shè)設(shè)計嵌入入式磁體體結(jié)構(gòu)等等新的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子磁路路結(jié)構(gòu)。對于節(jié)距距y=11分數(shù)槽槽設(shè)計，用專用用繞線機機直接繞繞制定子子線圈，對于外外轉(zhuǎn)子結(jié)結(jié)構(gòu)的電電機比較較方便，但對于于內(nèi)轉(zhuǎn)子子結(jié)構(gòu)的的電機，特別是是定子內(nèi)內(nèi)徑小的的小功率率電機，就要困困難得多多了。為為此，分分割型定定子鐵心心結(jié)構(gòu)的的構(gòu)思提提出來了了。圖112所示示為一種種新型定定子鐵心心結(jié)構(gòu)，把定子子鐵心每每齒分割割開來，可以在在鐵心展展開的狀

16、狀態(tài)下繞繞制線圈圈，以便便隨時調(diào)調(diào)整線圈圈，實現(xiàn)現(xiàn)規(guī)則繞繞制。繞繞圈繞制制完成后后，再把把全部磁磁極對接接成圓，形成一一個完整整的定子子。這時時，電樞樞槽的利利用率可可達855%以上上。日本松下下生產(chǎn)的的永磁交交流伺服服電動機機最早采采用上述述新工藝藝，生產(chǎn)產(chǎn)效率大大大提高高，產(chǎn)品品體積大大為減小小，性能能也有質(zhì)質(zhì)的提升升。以4400 W為例例，定子子外徑從從最早的的1255 mmm減小到到56 mm，效率由由最早的的70%提高到到85%，溫升升為800K。3 傳感感與傳感感器技術(shù)術(shù)3.1 轉(zhuǎn)子磁磁場位置置傳感器器在無刷直直流電動動機中，常用的的位置傳傳感器有有以下幾幾種。1）電磁磁式位置置傳

17、感器器電磁式位位置傳感感器是利利用電磁磁效應(yīng)來來檢測轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子位置置，有開開口變壓壓器、接接近開關(guān)關(guān)電路等等；使用用較多的的是開口口變壓器器。電磁式位位置傳感感器具有有輸出信信號強、工作可可靠、壽壽命長、適應(yīng)性性強、對對環(huán)境要要求不高高等優(yōu)點點，多用用于航空空航天領(lǐng)領(lǐng)域，但但體積較較大，信信噪比較較低，同同時，其其輸出波波形為交交流，需需整流、濾波方方可使用用，因而而限制了了它在普普通條件件下的應(yīng)應(yīng)用。2）磁敏敏式位置置傳感器器常見的磁磁敏式位位置傳感感器由霍霍爾元件件或霍爾爾集成電電路構(gòu)成成?；魻枲栐晃恢脗鞲懈衅饔捎谟诮Y(jié)構(gòu)簡簡單、性性能可靠靠、成本本低，是是目前應(yīng)應(yīng)用最多多的一種種位置傳傳感

18、器?；魻栐a(chǎn)生生的電動動勢很低低，往往往需要外外接放大大器，很很不方便便，隨著著半導(dǎo)體體技術(shù)的的發(fā)展，將霍爾爾元件與與附加電電路封裝裝成三端端模塊，構(gòu)成霍霍爾集成成電路。霍爾集集成電路路有開關(guān)關(guān)型和線線性型兩兩種，通通常用開開關(guān)型作作為位置置傳感器器。3）光電電式位置置傳感器器光電式位位置傳感感器由安安裝在電電機轉(zhuǎn)子子上的遮遮光盤和和固定不不動的光光電開關(guān)關(guān)組成。其原理理如圖113所示示。遮光光盤上開開有1550電角度度的扇形形開口，扇形開開口的數(shù)數(shù)目等于于無刷直直流電機機轉(zhuǎn)子磁磁極的極極對數(shù)。4極電機機所用遮遮光盤如如圖133。光電電開關(guān)通通常采用用將發(fā)光光二極管管和光敏敏三極管管封裝

19、在在一起的的光斷續(xù)續(xù)器。圖13 光電電傳感器器對于兩相相導(dǎo)通星星形三相相六狀態(tài)態(tài)無刷直直流電動動機，33個光電電開關(guān)在在空間依依次相差差1200電角度度，光電電開關(guān)與與電樞繞繞組的相相對位置置以及遮遮光盤與與轉(zhuǎn)子磁磁極的相相對位置置類似于于霍爾位位置傳感感器。4）對于于高精度度無刷伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)，用于于速度和和位置反反饋的傳傳感器有有：（1）光光學(xué)絕對對式編碼碼器絕對式編編碼器的的精度由由光電碼碼盤的機機械位置置決定，不受停停電等干干擾影響響；由機機械位置置決定的的每個位位置是唯唯一的，無需記記憶，無無需找參參考點，而且不不用一直直計數(shù)，數(shù)據(jù)的的可靠性性大大提提高了。（2）光光學(xué)增量量式編碼碼器

20、增量編碼碼器的特特點是每每產(chǎn)生一一個輸出出脈沖信信號就對對應(yīng)一個個增量位位移角，不能直直接檢測測出軸的的絕對角角度。常常選用的的分辨率率為每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)25000個脈脈沖。（3）無無刷旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓器器+R/D變換換器無刷旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓器器是一種種精密角角度、位位置、速速度檢測測元件，適用于于高溫、嚴寒、潮濕、高速、高振動動等旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)編碼器器無法正正常工作作的場合合。無刷刷旋轉(zhuǎn)變變壓器是是一種輸輸出電壓壓隨轉(zhuǎn)子子轉(zhuǎn)角變變化的信信號元件件。無刷刷旋轉(zhuǎn)變變壓器的的精度主主要由函函數(shù)誤差差和零位位誤差衡衡量。其其精度高高于自整整角機。（4）感感應(yīng)同步步器感應(yīng)同步步器是利利用兩個個平面形形繞組的的互感隨隨位置不不同而變

21、變化的原原理制做做的；可可用來測測量直線線和轉(zhuǎn)角角位移；測量直直線位移移的稱長長感應(yīng)同同步器，測量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角位移移的稱圓圓感應(yīng)同同步器。感應(yīng)同同步器的的優(yōu)點是是分辨率率高、抗抗干擾能能力強、壽命長長，維護護簡便。（5）無無刷測速速發(fā)電機機。用于精度度要求不不高的無無刷伺服服系統(tǒng)的的速度和和位置傳傳感器有有：（1）磁磁阻旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓器器；（2）磁磁電式脈脈沖測速速發(fā)電機機；（3）磁磁性編碼碼器；此外，在在經(jīng)濟型型系統(tǒng)中中，還有有利用轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子磁場場位置信信號經(jīng)倍倍頻處理理或利用用在電機機槽中放放置線圈圈的簡易易型測速速發(fā)電機機作速度度和位置置檢測的的方式。3.2 無位位置傳感感器檢測測技術(shù)1）利用用反電動

22、動勢檢測測轉(zhuǎn)子位位置按照無刷刷直流電電動機工工作原理理，必須須要有轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子磁極極位置信信號來決決定電子子開關(guān)的的換相。目前，大多數(shù)數(shù)采用安安裝位置置傳感器器（例如如霍爾元元件）方方法來得得到這些些信號。它有必必須占用用電機一一些空間間，安裝裝位置要要準，需需較多引引出線，影響可可靠性，在某些些場合，如壓縮縮機內(nèi)的的高溫高高壓環(huán)境境，不允允許安放放霍爾元元件。為為此，880年代代以來，微機控控制技術(shù)術(shù)的快速速進展，出現(xiàn)了了各種稱稱為無位位置傳感感器控制制技術(shù)方方法，是是當代無無刷直流流電動機機控制研研究熱點點之一。它從電電子電路路以軟件件方法獲獲得轉(zhuǎn)子子磁極位位置信號號，實現(xiàn)現(xiàn)電子換換相。在在諸多

23、方方法中，以反電電勢法較較成功。它檢測測不激勵勵相繞組組的反電電勢過零零點，經(jīng)經(jīng)過運算算后，決決定換相相時刻。這也是是硬件軟軟件化的的一個成成功例子子。反電動勢勢法的缺缺陷是當當電機在在靜止或或低速運運行時，反電動動勢為00或太小小，因而而無法利利用，一一般采用用專門的的起動電電路，使使電機以以他控變變頻方式式起動，當電機機具有一一定的初初速度和和電動勢勢后，再再切換到到自控變變頻狀態(tài)態(tài)。這個個過程稱稱為三段段式起動動，包括括轉(zhuǎn)子定定位、加加速和運運行狀態(tài)態(tài)切換三三個階段段。2）續(xù)流流二極管管檢測法法通過對逆逆變器開開關(guān)管施施加特殊殊時序的的斬波控控制信號號，使電電機繞組組的續(xù)流流電流沿沿著特

24、定定的回路路流通，當斷開開相繞組組的反電電動勢過過零時，與斷開開相開關(guān)關(guān)管并聯(lián)聯(lián)的續(xù)流流二極管管中將流流過續(xù)流流電流，通過對對該續(xù)流流二極管管導(dǎo)通與與否的檢檢測就可可以確定定出繞組組反電動動勢的過過零點，從而得得到電機機的轉(zhuǎn)子子位置信信號。這種檢測測方法實實際檢測測的也是是繞組的的反電動動勢，但但是檢測測的靈敏敏度相對對較高，在電機機額定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的22%以上上有效，起動容容易、調(diào)調(diào)速比大大，缺點點是實現(xiàn)現(xiàn)電路稍稍復(fù)雜一一些。3）瞬時時電壓方方程法利用電機機各相瞬瞬時電壓壓和電流流方程，實時計計算電機機由靜止止到正常常運轉(zhuǎn)任任一時刻刻轉(zhuǎn)子的的位置，控制電電機的運運行。該該方法不不需專門門的起動動線

25、路，電路簡簡單、起起動轉(zhuǎn)矩矩大，但但對電機機本體的的數(shù)學(xué)模模型依賴賴性大，當電機機參數(shù)因因溫度變變化發(fā)生生漂移時時，容易易造成建建模誤差差，使控控制精確確性受到到影響；另外，由于在在線計算算復(fù)雜，計算量量很大，考慮到到轉(zhuǎn)子位位置檢測測的實時時性，必必須采用用具有快快速運算算能力的的DSPP和高速速A/DD轉(zhuǎn)換器器。4）脈沖沖注入法法轉(zhuǎn)子位置置的不同同使電機機磁場的的分布也也不同。該方法法采用脈脈沖注入入檢測無無刷電機機靜止狀狀態(tài)下的的轉(zhuǎn)子位位置，通通過依次次向定子子繞組注注入一系系列脈沖沖，根據(jù)據(jù)測量得得到的電電流峰值值判斷轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子位置置。該方方法對電電機參數(shù)數(shù)的依賴賴性低。4 控制制技術(shù)發(fā)發(fā)展

26、動向向4.1 DSSP的應(yīng)應(yīng)用促進進了無刷刷電動機機系統(tǒng)技技術(shù)發(fā)展展1）DSSP的特特點隨著技術(shù)術(shù)進步和和用戶對對電機控控制器的的運算速速度、數(shù)數(shù)據(jù)處理理能力、控制精精度和實實時性提提出了更更高的要要求，過過去單純純的靠開開、停時時間長短短或單片片機來控控制電機機運行的的方式已已不能滿滿足實際際需要；特別是是對于采采用矢量量變換控控制的系系統(tǒng)，由由于需要要處理的的數(shù)據(jù)量量大，對對系統(tǒng)的的實時性性和精度度要求較較高，單單片機往往往不能能滿足要要求。與單片機機相比，DSPP器件集集成度較較高，CCPU速速度較快快，存儲儲器容量量更大，更適用用于電動動機的變變速驅(qū)動動控制，同時可可以提高高系統(tǒng)的的性

27、能，降低成成本和功功耗，簡簡化外圍圍電路的的設(shè)計工工作。因因此，為為了達到到電機控控制不斷斷增加的的計算量量和速度度要求，更好地地發(fā)揮電電機的運運行性能能，具有有強大數(shù)數(shù)字信號號處理功功能的DDSP芯芯片應(yīng)運運而生。DSPP技術(shù)的的應(yīng)用使使現(xiàn)代控控制理論論中先進進而復(fù)雜雜的算法法得以實實現(xiàn)。DDSP芯芯片的飛飛速發(fā)展展促進了了無刷電電機控制制技術(shù)的的發(fā)展與與創(chuàng)新。DSP把把現(xiàn)實生生活中的的各種模模擬信號號轉(zhuǎn)換成成數(shù)字信信號，再再用數(shù)學(xué)學(xué)計算方方法來處處理這些些數(shù)字信信號并得得到相應(yīng)應(yīng)結(jié)果。數(shù)字信信號處理理的主要要任務(wù)是是完成大大量的實實時計算算。例如如在DSSP中常常用的FFIR濾濾波和FFF

28、T快快速算法法。DSP芯芯片是一一種特別別適用于于數(shù)字信信號處理理的微處處理器。它強調(diào)調(diào)對數(shù)據(jù)據(jù)進行運運算處理理的實時時性，除除具備普普通微處處理器強強調(diào)的快快速計算算和控制制功能，在芯片片結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流流程和指指令系統(tǒng)統(tǒng)方面有有較大改改進。例例如：采采用哈佛佛結(jié)構(gòu)及及改進的的哈佛結(jié)結(jié)構(gòu)，比比傳統(tǒng)的的馮諾依曼曼結(jié)構(gòu)具具有更高高的指令令執(zhí)行速速度，更更適于處處理具有有高度實實時要求求的數(shù)字字信號。廣泛采采用流水水線技術(shù)術(shù)，加快快指令執(zhí)執(zhí)行速度度，增強強了處理理器處理理數(shù)據(jù)的的能力。采用多多總線結(jié)結(jié)構(gòu)，解解決了傳傳統(tǒng)芯片片的總線線沖突問問題，大大大提高高了系統(tǒng)統(tǒng)的速度度和效率率?？梢砸栽谝粋€個周期內(nèi)

29、內(nèi)同時訪訪問數(shù)據(jù)據(jù)和程序序存儲空空間，解解決了傳傳統(tǒng)芯片片的總線線沖突問問題，大大大提高高了系統(tǒng)統(tǒng)的速度度和效率率。快速速的中斷斷處理能能力和硬硬件I/O接口口支持。2）DSSP在無無刷電機機控制中中的應(yīng)用用（1）DDSP技技術(shù)在無無刷電機機控制中中的發(fā)展展20世紀紀80年代代，數(shù)字字信號處處理技術(shù)術(shù)開始應(yīng)應(yīng)用于電電機控制制領(lǐng)域，其主要要用來直直接控制制感應(yīng)電電機的磁磁通量和和轉(zhuǎn)矩，以達到到對電機機轉(zhuǎn)矩進進行快速速、高性性能的控控制。典典型的產(chǎn)產(chǎn)品代表表為TII公司的的TMSS320010。但由于于以前數(shù)數(shù)字信號號處理器器芯片的的價格較較高，人人們對其其在電機機控制中中的應(yīng)用用也沒有有給予足足

30、夠的重重視，這這種芯片片主要用用在通訊訊、圖像像處理等等領(lǐng)域，而在電電機控制制中的應(yīng)應(yīng)用較少少，后來來由于數(shù)數(shù)字信號號處理器器芯片的的性價比比不斷提提高，而而且其強強大的數(shù)數(shù)字信號號處理能能力越來來越受到到用戶的的歡迎，DSPP的應(yīng)用用得到了了較快的的發(fā)展。盡管最初初把DSSP技術(shù)術(shù)應(yīng)用于于電機控控制的目目的是其其快速的的數(shù)據(jù)處處理能力力能夠?qū)﹄姍C進進行矢量量控制和和直接轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩控制制，使復(fù)復(fù)雜的算算法得以以實現(xiàn)，但以前前的DSSP芯片片沒有集集成數(shù)模模轉(zhuǎn)換和和脈寬調(diào)調(diào)制等外外圍電路路，芯片片只是作作為在算算法上比比MCUU占優(yōu)勢勢的通用用處理器器來使用用，大大大增加了了系統(tǒng)的的體積和和產(chǎn)品的

31、的成本，增加系系統(tǒng)設(shè)計計的復(fù)雜雜性，延延長開發(fā)發(fā)周期，降低系系統(tǒng)工作作的可靠靠性。(2)典典型的DDSP芯芯片在無無刷電機機控制中中的應(yīng)用用TI系系列DSSP芯片片TI公司司于19998年年推出的的TMSS3200F2440是電電機控制制領(lǐng)域一一個劃時時代的進進步。芯芯片的執(zhí)執(zhí)行速度度很快，在200 MHHz的時時鐘頻率率下，指指令周期期僅為550 nns，且且多數(shù)指指令都能能在一個個指令周周期內(nèi)完完成，片片內(nèi)具有有Flaash ROMM。內(nèi)部部有166通道兩兩路轉(zhuǎn)換換精度為為10位的的AD變換換器，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換時間間僅為66.6s。在電電機調(diào)速速系統(tǒng)構(gòu)構(gòu)成電流流閉環(huán)時時，反饋饋電流信信號可以以經(jīng)A

32、DD輸入CPPU處理理。另外外，TMMS3220F2240還還提供228個I/OO口，用用于控制制系統(tǒng)所所需的各各種開關(guān)關(guān)量。芯芯片內(nèi)集集成的事事件管理理器（EEV）具具有控制制三個半半高橋的的能力，當各個個橋需要要互補的的PWMM去控制制時，EEV可以以提供這這種功能能，極大大地方便便了電機機控制系系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計。它它是專門門用于電電機控制制的模塊塊。AD系系列DSSP芯片片AD公司司推出基基于166位26MMIPSS定點DSSP核ADSSP21171的的ADMMC3000、3300、3311電機控控制芯片片，把數(shù)數(shù)字信號號處理器器和外圍圍電路結(jié)結(jié)合在一一起，集集成了116位三三相PWWM發(fā)生

33、生器、存存儲器，串行通通訊口，定時器器等外圍圍器件，還具有有7路模擬擬量的輸輸入通道道，用戶戶不必在在外圍再再設(shè)置模模數(shù)轉(zhuǎn)換換器，從從而降低低成本，提高系系統(tǒng)工作作的可靠靠性。采采用ADDSP221000系列的的代碼兼兼容語言言，使程程序的移移植非常常方便，縮短了了產(chǎn)品的的開發(fā)周周期，工工作量大大大減少少。AD公司司開發(fā)的的電機控控制DSSP芯片片ADMMC4001具有有一套完完備的外外圍控制制接口和和豐富的的電機控控制外設(shè)設(shè)電路，增強了了DSPP的快速速運算能能力，可可以在高高度集成成的環(huán)境境中對電電機進行行控制。它的基基本控制制外設(shè)電電路是帶帶有8路模擬擬量輸入入的模/數(shù)轉(zhuǎn)換換系統(tǒng)、光電編

34、編碼器接接口單元元和靈活活、簡便便的脈沖沖寬度調(diào)調(diào)制單元元，可以以輸出66路PWMM信號，以控制制逆變器器功率開開關(guān)的動動作，借借助于快快速、高高精度的的模/數(shù)轉(zhuǎn)換換系統(tǒng)和和控制器器來監(jiān)視視和調(diào)控控電機的的運行。ADMMC4001芯片片可廣泛泛應(yīng)用于于控制交交流電機機、直流流電機及及開關(guān)磁磁阻電機機等。Mottoroola系系列DSSP芯片片Motoorolla公司司研制的的DSPP56FF8xxx系列集集成了MMotoorolla 116位定定點DSSP微控控制器內(nèi)內(nèi)核DSSP5668000。芯片片內(nèi)核最最高可工工作于880 MMHz，指令執(zhí)執(zhí)行速度度可達440MIIPS，單指令令周期可可以

35、完成成1616位的的并行乘乘、加運運算，支支持166位雙向向循環(huán)移移位。芯芯片內(nèi)集集成相位位檢測器器和PWWM模塊塊，提供供硬件循循環(huán)操作作，具有有JTAAG程序序調(diào)試接接口，允允許在系系統(tǒng)設(shè)計計過程中中隨時進進行實時時調(diào)試，非常適適用于電電機的實實時控制制。DSSP566F8xxx系列列芯片可可以實現(xiàn)現(xiàn)復(fù)雜的的算法并并降低產(chǎn)產(chǎn)品成本本，提高高系統(tǒng)的的可靠性性與穩(wěn)定定性，可可用于控控制交流流感應(yīng)電電機、有有刷直流流及無刷刷電機、有傳感感器及無無傳感器器電機、可變磁磁阻電機機及步進進電機等等。4.2 控制制理論的的發(fā)展1）基于于穩(wěn)態(tài)模模型的標標量控制制交流電動動機最初初的運行行方式是是不受控控運

36、行。其控制制功能僅僅限于接接通和關(guān)關(guān)斷以及及某些情情況下的的輔助起起動、制制動和反反轉(zhuǎn)。為為了滿足足一些調(diào)調(diào)速傳動動的需要要，產(chǎn)生生了一些些性能較較差的控控制：如如鼠籠異異步電動動機降壓壓調(diào)速、繞線式式異步電電動機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子串電電阻調(diào)速速和電磁磁轉(zhuǎn)差離離合器調(diào)調(diào)速、繞繞線式異異步電動動機串極極調(diào)速、鼠籠異異步電動動機變壓壓變頻調(diào)調(diào)速（VVVVFF）、變變極調(diào)速速和同步步電機變變壓變頻頻調(diào)速。在以上上調(diào)速方方法中，除變壓壓變頻調(diào)調(diào)速外，一般為為開環(huán)控控制，不不需變頻頻器，設(shè)設(shè)備簡單單，但效效率低，性能差差。鼠籠籠異步電電動機基基于恒壓壓頻比控控制而構(gòu)構(gòu)成的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差頻率率閉環(huán)控控制，性性能相對對較好，但

37、由于于它們都都是基于于穩(wěn)態(tài)模模型，動動態(tài)性能能較差，一般只只用于水水泵、風(fēng)風(fēng)機等動動態(tài)性能能要求較較低的節(jié)節(jié)能調(diào)速速和一般般調(diào)速場場合。2）矢量量控制19711年由德德國學(xué)者者Blaaschhke提提出的矢矢量控制制理論使使交流電電機控制制由外部部宏觀穩(wěn)穩(wěn)態(tài)控制制深入到到電機內(nèi)內(nèi)部電磁磁過程的的瞬態(tài)控控制。永永磁同步步電機的的控制性性能由此此發(fā)生了了質(zhì)的飛飛躍。矢矢量控制制最本質(zhì)質(zhì)的特征征是通過過坐標變變換將交交流電機機內(nèi)部復(fù)復(fù)雜耦合合的非線線性變量量變換為為相對坐坐標系為為靜止的的直流變變量（如如電流，磁鏈，電壓等等），從從中找到到約束條條件，獲獲得某一一目標的的最佳控控制策略略。3）直接接

38、轉(zhuǎn)矩控控制19855年，Deepennbroock教教授提出出異步電電機直接接轉(zhuǎn)矩控控制方法法。該方方法在定定子坐標標系下分分析交流流電機的的數(shù)學(xué)模模型，在在近似圓圓形旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁場的的條件下下強調(diào)對對電機的的轉(zhuǎn)矩進進行直接接控制，省掉了了矢量坐坐標變換換等復(fù)雜雜的計算算。其磁磁場定向向應(yīng)用的的是定子子磁鏈，只需知知道定子子電阻就就可以把把它觀測測出來，相對矢矢量控制制更不易易受電機機參數(shù)變變化的影影響。近近年來，直接轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩控制制方式被被移植到到永磁同同步電機機的控制制中，其其控制規(guī)規(guī)律和關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)正逐漸漸被人們們了解、掌握。直接轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩控制制在全數(shù)數(shù)字化、大轉(zhuǎn)矩矩、快速速響應(yīng)的的交流伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)

39、中有廣廣闊應(yīng)用用前景。4）非線線性控制制交流電機機是一個個強耦合合、非線線性、多多變量系系統(tǒng)：非非線性控控制通過過非線性性狀態(tài)反反饋和非非線性變變換，實實現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)的動態(tài)態(tài)解耦和和全局線線性化，將非線線性、多多變量、強耦合合的交流流電動機機系統(tǒng)分分解為兩兩個獨立立的線性性單變量量系統(tǒng)。其中轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子磁鏈鏈子系統(tǒng)統(tǒng)由兩個個慣性環(huán)環(huán)節(jié)組成成。兩個個子系統(tǒng)統(tǒng)的調(diào)節(jié)節(jié)按線性性控制理理論分別別設(shè)計，以使系系統(tǒng)達到到預(yù)期的的性能指指標。但是，非非線性系系統(tǒng)反饋饋線性化化的基礎(chǔ)礎(chǔ)是已知知參數(shù)的的電動機機模型和和系統(tǒng)的的精確測測量或觀觀測，而而電機在在運行中中，參數(shù)數(shù)受各個個因素的的影響會會發(fā)生變變化，磁磁鏈觀測測

40、的準確確性也很很難論證證，這些些都會影影響系統(tǒng)統(tǒng)的魯棒棒性，甚甚至造成成系統(tǒng)性性能惡化化。目前前這種控控制方法法仍有待待進一步步完善。5）自適適應(yīng)控制制自適應(yīng)控控制能在在系統(tǒng)運運行過程程中不斷斷提取有有關(guān)模型型的信息息，使模模型逐漸漸完善，是克服服參數(shù)變變化影響響的有力力手段。應(yīng)用于于永磁交交流電機機控制的的自適應(yīng)應(yīng)方法有有模型參參考自適適應(yīng)、參參數(shù)辨識識自校正正控制以以及新發(fā)發(fā)展的各各種非線線性自適適應(yīng)控制制。但所所有這些些方法都都存在的的問題是是：數(shù)學(xué)模模型和運運算繁瑣瑣，使控控制系統(tǒng)統(tǒng)復(fù)雜化化；辨識和和校正都都需要一一個過程程，所以以對一些些參數(shù)變變化較快快的系統(tǒng)統(tǒng)，就會會因來不不及校正

41、正而難以以產(chǎn)生很很好的效效果。6）滑模模變結(jié)構(gòu)構(gòu)控制滑模變結(jié)結(jié)構(gòu)控制制是變結(jié)結(jié)構(gòu)控制制的一種種控制策策略，它它與常規(guī)規(guī)控制的的根本區(qū)區(qū)別在于于控制的的不連續(xù)續(xù)性，即即一種使使系統(tǒng)“結(jié)構(gòu)”隨時變變化的開開關(guān)特性性。其主主要特點點是，根根據(jù)被調(diào)調(diào)量的偏偏差及其其導(dǎo)數(shù)，有目地地的使系系統(tǒng)沿設(shè)設(shè)計好的的“滑動模模態(tài)”軌跡運運動。這這種滑動動模態(tài)是是可以設(shè)設(shè)計的，且與系系統(tǒng)的參參數(shù)及擾擾動無關(guān)關(guān)，因而而使系統(tǒng)統(tǒng)具有很很強的魯魯棒性。另外，滑模變變結(jié)構(gòu)控控制不需需要任何何在線辨辨識，所所以很容容易實現(xiàn)現(xiàn)。在過過去100多年里里，將滑滑模變結(jié)結(jié)構(gòu)控制制應(yīng)用于于交流傳傳動一直直是國內(nèi)內(nèi)外學(xué)者者的研究究熱點，并

42、已取取得了一一些有效效的結(jié)果果。但滑滑模變結(jié)結(jié)構(gòu)控制制本質(zhì)上上的不連連續(xù)開關(guān)關(guān)特性使使系統(tǒng)存存在“抖振”問題。主要原原因是：對于實實際的滑滑模變結(jié)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)統(tǒng)，其控控制力總總是受到到限制的的，從而而使系統(tǒng)統(tǒng)的加速速度有限限；系統(tǒng)的的慣性、切換開開關(guān)的時時間空間間滯后及及狀態(tài)檢檢測的誤誤差，特特別對于于計算機機的采樣樣系統(tǒng)，當采樣樣時間較較長時，形成“準滑模?！钡取Ｋ?，在在實際系系統(tǒng)中“抖振”必定存存在且無無法消除除，這就就限制了了它的應(yīng)應(yīng)用。7）智能能控制（1）專專家系統(tǒng)統(tǒng)智能控控制專家控制制(Exxperrt cconttroll)是智智能控制制的一個個重要分分支。專專家控制制的實質(zhì)質(zhì)是基

43、于于控制對對象和控控制規(guī)律律各種知知識，并并以智能能方式利利用這些些知識使使控制系系統(tǒng)盡可可能優(yōu)化化。專專家控制制的基本本思想是是：自動動控制理理論+專家系系統(tǒng)技術(shù)術(shù)。自動動控制系系統(tǒng)中存存在大量量的啟發(fā)發(fā)式邏輯輯，這是是因為工工業(yè)控制制對象及及其環(huán)境境的變化化呈現(xiàn)出出多樣性性、非線線性和不不確定性性，這些些啟發(fā)式式邏輯實實際上是是實現(xiàn)最最優(yōu)控制制目標的的各種經(jīng)經(jīng)驗知識識，難以以用一般般的數(shù)值值形式描描述，而而適于用用符號形形式來表表達，人人工智能能中的專專家系統(tǒng)統(tǒng)技術(shù)恰恰恰為這這類經(jīng)驗驗知識提提供了有有效的表表示和處處理方法法。知知識庫和和推理機機為專家家系統(tǒng)的的兩大要要素，知知識庫存存儲某

44、一一專門領(lǐng)領(lǐng)域的專專家知識識、條目目，推理理機制按按照專家家水平的的問題求求解方法法調(diào)用知知識庫中中的知識識條目進進行推理理、判斷斷和決策策。專家家系統(tǒng)與與傳統(tǒng)自自動控制制理論的的結(jié)合，形成了了專家控控制系統(tǒng)統(tǒng)，這類類系統(tǒng)以以模仿人人類智能能為基礎(chǔ)礎(chǔ)，彌補補了以數(shù)數(shù)學(xué)模型型為基礎(chǔ)礎(chǔ)的控制制系統(tǒng)的的不足。目前專家家控制的的研究大大致包括括用于傳傳統(tǒng)PIID控制制和自適適應(yīng)控制制的專家家控制和和.基于模模糊規(guī)則則的控制制方法。（2）模模糊邏輯輯智能控控制模糊邏輯輯控制實實質(zhì)上是是利用計計算機模模擬人的的模糊邏邏輯思維維功能實實現(xiàn)的一一種數(shù)字字反饋控控制。人人的思維維具有模模糊邏輯輯的特點點，因此此

45、用計算算機模擬擬人的模模糊思維維，即模模糊概念念、模糊糊判斷和和模糊推推理，就就是模糊糊控制的的思維科科學(xué)基礎(chǔ)礎(chǔ)，再和和反饋控控制理論論相結(jié)合合就可以以實現(xiàn)模模糊控制制。傳統(tǒng)的PPID控控制系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計中中需要給給出被控控對象的的精確模模型。模模型的不不精確性性及不確確定性都都會影響響PIDD控制性性能。相相反，模模糊控制制不需要要知道被被控對象象的精確確模型，它是基基于控制制系統(tǒng)輸輸入/輸出數(shù)數(shù)據(jù)因果果關(guān)系的的模糊推推理控制制。模糊控制制不是基基于被控控對象精精確模型型的控制制方式，因此具具有較強強的魯棒棒性，其其穩(wěn)態(tài)精精度可以以通過引引進智能能積分等等方法達達到所要要求的精精度。此此外，還還

46、可以將將模糊邏邏輯推理理和PIID控制制相結(jié)合合，對PPID控控制參數(shù)數(shù)進行自自適應(yīng)調(diào)調(diào)整，實實現(xiàn)無靜靜態(tài)跟蹤蹤伺服控控制。（3）神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)智能控控制人工神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是是利用計計算機模模擬人類類大腦神神經(jīng)系統(tǒng)統(tǒng)的聯(lián)接接機制而而設(shè)計的的一種信信息處理理的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一般簡簡稱神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN）。神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中最最基本單單元是神神經(jīng)細胞胞，簡稱稱神經(jīng)元元。它是是一種多多輸入單單輸出的的信息處處理單元元，包括括輸入處處理、活活化處理理和輸出出處理三三個部分分。從控控制的觀觀點，神神經(jīng)元模模型由加加權(quán)加法法器、單單輸入單單輸出線線性動態(tài)態(tài)系統(tǒng)和和靜態(tài)非非線性函函數(shù)所組組成。它它們模擬擬神經(jīng)細細胞綜合合處

47、理信信息的突突變性和和飽和性性的非線線性特征征。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)是由大大量神經(jīng)經(jīng)元構(gòu)成成網(wǎng)絡(luò)，能夠根根據(jù)某種種學(xué)習(xí)規(guī)規(guī)則，通通過調(diào)整整神經(jīng)元元之間的的聯(lián)接強強度（權(quán)權(quán)重）來來不斷改改進網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的逼近近性能，即神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具具有非常常強的非非線性映映射能力力。正因因為如此此，神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在在智能控控制、模模式識別別、故障障診斷、系統(tǒng)辯辯識等領(lǐng)領(lǐng)域獲得得了廣泛泛應(yīng)用。（4）除了了上述的的專家系系統(tǒng)、模模糊伺服服控制、神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)伺服服控制策策略外，還有遺遺傳算法法等控制制。5 結(jié)結(jié)語永磁無刷刷電動機機系統(tǒng)在在運動控控制系統(tǒng)統(tǒng)中的作作用越來來越突出出，是目目前國內(nèi)內(nèi)外最活活躍和最最具發(fā)展展前途的的控制系系統(tǒng)。文文

48、中首先先介紹了了系統(tǒng)的的組成，對電機機技術(shù)、設(shè)計和和工藝以以及傳感感技術(shù)和和控制技技術(shù)做了了較為詳詳細的論論述，并并提出發(fā)發(fā)展動向向；對于于研究人人員和管管理人員員有一定定意義。參考文獻獻1王王宗鮮，韓光鮮鮮，程智智.無刷直直流電動動機的方方波與正正弦波驅(qū)驅(qū)動JJ.微電機機，20002，35（6）：3-6.2莫莫會成.方波勵勵磁永磁磁無刷伺伺服電動動機換向向過程分分析JJ.微電機機，19994，27（3）：3-7.3莫莫會成.控制電電機發(fā)展展及建設(shè)設(shè)J.微電機機，20005，38（6）：744-777.4孫孫建忠，白風(fēng)仙仙.特種電電機及其其控制M.北京：中國水水利水電電出版社社，20005.5

49、正正田英介介（日）.電機電電器MM.北京：科學(xué)出出版社，20001.6祝祝恩國，楊公訓(xùn)訓(xùn)，許書書閣.引發(fā)工工業(yè)設(shè)計計革命的的DSPP技術(shù)J.微電機機，20006,39（1）：555-577.7莫莫會成.永磁交交流伺服服電動機機轉(zhuǎn)矩波波動分析析J.微電機機，20007，40（3）：1-4.8孟孟明.現(xiàn)代電電氣傳動動技術(shù)C.企業(yè)產(chǎn)產(chǎn)品國際際化戰(zhàn)略略與微電電機技術(shù)術(shù)發(fā)展論論壇，寧寧波，西西安微電電機研究究所，寧寧波，220066，12：16-19.【9】黃黃聲華.永磁交交流伺服服系統(tǒng)國國內(nèi)外發(fā)發(fā)展現(xiàn)狀狀C.微電機機工業(yè)“十一五五”發(fā)展論論壇，西西安微電電機研究究所，西西安，220055，7：1320

50、。作者簡介介：莫會會成（119622-），男，研研究員級級高工，教授，享受國國務(wù)院特特殊津貼貼專家，從事永永磁交流流伺服電電動機技技術(shù)研究究及技術(shù)術(shù)管理。機研究所所, 西西安 77100077）來源：永永磁電機機會議論論文集，編輯：閆晶芬芬摘要：永永磁無刷刷電動機機系統(tǒng)是是以電機機為控制制對象，以控制制器為核核心，以以電力電電子功率率變換裝裝置為執(zhí)執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)的電氣氣傳動控控制系統(tǒng)統(tǒng)。隨著著電機技技術(shù)、控控制理論論、數(shù)字字脈寬調(diào)調(diào)制技術(shù)術(shù)、新材材料技術(shù)術(shù)、微電電子技術(shù)術(shù)及現(xiàn)代代控制技技術(shù)的進進步，伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)經(jīng)歷了了從步進進伺服到到直流伺伺服，進進而到永永磁無刷刷電機伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)的發(fā)展展歷程，目

51、前已已成為電電機控制制技術(shù)的的主流方方向。1 系系統(tǒng)組成成永磁無無刷電動動機系統(tǒng)統(tǒng)是根據(jù)據(jù)位置、速度和和轉(zhuǎn)矩等等反饋信信息構(gòu)成成的控制制系統(tǒng)，由永磁磁無刷電電動機、傳感（傳感器器）和驅(qū)驅(qū)動器三三部分組組成（見見圖1）。系統(tǒng)統(tǒng)有開環(huán)環(huán)運行、轉(zhuǎn)矩控控制、速速度控制制和位置置控制44種基本本運行方方式，見見圖2圖5。其中圖圖4和圖圖5是用用于高精精度的控控制系統(tǒng)統(tǒng)，如數(shù)數(shù)控機床床的進給給驅(qū)動等等。圖1 永磁無無刷電動動機系統(tǒng)統(tǒng)方框圖圖 圖圖2 開環(huán)運運行方框框圖圖3 轉(zhuǎn)矩控控制系統(tǒng)統(tǒng)方框圖圖圖 圖44 速速度控制制系統(tǒng)方方框圖永磁無刷刷電動機機是通過過電子電電路換相相或電流流控制的的永磁電電動機。永

52、磁無無刷電動動機有正正弦波驅(qū)驅(qū)動和方方波驅(qū)動動兩種型型式：驅(qū)驅(qū)動電流流為矩形形波的通通常稱為為永磁無無刷直流流電動機機，驅(qū)動動電流為為正弦波波的通常常稱為永永磁交流流伺服電電動機，按傳感感類型可可分為有有傳感器器電動機機和無傳傳感器電電動機。驅(qū)動器指指接受控控制指令令、可實實現(xiàn)對電電動機的的轉(zhuǎn)矩、速度和和轉(zhuǎn)子位位置控制制的電氣氣裝置。驅(qū)動器按按其控制制電路和和軟件的的實現(xiàn)方方式可分分為模擬擬量控制制、數(shù)字字模擬混混合控制制和全數(shù)數(shù)字控制制三種；按驅(qū)動動方式可可分為方方波驅(qū)動動和正弦弦波驅(qū)動動。圖5 位置控控制系統(tǒng)統(tǒng)方框圖圖傳感部分分的作用用是檢測測永磁無無刷電動動機的位位置、速速度和電電流。常

53、常用的傳傳感器有有接近開開關(guān)、光光電編碼碼器、旋旋轉(zhuǎn)變壓壓器、霍霍爾元件件和電流流傳感器器等。2 結(jié)結(jié)構(gòu)、設(shè)設(shè)計和工工藝2.1 電機結(jié)結(jié)構(gòu)永磁無刷刷直流電電動機的的基本結(jié)結(jié)構(gòu)是將將永磁直直流電動動機的定定、轉(zhuǎn)子子位置進進行互換換，通常常稱為“內(nèi)翻外外”，轉(zhuǎn)子子為永磁磁結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生氣氣隙磁通通，定子子為電樞樞，有多多相對稱稱繞組，直流電電動機的的電刷和和機械換換向器被被逆變器器和轉(zhuǎn)子子位置傳傳感器所所代替。所以無無刷電動動機實際際上是一一種永磁磁同步電電機，如如圖6所所示。圖6 永磁無無刷電動動機結(jié)構(gòu)構(gòu) 圖圖7 外轉(zhuǎn)子子永磁無無刷直流流電動機機另外，永永磁無刷刷直流電電動機可可以做成成外轉(zhuǎn)子子型和

54、盤盤式轉(zhuǎn)子子型。其其結(jié)構(gòu)見見圖7和和圖8。外轉(zhuǎn)子子型電機機的永磁磁磁極轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子位于于定子的的外側(cè)，轉(zhuǎn)矩脈脈動小，容易做做成扁平平型，慣慣量較大大。盤式式轉(zhuǎn)子型型電機的的氣隙平平面與軸軸垂直，盤式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子與永永磁磁極極相向配配置，電電機成扁扁平形，可做成成有槽結(jié)結(jié)構(gòu)，見見圖8，也可以以做成無無槽、無無鐵心結(jié)結(jié)構(gòu)。這這種電動動機常用用于FDDD和CCD的直直接驅(qū)動動等。圖8 盤式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子無刷刷直流電電動機無刷直流流電動機機多采用用釤鈷（SmCCo）和和釹鐵硼硼（NddFeBB）等稀稀土永磁磁。常見見的轉(zhuǎn)子子結(jié)構(gòu)有有表面式式磁極，嵌入式式磁極和和環(huán)形磁磁極3種種，如圖圖9所示示。圖99a結(jié)構(gòu)構(gòu)是在鐵鐵心表

55、面面粘貼徑徑向充磁磁的瓦片片形永磁磁體，有有時也采采用矩形形小條拼拼裝成瓦瓦片形磁磁極，以以降低制制造成本本。圖99b結(jié)構(gòu)構(gòu)是在鐵鐵心中嵌嵌入矩形形永磁體體。其優(yōu)優(yōu)點是一一個極距距下的磁磁通由相相鄰兩個個磁極并并聯(lián)提供供，可以以獲得較較大的磁磁通。但但結(jié)構(gòu)需需要作隔隔磁處理理或者采采用不銹銹鋼軸。對于高高轉(zhuǎn)速運運行的電電機，圖圖9a和和圖9bb的結(jié)構(gòu)構(gòu)需在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子外表表面套一一個0.3 mmm00.8 mm的的磁性緊緊圈，防防止離心心力將磁磁鋼甩出出。緊圈圈材料通通常采用用不導(dǎo)磁磁的不銹銹鋼，也也可以用用環(huán)氧無無緯玻璃璃絲帶縛縛扎。圖圖9c結(jié)結(jié)構(gòu)是在在鐵心外外套上一一個整體體稀土永永磁環(huán)。該環(huán)形

56、形磁體徑徑向充磁磁為多極極，適用用于小功功率的電電機。這這種結(jié)構(gòu)構(gòu)的轉(zhuǎn)子子制造工工藝性較較好。2.2 設(shè)計計工藝技技術(shù)發(fā)展展動向1） 設(shè)計手手段不斷斷完善隨著計算算機技術(shù)術(shù)的發(fā)展展以及電電磁場數(shù)數(shù)值計算算、優(yōu)化化設(shè)計和和仿真技技術(shù)的不不斷完善善，形成成了以電電磁場數(shù)數(shù)值計算算、等效效磁路解解析求解解、場路路結(jié)合求求解等一一整套分分析研究究方法和和計算機機輔助分分析的設(shè)設(shè)計軟件件。如AAnsooft公公司、MMagnneFoorcee公司、Jmaag公司司均推出出各種類類型的電電機設(shè)計計軟件，以方便便快捷地地完成從從電機的的電磁設(shè)設(shè)計計算算、損耗耗計算、優(yōu)化設(shè)設(shè)計、噪噪聲抑制制、特性性分析等等。

57、針對對無刷電電機特點點，提供供多種轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子類型型、多種種繞組型型式及主主電路的的連接方方式，以以便組合合。20006年年三季度度，加拿拿大以電電磁計算算分析著著名的IInfoolytticaa公司，推出了了專門針針對永磁磁無刷電電機的MMotoorsoolvee設(shè)計軟軟件。圖9 無刷直直流電動動機轉(zhuǎn)子子結(jié)構(gòu)形形式這些軟件件除了對對電機進進行電磁磁設(shè)計，還可對對電機在在槽形、繞組、材料等等設(shè)計變變量改變變情況下下多方案案比較分分析、電電磁場精精確計算算和電機機多目標標優(yōu)化設(shè)設(shè)計，并并包括控控制電路路、控制制算法在在內(nèi)的整整個設(shè)計計流程，既可以以提供任任意時刻刻電機內(nèi)內(nèi)電磁場場分布數(shù)數(shù)據(jù)，又又能對電

58、電機工作作時所關(guān)關(guān)心的各各類運行行曲線，如轉(zhuǎn)矩矩、轉(zhuǎn)速速、電流流、功率率、效率率等提供供結(jié)果，同時還還能提供供齒槽轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩脈動動、轉(zhuǎn)速速波動等等詳細指指標參數(shù)數(shù)，并可可完成電電機的各各類正常常工況和和故障工工況的仿仿真實驗驗，包括括起動、堵轉(zhuǎn)、突加突突減負載載、突然然短路等等等。2）分數(shù)數(shù)槽技術(shù)術(shù)應(yīng)用日日益增多多分數(shù)槽繞繞組技術(shù)術(shù)在永磁磁無刷電電動機中中的應(yīng)用用已逐漸漸增多。如在電電動自行行車電機機中采用用三相、40極極、366槽；CColllmorrgenn公司GGolddlinne系列列交流伺伺服電機機采用44極、118槽，6極、24槽槽等；松松下伺服服電機采采用6極極、9槽槽，8極

59、極、122槽等每每極每相相槽數(shù)qq=1/2的分分數(shù)槽繞繞組結(jié)構(gòu)構(gòu)。對于多極極的無刷刷電動機機采用分分數(shù)槽繞繞組，可可以較少少的定子子槽數(shù)達達到多槽槽能達到到的效果果。采用用分數(shù)槽槽繞組有有以下優(yōu)優(yōu)點：a)電機機電樞槽槽數(shù)大為為減少，有利于于槽利用用率的提提高；b)較少少數(shù)目的的元件數(shù)數(shù)，可簡簡化嵌線線工藝和和接線，有助于于降低成成本；c)有可可能得到到線圈節(jié)節(jié)距y=1的設(shè)設(shè)計（集集中繞組組），便便于采用用自動繞繞線機繞繞制，提提高工效效；同時時各個線線圈端部部沒有重重疊，不不必設(shè)相相間絕緣緣；d)線圈圈周長和和繞組端端部縮短短，電動動機繞組組電阻減減小，銅銅損隨之之也減低低，提高高了電動動機的

60、性性能。采采用分數(shù)數(shù)槽繞組組的磁動動勢諧波波遠大于于整數(shù)槽槽繞組，如圖110所示示。圖10 整數(shù)數(shù)槽繞組組與分數(shù)數(shù)槽繞組組（q=1/2）時時的反電電動勢比比較3）無槽槽、無鐵鐵心結(jié)構(gòu)構(gòu)電機無鐵心無無刷電動動機的出出現(xiàn)是采采用新材材料、新新工藝的的結(jié)果。電樞采采用耐熱熱性能優(yōu)優(yōu)越的材材料制成成剛性整整體，可可以在高高溫及高高速情況況下長期期穩(wěn)定運運行；由由于電樞樞無鐵心心，電感感小，完完全消除除了鐵心心中的磁磁滯損耗耗和渦流流損耗，消除了了由齒槽槽效應(yīng)帶帶來的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩波動動，具有有優(yōu)異的的控制性性能；運運行效率率高、溫溫升低、轉(zhuǎn)速范范圍廣；電機的的電樞中中無齒槽槽且采用用全塑封封結(jié)構(gòu)，負載動動行時