永磁無刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)展研究現(xiàn)狀

永磁無刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)展研究現(xiàn)狀永磁無刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)展研究現(xiàn)狀永磁無刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)展研究現(xiàn)狀引用永磁無刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀無刷電機(jī)繞組繞線機(jī)2008-11-2919:55:17|分類：默認(rèn)分類|標(biāo)簽：|字號(hào)大中小訂閱引用David的永磁無刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀莫會(huì)成（西安微電機(jī)研究所,西安710077）來源：永磁電機(jī)會(huì)議論文集，編輯：閆晶芬摘要：永磁無刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是以電機(jī)為控制對(duì)象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)。隨著電機(jī)技術(shù)、控制理論、數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)、新材料技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的進(jìn)步，伺服系統(tǒng)經(jīng)歷了從步進(jìn)伺服到直流伺服，進(jìn)而到永磁無刷電機(jī)伺服系統(tǒng)的發(fā)展歷程，目前已成為電機(jī)控制技術(shù)的主流方向。1系統(tǒng)組成永磁無刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是根據(jù)位置、速度和轉(zhuǎn)矩等反饋信息構(gòu)成的控制系統(tǒng)，由永磁無刷電動(dòng)機(jī)、傳感（傳感器）和驅(qū)動(dòng)器三部分組成（見圖1）。系統(tǒng)有開環(huán)運(yùn)行、轉(zhuǎn)矩控制、速度控制和位置控制4種基本運(yùn)行方式，見圖2~圖5。其中圖4和圖5是用于高精度的控制系統(tǒng)，如數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)等。圖1永磁無刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)方框圖圖2開環(huán)運(yùn)行方框圖圖3轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)方框圖圖圖4速度控制系統(tǒng)方框圖永磁無刷電動(dòng)機(jī)是通過電子電路換相或電流控制的永磁電動(dòng)機(jī)。永磁無刷電動(dòng)機(jī)有正弦波驅(qū)動(dòng)和方波驅(qū)動(dòng)兩種型式：驅(qū)動(dòng)電流為矩形波的通常稱為永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)電流為正弦波的通常稱為永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)，按傳感類型可分為有傳感器電動(dòng)機(jī)和無傳感器電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)器指接受控制指令、可實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、速度和轉(zhuǎn)子位置控制的電氣裝置。驅(qū)動(dòng)器按其控制電路和軟件的實(shí)現(xiàn)方式可分為模擬量控制、數(shù)字模擬混合控制和全數(shù)字控制三種；按驅(qū)動(dòng)方式可分為方波驅(qū)動(dòng)和正弦波驅(qū)動(dòng)。圖5位置控制系統(tǒng)方框圖傳感部分的作用是檢測(cè)永磁無刷電動(dòng)機(jī)的位置、速度和電流。常用的傳感器有接近開關(guān)、光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、霍爾元件和電流傳感器等。2結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和工藝2.1電機(jī)結(jié)構(gòu)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是將永磁直流電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行互換，通常稱為“內(nèi)翻外”，轉(zhuǎn)子為永磁結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生氣隙磁通，定子為電樞，有多相對(duì)稱繞組，直流電動(dòng)機(jī)的電刷和機(jī)械換向器被逆變器和轉(zhuǎn)子位置傳感器所代替。所以無刷電動(dòng)機(jī)實(shí)際上是一種永磁同步電機(jī)，如圖6所示。圖6永磁無刷電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖7外轉(zhuǎn)子永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)另外，永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)可以做成外轉(zhuǎn)子型和盤式轉(zhuǎn)子型。其結(jié)構(gòu)見圖7和圖8。外轉(zhuǎn)子型電機(jī)的永磁磁極轉(zhuǎn)子位于定子的外側(cè)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，容易做成扁平型，慣量較大。盤式轉(zhuǎn)子型電機(jī)的氣隙平面與軸垂直，盤式轉(zhuǎn)子與永磁磁極相向配置，電機(jī)成扁平形，可做成有槽結(jié)構(gòu)，見圖8，也可以做成無槽、無鐵心結(jié)構(gòu)。這種電動(dòng)機(jī)常用于FDD和CD的直接驅(qū)動(dòng)等。圖8盤式轉(zhuǎn)子無刷直流電動(dòng)機(jī)無刷直流電動(dòng)機(jī)多采用釤鈷（SmCo）和釹鐵硼（NdFeB）等稀土永磁。常見的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有表面式磁極，嵌入式磁極和環(huán)形磁極3種，如圖9所示。圖9a結(jié)構(gòu)是在鐵心表面粘貼徑向充磁的瓦片形永磁體，有時(shí)也采用矩形小條拼裝成瓦片形磁極，以降低制造成本。圖9b結(jié)構(gòu)是在鐵心中嵌入矩形永磁體。其優(yōu)點(diǎn)是一個(gè)極距下的磁通由相鄰兩個(gè)磁極并聯(lián)提供，可以獲得較大的磁通。但結(jié)構(gòu)需要作隔磁處理或者采用不銹鋼軸。對(duì)于高轉(zhuǎn)速運(yùn)行的電機(jī)，圖9a和圖9b的結(jié)構(gòu)需在轉(zhuǎn)子外表面套一個(gè)0.3mm~0.8mm的磁性緊圈，防止離心力將磁鋼甩出。緊圈材料通常采用不導(dǎo)磁的不銹鋼，也可以用環(huán)氧無緯玻璃絲帶縛扎。圖9c結(jié)構(gòu)是在鐵心外套上一個(gè)整體稀土永磁環(huán)。該環(huán)形磁體徑向充磁為多極，適用于小功率的電機(jī)。這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子制造工藝性較好。2.2設(shè)計(jì)工藝技術(shù)發(fā)展動(dòng)向1）設(shè)計(jì)手段不斷完善隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)和仿真技術(shù)的不斷完善，形成了以電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算、等效磁路解析求解、場(chǎng)路結(jié)合求解等一整套分析研究方法和計(jì)算機(jī)輔助分析的設(shè)計(jì)軟件。如Ansoft公司、MagneForce公司、Jmag公司均推出各種類型的電機(jī)設(shè)計(jì)軟件，以方便快捷地完成從電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)計(jì)算、損耗計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)、噪聲抑制、特性分析等。針對(duì)無刷電機(jī)特點(diǎn)，提供多種轉(zhuǎn)子類型、多種繞組型式及主電路的連接方式，以便組合。2006年三季度，加拿大以電磁計(jì)算分析著名的Infolytica公司，推出了專門針對(duì)永磁無刷電機(jī)的Motorsolve設(shè)計(jì)軟件。圖9無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式這些軟件除了對(duì)電機(jī)進(jìn)行電磁設(shè)計(jì)，還可對(duì)電機(jī)在槽形、繞組、材料等設(shè)計(jì)變量改變情況下多方案比較分析、電磁場(chǎng)精確計(jì)算和電機(jī)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并包括控制電路、控制算法在內(nèi)的整個(gè)設(shè)計(jì)流程，既可以提供任意時(shí)刻電機(jī)內(nèi)電磁場(chǎng)分布數(shù)據(jù)，又能對(duì)電機(jī)工作時(shí)所關(guān)心的各類運(yùn)行曲線，如轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電流、功率、效率等提供結(jié)果，同時(shí)還能提供齒槽轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、轉(zhuǎn)速波動(dòng)等詳細(xì)指標(biāo)參數(shù)，并可完成電機(jī)的各類正常工況和故障工況的仿真實(shí)驗(yàn)，包括起動(dòng)、堵轉(zhuǎn)、突加突減負(fù)載、突然短路等等。2）分?jǐn)?shù)槽技術(shù)應(yīng)用日益增多分?jǐn)?shù)槽繞組技術(shù)在永磁無刷電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用已逐漸增多。如在電動(dòng)自行車電機(jī)中采用三相、40極、36槽；Collmorgen公司Goldline系列交流伺服電機(jī)采用4極、18槽，6極、24槽等；松下伺服電機(jī)采用6極、9槽，8極、12槽等每極每相槽數(shù)q=1/2的分?jǐn)?shù)槽繞組結(jié)構(gòu)。對(duì)于多極的無刷電動(dòng)機(jī)采用分?jǐn)?shù)槽繞組，可以較少的定子槽數(shù)達(dá)到多槽能達(dá)到的效果。采用分?jǐn)?shù)槽繞組有以下優(yōu)點(diǎn)：a)電機(jī)電樞槽數(shù)大為減少，有利于槽利用率的提高；b)較少數(shù)目的元件數(shù)，可簡(jiǎn)化嵌線工藝和接線，有助于降低成本；c)有可能得到線圈節(jié)距y=1的設(shè)計(jì)（集中繞組），便于采用自動(dòng)繞線機(jī)繞制，提高工效；同時(shí)各個(gè)線圈端部沒有重疊，不必設(shè)相間絕緣；d)線圈周長和繞組端部縮短，電動(dòng)機(jī)繞組電阻減小，銅損隨之也減低，提高了電動(dòng)機(jī)的性能。采用分?jǐn)?shù)槽繞組的磁動(dòng)勢(shì)諧波遠(yuǎn)大于整數(shù)槽繞組，如圖10所示。圖10整數(shù)槽繞組與分?jǐn)?shù)槽繞組（q=1/2）時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)比較3）無槽、無鐵心結(jié)構(gòu)電機(jī)無鐵心無刷電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)是采用新材料、新工藝的結(jié)果。電樞采用耐熱性能優(yōu)越的材料制成剛性整體，可以在高溫及高速情況下長期穩(wěn)定運(yùn)行；由于電樞無鐵心，電感小，完全消除了鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗，消除了由齒槽效應(yīng)帶來的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，具有優(yōu)異的控制性能；運(yùn)行效率高、溫升低、轉(zhuǎn)速范圍廣；電機(jī)的電樞中無齒槽且采用全塑封結(jié)構(gòu)，負(fù)載動(dòng)行時(shí)，噪聲及振動(dòng)都很低。無鐵心無刷電機(jī)可采用軸向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)和徑向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。軸向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的電機(jī)電樞繞組徑向按一定規(guī)律分布，在專用模具中固化成形，電樞兩側(cè)均為盤狀轉(zhuǎn)子體，轉(zhuǎn)子磁體為軸向磁化，兩側(cè)轉(zhuǎn)子可同時(shí)布置永磁體磁極及轉(zhuǎn)子軛，成雙勵(lì)磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，也可一側(cè)布置永磁體磁極而另一側(cè)布置轉(zhuǎn)子磁軛，成單勵(lì)磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。徑向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)電機(jī)的電樞繞組軸向按一定規(guī)律分布成筒狀，其電樞內(nèi)、外圓處均為筒狀轉(zhuǎn)子體，轉(zhuǎn)子磁極為徑向磁化，內(nèi)、外圓可同時(shí)布置永磁體磁極及轉(zhuǎn)子軛，成雙勵(lì)磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，也可在其中一個(gè)圓周上布置永磁體磁極，而另一圓周上只布置轉(zhuǎn)子磁軛，成單勵(lì)磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。徑向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)和軸向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)均可根據(jù)要求制造成內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。圖11為徑向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的無鐵心無刷電動(dòng)機(jī)典型結(jié)構(gòu)。圖11無鐵心無刷電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖12分割型定子沖片和鐵心典型盤式無刷電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子均為圓盤形，采用軸向氣隙磁場(chǎng)，可做成有鐵心和無鐵心兩種結(jié)構(gòu)，定子繞組呈徑向分布。無槽結(jié)構(gòu)無刷電動(dòng)機(jī)消除了齒槽效應(yīng)，具有轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲低、電樞電感小、定位干擾力矩小等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為很有發(fā)展前景的無刷電動(dòng)機(jī)。小直徑的電動(dòng)機(jī)，無槽結(jié)構(gòu)能獲得比有槽結(jié)構(gòu)更大的轉(zhuǎn)矩指標(biāo)；在特殊條件下，例如要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率相對(duì)不大，對(duì)電動(dòng)機(jī)的體積限制不嚴(yán)，而對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制要求很高的情況下，采取無槽結(jié)構(gòu)會(huì)獲得好的效果。國內(nèi)無槽無刷電動(dòng)機(jī)已有系列產(chǎn)品，功率范圍至30kW，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)20000r/min。4）工藝不斷革新在電機(jī)制造方面，通過對(duì)傳統(tǒng)工藝的不斷革新，出現(xiàn)了分割型定子鐵心結(jié)構(gòu)和連續(xù)繞線工藝方法。采用多極集中繞組，減少繞組端部長度，以適應(yīng)生產(chǎn)自動(dòng)化，使產(chǎn)品向低成本、低價(jià)格方向發(fā)展。同時(shí)出現(xiàn)了適應(yīng)不同性能參數(shù)永磁材料的瓦型、環(huán)型表面粘接結(jié)構(gòu)和各種不同設(shè)計(jì)嵌入式磁體結(jié)構(gòu)等新的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。對(duì)于節(jié)距y=1分?jǐn)?shù)槽設(shè)計(jì)，用專用繞線機(jī)直接繞制定子線圈，對(duì)于外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機(jī)比較方便，但對(duì)于內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機(jī)，特別是定子內(nèi)徑小的小功率電機(jī)，就要困難得多了。為此，分割型定子鐵心結(jié)構(gòu)的構(gòu)思提出來了。圖12所示為一種新型定子鐵心結(jié)構(gòu)，把定子鐵心每齒分割開來，可以在鐵心展開的狀態(tài)下繞制線圈，以便隨時(shí)調(diào)整線圈，實(shí)現(xiàn)規(guī)則繞制。繞圈繞制完成后，再把全部磁極對(duì)接成圓，形成一個(gè)完整的定子。這時(shí)，電樞槽的利用率可達(dá)85%以上。日本松下生產(chǎn)的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)最早采用上述新工藝，生產(chǎn)效率大大提高，產(chǎn)品體積大為減小，性能也有質(zhì)的提升。以400W為例，定子外徑從最早的φ125mm減小到φ56mm，效率由最早的70%提高到85%，溫升為80K。3傳感與傳感器技術(shù)3.1轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)位置傳感器在無刷直流電動(dòng)機(jī)中，常用的位置傳感器有以下幾種。1）電磁式位置傳感器電磁式位置傳感器是利用電磁效應(yīng)來檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，有開口變壓器、接近開關(guān)電路等；使用較多的是開口變壓器。電磁式位置傳感器具有輸出信號(hào)強(qiáng)、工作可靠、壽命長、適應(yīng)性強(qiáng)、對(duì)環(huán)境要求不高等優(yōu)點(diǎn)，多用于航空航天領(lǐng)域，但體積較大，信噪比較低，同時(shí)，其輸出波形為交流，需整流、濾波方可使用，因而限制了它在普通條件下的應(yīng)用。2）磁敏式位置傳感器常見的磁敏式位置傳感器由霍爾元件或霍爾集成電路構(gòu)成。霍爾元件位置傳感器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、成本低，是目前應(yīng)用最多的一種位置傳感器?；魻栐a(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)很低，往往需要外接放大器，很不方便，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，將霍爾元件與附加電路封裝成三端模塊，構(gòu)成霍爾集成電路。霍爾集成電路有開關(guān)型和線性型兩種，通常用開關(guān)型作為位置傳感器。3）光電式位置傳感器光電式位置傳感器由安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子上的遮光盤和固定不動(dòng)的光電開關(guān)組成。其原理如圖13所示。遮光盤上開有150°電角度的扇形開口，扇形開口的數(shù)目等于無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極的極對(duì)數(shù)。4極電機(jī)所用遮光盤如圖13。光電開關(guān)通常采用將發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在一起的光斷續(xù)器。圖13光電傳感器對(duì)于兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電動(dòng)機(jī)，3個(gè)光電開關(guān)在空間依次相差120°電角度，光電開關(guān)與電樞繞組的相對(duì)位置以及遮光盤與轉(zhuǎn)子磁極的相對(duì)位置類似于霍爾位置傳感器。4）對(duì)于高精度無刷伺服系統(tǒng)，用于速度和位置反饋的傳感器有：（1）光學(xué)絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器的精度由光電碼盤的機(jī)械位置決定，不受停電等干擾影響；由機(jī)械位置決定的每個(gè)位置是唯一的，無需記憶，無需找參考點(diǎn)，而且不用一直計(jì)數(shù)，數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。（2）光學(xué)增量式編碼器增量編碼器的特點(diǎn)是每產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖信號(hào)就對(duì)應(yīng)一個(gè)增量位移角，不能直接檢測(cè)出軸的絕對(duì)角度。常選用的分辨率為每轉(zhuǎn)2500個(gè)脈沖。（3）無刷旋轉(zhuǎn)變壓器+R/D變換器無刷旋轉(zhuǎn)變壓器是一種精密角度、位置、速度檢測(cè)元件，適用于高溫、嚴(yán)寒、潮濕、高速、高振動(dòng)等旋轉(zhuǎn)編碼器無法正常工作的場(chǎng)合。無刷旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號(hào)元件。無刷旋轉(zhuǎn)變壓器的精度主要由函數(shù)誤差和零位誤差衡量。其精度高于自整角機(jī)。（4）感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器是利用兩個(gè)平面形繞組的互感隨位置不同而變化的原理制做的；可用來測(cè)量直線和轉(zhuǎn)角位移；測(cè)量直線位移的稱長感應(yīng)同步器，測(cè)量轉(zhuǎn)角位移的稱圓感應(yīng)同步器。感應(yīng)同步器的優(yōu)點(diǎn)是分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長，維護(hù)簡(jiǎn)便。（5）無刷測(cè)速發(fā)電機(jī)。用于精度要求不高的無刷伺服系統(tǒng)的速度和位置傳感器有：（1）磁阻旋轉(zhuǎn)變壓器；（2）磁電式脈沖測(cè)速發(fā)電機(jī)；（3）磁性編碼器；此外，在經(jīng)濟(jì)型系統(tǒng)中，還有利用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)位置信號(hào)經(jīng)倍頻處理或利用在電機(jī)槽中放置線圈的簡(jiǎn)易型測(cè)速發(fā)電機(jī)作速度和位置檢測(cè)的方式。。3.2無位置傳感器檢測(cè)技術(shù)1）利用反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置按照無刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理，必須要有轉(zhuǎn)子磁極位置信號(hào)來決定電子開關(guān)的換相。目前，大多數(shù)采用安裝位置傳感器（例如霍爾元件）方法來得到這些信號(hào)。它有必須占用電機(jī)一些空間，安裝位置要準(zhǔn)，需較多引出線，影響可靠性，在某些場(chǎng)合，如壓縮機(jī)內(nèi)的高溫高壓環(huán)境，不允許安放霍爾元件。為此，80年代以來，微機(jī)控制技術(shù)的快速進(jìn)展，出現(xiàn)了各種稱為無位置傳感器控制技術(shù)方法，是當(dāng)代無刷直流電動(dòng)機(jī)控制研究熱點(diǎn)之一。它從電子電路以軟件方法獲得轉(zhuǎn)子磁極位置信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電子換相。在諸多方法中，以反電勢(shì)法較成功。它檢測(cè)不激勵(lì)相繞組的反電勢(shì)過零點(diǎn)，經(jīng)過運(yùn)算后，決定換相時(shí)刻。這也是硬件軟件化的一個(gè)成功例子。反電動(dòng)勢(shì)法的缺陷是當(dāng)電機(jī)在靜止或低速運(yùn)行時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)為0或太小，因而無法利用，一般采用專門的起動(dòng)電路，使電機(jī)以他控變頻方式起動(dòng)，當(dāng)電機(jī)具有一定的初速度和電動(dòng)勢(shì)后，再切換到自控變頻狀態(tài)。這個(gè)過程稱為三段式起動(dòng)，包括轉(zhuǎn)子定位、加速和運(yùn)行狀態(tài)切換三個(gè)階段。2）續(xù)流二極管檢測(cè)法通過對(duì)逆變器開關(guān)管施加特殊時(shí)序的斬波控制信號(hào)，使電機(jī)繞組的續(xù)流電流沿著特定的回路流通，當(dāng)斷開相繞組的反電動(dòng)勢(shì)過零時(shí)，與斷開相開關(guān)管并聯(lián)的續(xù)流二極管中將流過續(xù)流電流，通過對(duì)該續(xù)流二極管導(dǎo)通與否的檢測(cè)就可以確定出繞組反電動(dòng)勢(shì)的過零點(diǎn)，從而得到電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。這種檢測(cè)方法實(shí)際檢測(cè)的也是繞組的反電動(dòng)勢(shì)，但是檢測(cè)的靈敏度相對(duì)較高，在電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的2%以上有效，起動(dòng)容易、調(diào)速比大，缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)電路稍復(fù)雜一些。3）瞬時(shí)電壓方程法利用電機(jī)各相瞬時(shí)電壓和電流方程，實(shí)時(shí)計(jì)算電機(jī)由靜止到正常運(yùn)轉(zhuǎn)任一時(shí)刻轉(zhuǎn)子的位置，控制電機(jī)的運(yùn)行。該方法不需專門的起動(dòng)線路，電路簡(jiǎn)單、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，但對(duì)電機(jī)本體的數(shù)學(xué)模型依賴性大，當(dāng)電機(jī)參數(shù)因溫度變化發(fā)生漂移時(shí)，容易造成建模誤差，使控制精確性受到影響；另外，由于在線計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算量很大，考慮到轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的實(shí)時(shí)性，必須采用具有快速運(yùn)算能力的DSP和高速A/D轉(zhuǎn)換器。4）脈沖注入法轉(zhuǎn)子位置的不同使電機(jī)磁場(chǎng)的分布也不同。該方法采用脈沖注入檢測(cè)無刷電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子位置，通過依次向定子繞組注入一系列脈沖，根據(jù)測(cè)量得到的電流峰值判斷轉(zhuǎn)子位置。該方法對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴性低。4控制技術(shù)發(fā)展動(dòng)向4.1DSP的應(yīng)用促進(jìn)了無刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展1）DSP的特點(diǎn)隨著技術(shù)進(jìn)步和用戶對(duì)電機(jī)控制器的運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)處理能力、控制精度和實(shí)時(shí)性提出了更高的要求，過去單純的靠開、停時(shí)間長短或單片機(jī)來控制電機(jī)運(yùn)行的方式已不能滿足實(shí)際需要；特別是對(duì)于采用矢量變換控制的系統(tǒng)，由于需要處理的數(shù)據(jù)量大，對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和精度要求較高，單片機(jī)往往不能滿足要求。與單片機(jī)相比，DSP器件集成度較高，CPU速度較快，存儲(chǔ)器容量更大，更適用于電動(dòng)機(jī)的變速驅(qū)動(dòng)控制，同時(shí)可以提高系統(tǒng)的性能，降低成本和功耗，簡(jiǎn)化外圍電路的設(shè)計(jì)工作。因此，為了達(dá)到電機(jī)控制不斷增加的計(jì)算量和速度要求，更好地發(fā)揮電機(jī)的運(yùn)行性能，具有強(qiáng)大數(shù)字信號(hào)處理功能的DSP芯片應(yīng)運(yùn)而生。DSP技術(shù)的應(yīng)用使現(xiàn)代控制理論中先進(jìn)而復(fù)雜的算法得以實(shí)現(xiàn)。DSP芯片的飛速發(fā)展促進(jìn)了無刷電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。DSP把現(xiàn)實(shí)生活中的各種模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再用數(shù)學(xué)計(jì)算方法來處理這些數(shù)字信號(hào)并得到相應(yīng)結(jié)果。數(shù)字信號(hào)處理的主要任務(wù)是完成大量的實(shí)時(shí)計(jì)算。例如在DSP中常用的FIR濾波和FFT快速算法。DSP芯片是一種特別適用于數(shù)字信號(hào)處理的微處理器。它強(qiáng)調(diào)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理的實(shí)時(shí)性，除具備普通微處理器強(qiáng)調(diào)的快速計(jì)算和控制功能，在芯片結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流程和指令系統(tǒng)方面有較大改進(jìn)。例如：采用哈佛結(jié)構(gòu)及改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)具有更高的指令執(zhí)行速度，更適于處理具有高度實(shí)時(shí)要求的數(shù)字信號(hào)。廣泛采用流水線技術(shù)，加快指令執(zhí)行速度，增強(qiáng)了處理器處理數(shù)據(jù)的能力。采用多總線結(jié)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)芯片的總線沖突問題，大大提高了系統(tǒng)的速度和效率。可以在一個(gè)周期內(nèi)同時(shí)訪問數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)空間，解決了傳統(tǒng)芯片的總線沖突問題，大大提高了系統(tǒng)的速度和效率。快速的中斷處理能力和硬件I/O接口支持。2）DSP在無刷電機(jī)控制中的應(yīng)用（1）DSP技術(shù)在無刷電機(jī)控制中的發(fā)展20世紀(jì)80年代，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)開始應(yīng)用于電機(jī)控制領(lǐng)域，其主要用來直接控制感應(yīng)電機(jī)的磁通量和轉(zhuǎn)矩，以達(dá)到對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行快速、高性能的控制。典型的產(chǎn)品代表為TI公司的TMS32010。但由于以前數(shù)字信號(hào)處理器芯片的價(jià)格較高，人們對(duì)其在電機(jī)控制中的應(yīng)用也沒有給予足夠的重視，這種芯片主要用在通訊、圖像處理等領(lǐng)域，而在電機(jī)控制中的應(yīng)用較少，后來由于數(shù)字信號(hào)處理器芯片的性價(jià)比不斷提高，而且其強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理能力越來越受到用戶的歡迎，DSP的應(yīng)用得到了較快的發(fā)展。盡管最初把DSP技術(shù)應(yīng)用于電機(jī)控制的目的是其快速的數(shù)據(jù)處理能力能夠?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，使復(fù)雜的算法得以實(shí)現(xiàn)，但以前的DSP芯片沒有集成數(shù)模轉(zhuǎn)換和脈寬調(diào)制等外圍電路，芯片只是作為在算法上比MCU占優(yōu)勢(shì)的通用處理器來使用，大大增加了系統(tǒng)的體積和產(chǎn)品的成本，增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，延長開發(fā)周期，降低系統(tǒng)工作的可靠性。(2)典型的DSP芯片在無刷電機(jī)控制中的應(yīng)用·TI系列DSP芯片TI公司于1998年推出的TMS320F240是電機(jī)控制領(lǐng)域一個(gè)劃時(shí)代的進(jìn)步。芯片的執(zhí)行速度很快，在20MHz的時(shí)鐘頻率下，指令周期僅為50ns，且多數(shù)指令都能在一個(gè)指令周期內(nèi)完成，片內(nèi)具有FlashROM。內(nèi)部有16通道兩路轉(zhuǎn)換精度為10位的AD變換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為6.6μs。在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成電流閉環(huán)時(shí)，反饋電流信號(hào)可以經(jīng)AD輸入CPU處理。另外，TMS320F240還提供28個(gè)I/O口，用于控制系統(tǒng)所需的各種開關(guān)量。芯片內(nèi)集成的事件管理器（EV）具有控制三個(gè)半高橋的能力，當(dāng)各個(gè)橋需要互補(bǔ)的PWM去控制時(shí)，EV可以提供這種功能，極大地方便了電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。它是專門用于電機(jī)控制的模塊。·AD系列DSP芯片AD公司推出基于16位26MIPS定點(diǎn)DSP核ADSP2171的ADMC300、330、331電機(jī)控制芯片，把數(shù)字信號(hào)處理器和外圍電路結(jié)合在一起，集成了16位三相PWM發(fā)生器、存儲(chǔ)器，串行通訊口，定時(shí)器等外圍器件，還具有7路模擬量的輸入通道，用戶不必在外圍再設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器，從而降低成本，提高系統(tǒng)工作的可靠性。采用ADSP2100系列的代碼兼容語言，使程序的移植非常方便，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，工作量大大減少。AD公司開發(fā)的電機(jī)控制DSP芯片ADMC401具有一套完備的外圍控制接口和豐富的電機(jī)控制外設(shè)電路，增強(qiáng)了DSP的快速運(yùn)算能力，可以在高度集成的環(huán)境中對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。它的基本控制外設(shè)電路是帶有8路模擬量輸入的模/數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、光電編碼器接口單元和靈活、簡(jiǎn)便的脈沖寬度調(diào)制單元，可以輸出6路PWM信號(hào)，以控制逆變器功率開關(guān)的動(dòng)作，借助于快速、高精度的模/數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和控制器來監(jiān)視和調(diào)控電機(jī)的運(yùn)行。ADMC401芯片可廣泛應(yīng)用于控制交流電機(jī)、直流電機(jī)及開關(guān)磁阻電機(jī)等?！otorola系列DSP芯片Motorola公司研制的DSP56F8xx系列集成了Motorola16位定點(diǎn)DSP微控制器內(nèi)核DSP56800。芯片內(nèi)核最高可工作于80MHz，指令執(zhí)行速度可達(dá)40MIPS，單指令周期可以完成16×16位的并行乘、加運(yùn)算，支持16位雙向循環(huán)移位。芯片內(nèi)集成相位檢測(cè)器和PWM模塊，提供硬件循環(huán)操作，具有JTAG程序調(diào)試接口，允許在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中隨時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)試，非常適用于電機(jī)的實(shí)時(shí)控制。DSP56F8xx系列芯片可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法并降低產(chǎn)品成本，提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，可用于控制交流感應(yīng)電機(jī)、有刷直流及無刷電機(jī)、有傳感器及無傳感器電機(jī)、可變磁阻電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)等。4.2控制理論的發(fā)展1）基于穩(wěn)態(tài)模型的標(biāo)量控制交流電動(dòng)機(jī)最初的運(yùn)行方式是不受控運(yùn)行。其控制功能僅限于接通和關(guān)斷以及某些情況下的輔助起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。為了滿足一些調(diào)速傳動(dòng)的需要，產(chǎn)生了一些性能較差的控制：如鼠籠異步電動(dòng)機(jī)降壓調(diào)速、繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、繞線式異步電動(dòng)機(jī)串極調(diào)速、鼠籠異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速（VVVF）、變極調(diào)速和同步電機(jī)變壓變頻調(diào)速。在以上調(diào)速方法中，除變壓變頻調(diào)速外，一般為開環(huán)控制，不需變頻器，設(shè)備簡(jiǎn)單，但效率低，性能差。鼠籠異步電動(dòng)機(jī)基于恒壓頻比控制而構(gòu)成的轉(zhuǎn)差頻率閉環(huán)控制，性能相對(duì)較好，但由于它們都是基于穩(wěn)態(tài)模型，動(dòng)態(tài)性能較差，一般只用于水泵、風(fēng)機(jī)等動(dòng)態(tài)性能要求較低的節(jié)能調(diào)速和一般調(diào)速場(chǎng)合。2）矢量控制1971年由德國學(xué)者Blaschke提出的矢量控制理論使交流電機(jī)控制由外部宏觀穩(wěn)態(tài)控制深入到電機(jī)內(nèi)部電磁過程的瞬態(tài)控制。永磁同步電機(jī)的控制性能由此發(fā)生了質(zhì)的飛躍。矢量控制最本質(zhì)的特征是通過坐標(biāo)變換將交流電機(jī)內(nèi)部復(fù)雜耦合的非線性變量變換為相對(duì)坐標(biāo)系為靜止的直流變量（如電流，磁鏈，電壓等），從中找到約束條件，獲得某一目標(biāo)的最佳控制策略。3）直接轉(zhuǎn)矩控制1985年，Depenbrock教授提出異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法。該方法在定子坐標(biāo)系下分析交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，在近似圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的條件下強(qiáng)調(diào)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制，省掉了矢量坐標(biāo)變換等復(fù)雜的計(jì)算。其磁場(chǎng)定向應(yīng)用的是定子磁鏈，只需知道定子電阻就可以把它觀測(cè)出來，相對(duì)矢量控制更不易受電機(jī)參數(shù)變化的影響。近年來，直接轉(zhuǎn)矩控制方式被移植到永磁同步電機(jī)的控制中，其控制規(guī)律和關(guān)鍵技術(shù)正逐漸被人們了解、掌握。直接轉(zhuǎn)矩控制在全數(shù)字化、大轉(zhuǎn)矩、快速響應(yīng)的交流伺服系統(tǒng)中有廣闊應(yīng)用前景。4）非線性控制交流電機(jī)是一個(gè)強(qiáng)耦合、非線性、多變量系統(tǒng)：非線性控制通過非線性狀態(tài)反饋和非線性變換，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)解耦和全局線性化，將非線性、多變量、強(qiáng)耦合的交流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)分解為兩個(gè)獨(dú)立的線性單變量系統(tǒng)。其中轉(zhuǎn)子磁鏈子系統(tǒng)由兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)組成。兩個(gè)子系統(tǒng)的調(diào)節(jié)按線性控制理論分別設(shè)計(jì)，以使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的性能指標(biāo)。但是，非線性系統(tǒng)反饋線性化的基礎(chǔ)是已知參數(shù)的電動(dòng)機(jī)模型和系統(tǒng)的精確測(cè)量或觀測(cè)，而電機(jī)在運(yùn)行中，參數(shù)受各個(gè)因素的影響會(huì)發(fā)生變化，磁鏈觀測(cè)的準(zhǔn)確性也很難論證，這些都會(huì)影響系統(tǒng)的魯棒性，甚至造成系統(tǒng)性能惡化。目前這種控制方法仍有待進(jìn)一步完善。5）自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制能在系統(tǒng)運(yùn)行過程中不斷提取有關(guān)模型的信息，使模型逐漸完善，是克服參數(shù)變化影響的有力手段。應(yīng)用于永磁交流電機(jī)控制的自適應(yīng)方法有模型參考自適應(yīng)、參數(shù)辨識(shí)自校正控制以及新發(fā)展的各種非線性自適應(yīng)控制。但所有這些方法都存在的問題是：①數(shù)學(xué)模型和運(yùn)算繁瑣，使控制系統(tǒng)復(fù)雜化；②辨識(shí)和校正都需要一個(gè)過程，所以對(duì)一些參數(shù)變化較快的系統(tǒng)，就會(huì)因來不及校正而難以產(chǎn)生很好的效果。6）滑模變結(jié)構(gòu)控制滑模變結(jié)構(gòu)控制是變結(jié)構(gòu)控制的一種控制策略，它與常規(guī)控制的根本區(qū)別在于控制的不連續(xù)性，即一種使系統(tǒng)“結(jié)構(gòu)”隨時(shí)變化的開關(guān)特性。其主要特點(diǎn)是，根據(jù)被調(diào)量的偏差及其導(dǎo)數(shù)，有目地的使系統(tǒng)沿設(shè)計(jì)好的“滑動(dòng)模態(tài)”軌跡運(yùn)動(dòng)。這種滑動(dòng)模態(tài)是可以設(shè)計(jì)的，且與系統(tǒng)的參數(shù)及擾動(dòng)無關(guān)，因而使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的魯棒性。另外，滑模變結(jié)構(gòu)控制不需要任何在線辨識(shí)，所以很容易實(shí)現(xiàn)。在過去10多年里，將滑模變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用于交流傳動(dòng)一直是國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)，并已取得了一些有效的結(jié)果。但滑模變結(jié)構(gòu)控制本質(zhì)上的不連續(xù)開關(guān)特性使系統(tǒng)存在“抖振”問題。主要原因是：①對(duì)于實(shí)際的滑模變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其控制力總是受到限制的，從而使系統(tǒng)的加速度有限；②系統(tǒng)的慣性、切換開關(guān)的時(shí)間空間滯后及狀態(tài)檢測(cè)的誤差，特別對(duì)于計(jì)算機(jī)的采樣系統(tǒng)，當(dāng)采樣時(shí)間較長時(shí)，形成“準(zhǔn)滑?！钡取Ｋ?，在實(shí)際系統(tǒng)中“抖振”必定存在且無法消除，這就限制了它的應(yīng)用。7）智能控制（1）專家系統(tǒng)智能控制專家控制(Expertcontrol)是智能控制的一個(gè)重要分支。專家控制的實(shí)質(zhì)是基于控制對(duì)象和控制規(guī)律各種知識(shí)，并以智能方式利用這些知識(shí)使控制系統(tǒng)盡可能優(yōu)化。專家控制的基本思想是：自動(dòng)控制理論+專家系統(tǒng)技術(shù)。自動(dòng)控制系統(tǒng)中存在大量的啟發(fā)式邏輯，這是因?yàn)楣I(yè)控制對(duì)象及其環(huán)境的變化呈現(xiàn)出多樣性、非線性和不確定性，這些啟發(fā)式邏輯實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制目標(biāo)的各種經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，難以用一般的數(shù)值形式描述，而適于用符號(hào)形式來表達(dá)，人工智能中的專家系統(tǒng)技術(shù)恰恰為這類經(jīng)驗(yàn)知識(shí)提供了有效的表示和處理方法。知識(shí)庫和推理機(jī)為專家系統(tǒng)的兩大要素，知識(shí)庫存儲(chǔ)某一專門領(lǐng)域的專家知識(shí)、條目，推理機(jī)制按照專家水平的問題求解方法調(diào)用知識(shí)庫中的知識(shí)條目進(jìn)行推理、判斷和決策。專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)自動(dòng)控制理論的結(jié)合，形成了專家控制系統(tǒng)，這類系統(tǒng)以模仿人類智能為基礎(chǔ)，彌補(bǔ)了以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的不足。目前專家控制的研究大致包括用于傳統(tǒng)PID控制和自適應(yīng)控制的專家控制和.基于模糊規(guī)則的控制方法。（2）模糊邏輯智能控制模糊邏輯控制實(shí)質(zhì)上是利用計(jì)算機(jī)模擬人的模糊邏輯思維功能實(shí)現(xiàn)的一種數(shù)字反饋控制。人的思維具有模糊邏輯的特點(diǎn)，因此用計(jì)算機(jī)模擬人的模糊思維，即模糊概念、模糊判斷和模糊推理，就是模糊控制的思維科學(xué)基礎(chǔ)，再和反饋控制理論相結(jié)合就可以實(shí)現(xiàn)模糊控制。傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要給出被控對(duì)象的精確模型。模型的不精確性及不確定性都會(huì)影響PID控制性能。相反，模糊控制不需要知道被控對(duì)象的精確模型，它是基于控制系統(tǒng)輸入/輸出數(shù)據(jù)因果關(guān)系的模糊推理控制。模糊控制不是基于被控對(duì)象精確模型的控制方式，因此具有較強(qiáng)的魯棒性，其穩(wěn)態(tài)精度可以通過引進(jìn)智能積分等方法達(dá)到所要求的精度。此外，還可以將模糊邏輯推理和PID控制相結(jié)合，對(duì)PID控制參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)無靜態(tài)跟蹤伺服控制。（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是利用計(jì)算機(jī)模擬人類大腦神經(jīng)系統(tǒng)的聯(lián)接機(jī)制而設(shè)計(jì)的一種信息處理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一般簡(jiǎn)稱神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN）。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中最基本單元是神經(jīng)細(xì)胞，簡(jiǎn)稱神經(jīng)元。它是一種多輸入單輸出的信息處理單元，包括輸入處理、活化處理和輸出處理三個(gè)部分。從控制的觀點(diǎn)，神經(jīng)元模型由加權(quán)加法器、單輸入單輸出線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和靜態(tài)非線性函數(shù)所組成。它們模擬神經(jīng)細(xì)胞綜合處理信息的突變性和飽和性的非線性特征。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量神經(jīng)元構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，能夠根據(jù)某種學(xué)習(xí)規(guī)則，通過調(diào)整神經(jīng)元之間的聯(lián)接強(qiáng)度（權(quán)重）來不斷改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的逼近性能，即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有非常強(qiáng)的非線性映射能力。正因?yàn)槿绱?，神?jīng)網(wǎng)絡(luò)在智能控制、模式識(shí)別、故障診斷、系統(tǒng)辯識(shí)等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。（4）除了上述的專家系統(tǒng)、模糊伺服控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)伺服控制策略外，還有遺傳算法等控制。5結(jié)語永磁無刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用越來越突出，是目前國內(nèi)外最活躍和最具發(fā)展前途的控制系統(tǒng)。文中首先介紹了系統(tǒng)的組成，對(duì)電機(jī)技術(shù)、設(shè)計(jì)和工藝以及傳感技術(shù)和控制技術(shù)做了較為詳細(xì)的論述，并提出發(fā)展動(dòng)向；對(duì)于研究人員和管理人員有一定意義。參考文獻(xiàn)［1］王宗鮮，韓光鮮，程智.無刷直流電動(dòng)機(jī)的方波與正弦波驅(qū)動(dòng)［J］.微電機(jī)，2002，35（6）：3-6.［2］莫會(huì)成.方波勵(lì)磁永磁無刷伺服電動(dòng)機(jī)換向過程分析［J］.微電機(jī)，1994，27（3）：3-7.［3］莫會(huì)成.控制電機(jī)發(fā)展及建設(shè)［J］.微電機(jī)，2005，38（6）：74-77.［4］孫建忠，白風(fēng)仙.特種電機(jī)及其控制［M］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é)構(gòu)，負(fù)載動(dòng)行時(shí)，噪聲及振動(dòng)都很低。無鐵心無刷電機(jī)可采用軸向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)和徑向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。軸向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的電機(jī)電樞繞組徑向按一定規(guī)律分布，在專用模具中固化成形，電樞兩側(cè)均為盤狀轉(zhuǎn)子體，轉(zhuǎn)子磁體為軸向磁化，兩側(cè)轉(zhuǎn)子可同時(shí)布置永磁體磁極及轉(zhuǎn)子軛，成雙勵(lì)磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，也可一側(cè)布置永磁體磁極而另一側(cè)布置轉(zhuǎn)子磁軛，成單勵(lì)磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。徑向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)電機(jī)的電樞繞組軸向按一定規(guī)律分布成筒狀，其電樞內(nèi)、外圓處均為筒狀轉(zhuǎn)子體，轉(zhuǎn)子磁極為徑向磁化，內(nèi)、外圓可同時(shí)布置永磁體磁極及轉(zhuǎn)子軛，成雙勵(lì)磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，也可在其中一個(gè)圓周上布置永磁體磁極，而另一圓周上只布置轉(zhuǎn)子磁軛，成單勵(lì)磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。徑向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)和軸向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)均可根據(jù)要求制造成內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。圖11為徑向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的無鐵心無刷電動(dòng)機(jī)典型結(jié)構(gòu)。圖11無鐵心無刷電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖12分割型定子沖片和鐵心典型盤式無刷電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子均為圓盤形，采用軸向氣隙磁場(chǎng)，可做成有鐵心和無鐵心兩種結(jié)構(gòu)，定子繞組呈徑向分布。無槽結(jié)構(gòu)無刷電動(dòng)機(jī)消除了齒槽效應(yīng)，具有轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲低、電樞電感小、定位干擾力矩小等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為很有發(fā)展前景的無刷電動(dòng)機(jī)。小直徑的電動(dòng)機(jī)，無槽結(jié)構(gòu)能獲得比有槽結(jié)構(gòu)更大的轉(zhuǎn)矩指標(biāo)；在特殊條件下，例如要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率相對(duì)不大，對(duì)電動(dòng)機(jī)的體積限制不嚴(yán)，而對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制要求很高的情況下，采取無槽結(jié)構(gòu)會(huì)獲得好的效果。國內(nèi)無槽無刷電動(dòng)機(jī)已有系列產(chǎn)品，功率范圍至30kW，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)20000r/min。4）工藝不斷革新在電機(jī)制造方面，通過對(duì)傳統(tǒng)工藝的不斷革新，出現(xiàn)了分割型定子鐵心結(jié)構(gòu)和連續(xù)繞線工藝方法。采用多極集中繞組，減少繞組端部長度，以適應(yīng)生產(chǎn)自動(dòng)化，使產(chǎn)品向低成本、低價(jià)格方向發(fā)展。同時(shí)出現(xiàn)了適應(yīng)不同性能參數(shù)永磁材料的瓦型、環(huán)型表面粘接結(jié)構(gòu)和各種不同設(shè)計(jì)嵌入式磁體結(jié)構(gòu)等新的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。對(duì)于節(jié)距y=1分?jǐn)?shù)槽設(shè)計(jì)，用專用繞線機(jī)直接繞制定子線圈，對(duì)于外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機(jī)比較方便，但對(duì)于內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機(jī)，特別是定子內(nèi)徑小的小功率電機(jī)，就要困難得多了。為此，分割型定子鐵心結(jié)構(gòu)的構(gòu)思提出來了。圖12所示為一種新型定子鐵心結(jié)構(gòu)，把定子鐵心每齒分割開來，可以在鐵心展開的狀態(tài)下繞制線圈，以便隨時(shí)調(diào)整線圈，實(shí)現(xiàn)規(guī)則繞制。繞圈繞制完成后，再把全部磁極對(duì)接成圓，形成一個(gè)完整的定子。這時(shí)，電樞槽的利用率可達(dá)85%以上。日本松下生產(chǎn)的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)最早采用上述新工藝，生產(chǎn)效率大大提高，產(chǎn)品體積大為減小，性能也有質(zhì)的提升。以400W為例，定子外徑從最早的φ125mm減小到φ56mm，效率由最早的70%提高到85%，溫升為80K。3傳感與傳感器技術(shù)3.1轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)位置傳感器在無刷直流電動(dòng)機(jī)中，常用的位置傳感器有以下幾種。1）電磁式位置傳感器電磁式位置傳感器是利用電磁效應(yīng)來檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，有開口變壓器、接近開關(guān)電路等；使用較多的是開口變壓器。電磁式位置傳感器具有輸出信號(hào)強(qiáng)、工作可靠、壽命長、適應(yīng)性強(qiáng)、對(duì)環(huán)境要求不高等優(yōu)點(diǎn)，多用于航空航天領(lǐng)域，但體積較大，信噪比較低，同時(shí)，其輸出波形為交流，需整流、濾波方可使用，因而限制了它在普通條件下的應(yīng)用。2）磁敏式位置傳感器常見的磁敏式位置傳感器由霍爾元件或霍爾集成電路構(gòu)成。霍爾元件位置傳感器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、成本低，是目前應(yīng)用最多的一種位置傳感器?；魻栐a(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)很低，往往需要外接放大器，很不方便，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，將霍爾元件與附加電路封裝成三端模塊，構(gòu)成霍爾集成電路。霍爾集成電路有開關(guān)型和線性型兩種，通常用開關(guān)型作為位置傳感器。3）光電式位置傳感器光電式位置傳感器由安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子上的遮光盤和固定不動(dòng)的光電開關(guān)組成。其原理如圖13所示。遮光盤上開有150°電角度的扇形開口，扇形開口的數(shù)目等于無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極的極對(duì)數(shù)。4極電機(jī)所用遮光盤如圖13。光電開關(guān)通常采用將發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在一起的光斷續(xù)器。圖13光電傳感器對(duì)于兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電動(dòng)機(jī)，3個(gè)光電開關(guān)在空間依次相差120°電角度，光電開關(guān)與電樞繞組的相對(duì)位置以及遮光盤與轉(zhuǎn)子磁極的相對(duì)位置類似于霍爾位置傳感器。4）對(duì)于高精度無刷伺服系統(tǒng)，用于速度和位置反饋的傳感器有：（1）光學(xué)絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器的精度由光電碼盤的機(jī)械位置決定，不受停電等干擾影響；由機(jī)械位置決定的每個(gè)位置是唯一的，無需記憶，無需找參考點(diǎn)，而且不用一直計(jì)數(shù)，數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。（2）光學(xué)增量式編碼器增量編碼器的特點(diǎn)是每產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖信號(hào)就對(duì)應(yīng)一個(gè)增量位移角，不能直接檢測(cè)出軸的絕對(duì)角度。常選用的分辨率為每轉(zhuǎn)2500個(gè)脈沖。（3）無刷旋轉(zhuǎn)變壓器+R/D變換器無刷旋轉(zhuǎn)變壓器是一種精密角度、位置、速度檢測(cè)元件，適用于高溫、嚴(yán)寒、潮濕、高速、高振動(dòng)等旋轉(zhuǎn)編碼器無法正常工作的場(chǎng)合。無刷旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號(hào)元件。無刷旋轉(zhuǎn)變壓器的精度主要由函數(shù)誤差和零位誤差衡量。其精度高于自整角機(jī)。（4）感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器是利用兩個(gè)平面形繞組的互感隨位置不同而變化的原理制做的；可用來測(cè)量直線和轉(zhuǎn)角位移；測(cè)量直線位移的稱長感應(yīng)同步器，測(cè)量轉(zhuǎn)角位移的稱圓感應(yīng)同步器。感應(yīng)同步器的優(yōu)點(diǎn)是分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長，維護(hù)簡(jiǎn)便。（5）無刷測(cè)速發(fā)電機(jī)。用于精度要求不高的無刷伺服系統(tǒng)的速度和位置傳感器有：（1）磁阻旋轉(zhuǎn)變壓器；（2）磁電式脈沖測(cè)速發(fā)電機(jī)；（3）磁性編碼器；此外，在經(jīng)濟(jì)型系統(tǒng)中，還有利用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)位置信號(hào)經(jīng)倍頻處理或利用在電機(jī)槽中放置線圈的簡(jiǎn)易型測(cè)速發(fā)電機(jī)作速度和位置檢測(cè)的方式。。3.2無位置傳感器檢測(cè)技術(shù)1）利用反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置按照無刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理，必須要有轉(zhuǎn)子磁極位置信號(hào)來決定電子開關(guān)的換相。目前，大多數(shù)采用安裝位置傳感器（例如霍爾元件）方法來得到這些信號(hào)。它有必須占用電機(jī)一些空間，安裝位置要準(zhǔn)，需較多引出線，影響可靠性，在某些場(chǎng)合，如壓縮機(jī)內(nèi)的高溫高壓環(huán)境，不允許安放霍爾元件。為此，80年代以來，微機(jī)控制技術(shù)的快速進(jìn)展，出現(xiàn)了各種稱為無位置傳感器控制技術(shù)方法，是當(dāng)代無刷直流電動(dòng)機(jī)控制研究熱點(diǎn)之一。它從電子電路以軟件方法獲得轉(zhuǎn)子磁極位置信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電子換相。在諸多方法中，以反電勢(shì)法較成功。它檢測(cè)不激勵(lì)相繞組的反電勢(shì)過零點(diǎn)，經(jīng)過運(yùn)算后，決定換相時(shí)刻。這也是硬件軟件化的一個(gè)成功例子。反電動(dòng)勢(shì)法的缺陷是當(dāng)電機(jī)在靜止或低速運(yùn)行時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)為0或太小，因而無法利用，一般采用專門的起動(dòng)電路，使電機(jī)以他控變頻方式起動(dòng)，當(dāng)電機(jī)具有一定的初速度和電動(dòng)勢(shì)后，再切換到自控變頻狀態(tài)。這個(gè)過程稱為三段式起動(dòng)，包括轉(zhuǎn)子定位、加速和運(yùn)行狀態(tài)切換三個(gè)階段。2）續(xù)流二極管檢測(cè)法通過對(duì)逆變器開關(guān)管施加特殊時(shí)序的斬波控制信號(hào)，使電機(jī)繞組的續(xù)流電流沿著特定的回路流通，當(dāng)斷開相繞組的反電動(dòng)勢(shì)過零時(shí)，與斷開相開關(guān)管并聯(lián)的續(xù)流二極管中將流過續(xù)流電流，通過對(duì)該續(xù)流二極管導(dǎo)通與否的檢測(cè)就可以確定出繞組反電動(dòng)勢(shì)的過零點(diǎn)，從而得到電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。這種檢測(cè)方法實(shí)際檢測(cè)的也是繞組的反電動(dòng)勢(shì)，但是檢測(cè)的靈敏度相對(duì)較高，在電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的2%以上有效，起動(dòng)容易、調(diào)速比大，缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)電路稍復(fù)雜一些。3）瞬時(shí)電壓方程法利用電機(jī)各相瞬時(shí)電壓和電流方程，實(shí)時(shí)計(jì)算電機(jī)由靜止到正常運(yùn)轉(zhuǎn)任一時(shí)刻轉(zhuǎn)子的位置，控制電機(jī)的運(yùn)行。該方法不需專門的起動(dòng)線路，電路簡(jiǎn)單、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，但對(duì)電機(jī)本體的數(shù)學(xué)模型依賴性大，當(dāng)電機(jī)參數(shù)因溫度變化發(fā)生漂移時(shí)，容易造成建模誤差，使控制精確性受到影響；另外，由于在線計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算量很大，考慮到轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的實(shí)時(shí)性，必須采用具有快速運(yùn)算能力的DSP和高速A/D轉(zhuǎn)換器。4）脈沖注入法轉(zhuǎn)子位置的不同使電機(jī)磁場(chǎng)的分布也不同。該方法采用脈沖注入檢測(cè)無刷電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子位置，通過依次向定子繞組注入一系列脈沖，根據(jù)測(cè)量得到的電流峰值判斷轉(zhuǎn)子位置。該方法對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴性低。4控制技術(shù)發(fā)展動(dòng)向4.1DSP的應(yīng)用促進(jìn)了無刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展1）DSP的特點(diǎn)隨著技術(shù)進(jìn)步和用戶對(duì)電機(jī)控制器的運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)處理能力、控制精度和實(shí)時(shí)性提出了更高的要求，過去單純的靠開、停時(shí)間長短或單片機(jī)來控制電機(jī)運(yùn)行的方式已不能滿足實(shí)際需要；特別是對(duì)于采用矢量變換控制的系統(tǒng)，由于需要處理的數(shù)據(jù)量大，對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和精度要求較高，單片機(jī)往往不能滿足要求。與單片機(jī)相比，DSP器件集成度較高，CPU速度較快，存儲(chǔ)器容量更大，更適用于電動(dòng)機(jī)的變速驅(qū)動(dòng)控制，同時(shí)可以提高系統(tǒng)的性能，降低成本和功耗，簡(jiǎn)化外圍電路的設(shè)計(jì)工作。因此，為了達(dá)到電機(jī)控制不斷增加的計(jì)算量和速度要求，更好地發(fā)揮電機(jī)的運(yùn)行性能，具有強(qiáng)大數(shù)字信號(hào)處理功能的DSP芯片應(yīng)運(yùn)而生。DSP技術(shù)的應(yīng)用使現(xiàn)代控制理論中先進(jìn)而復(fù)雜的算法得以實(shí)現(xiàn)。DSP芯片的飛速發(fā)展促進(jìn)了無刷電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。DSP把現(xiàn)實(shí)生活中的各種模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再用數(shù)學(xué)計(jì)算方法來處理這些數(shù)字信號(hào)并得到相應(yīng)結(jié)果。數(shù)字信號(hào)處理的主要任務(wù)是完成大量的實(shí)時(shí)計(jì)算。例如在DSP中常用的FIR濾波和FFT快速算法。DSP芯片是一種特別適用于數(shù)字信號(hào)處理的微處理器。它強(qiáng)調(diào)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理的實(shí)時(shí)性，除具備普通微處理器強(qiáng)調(diào)的快速計(jì)算和控制功能，在芯片結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流程和指令系統(tǒng)方面有較大改進(jìn)。例如：采用哈佛結(jié)構(gòu)及改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)具有更高的指令執(zhí)行速度，更適于處理具有高度實(shí)時(shí)要求的數(shù)字信號(hào)。廣泛采用流水線技術(shù)，加快指令執(zhí)行速度，增強(qiáng)了處理器處理數(shù)據(jù)的能力。采用多總線結(jié)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)芯片的總線沖突問題，大大提高了系統(tǒng)的速度和效率?？梢栽谝粋€(gè)周期內(nèi)同時(shí)訪問數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)空間，解決了傳統(tǒng)芯片的總線沖突問題，大大提高了系統(tǒng)的速度和效率?？焖俚闹袛嗵幚砟芰陀布蘒/O接口支持。2）DSP在無刷電機(jī)控制中的應(yīng)用（1）DSP技術(shù)在無刷電機(jī)控制中的發(fā)展20世紀(jì)80年代，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)開始應(yīng)用于電機(jī)控制領(lǐng)域，其主要用來直接控制感應(yīng)電機(jī)的磁通量和轉(zhuǎn)矩，以達(dá)到對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行快速、高性能的控制。典型的產(chǎn)品代表為TI公司的TMS32010。但由于以前數(shù)字信號(hào)處理器芯片的價(jià)格較高，人們對(duì)其在電機(jī)控制中的應(yīng)用也沒有給予足夠的重視，這種芯片主要用在通訊、圖像處理等領(lǐng)域，而在電機(jī)控制中的應(yīng)用較少，后來由于數(shù)字信號(hào)處理器芯片的性價(jià)比不斷提高，而且其強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理能力越來越受到用戶的歡迎，DSP的應(yīng)用得到了較快的發(fā)展。盡管最初把DSP技術(shù)應(yīng)用于電機(jī)控制的目的是其快速的數(shù)據(jù)處理能力能夠?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，使復(fù)雜的算法得以實(shí)現(xiàn)，但以前的DSP芯片沒有集成數(shù)模轉(zhuǎn)換和脈寬調(diào)制等外圍電路，芯片只是作為在算法上比MCU占優(yōu)勢(shì)的通用處理器來使用，大大增加了系統(tǒng)的體積和產(chǎn)品的成本，增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，延長開發(fā)周期，降低系統(tǒng)工作的可靠性。(2)典型的DSP芯片在無刷電機(jī)控制中的應(yīng)用·TI系列DSP芯片TI公司于1998年推出的TMS320F240是電機(jī)控制領(lǐng)域一個(gè)劃時(shí)代的進(jìn)步。芯片的執(zhí)行速度很快，在20MHz的時(shí)鐘頻率下，指令周期僅為50ns，且多數(shù)指令都能在一個(gè)指令周期內(nèi)完成，片內(nèi)具有FlashROM。內(nèi)部有16通道兩路轉(zhuǎn)換精度為10位的AD變換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為6.6μs。在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成電流閉環(huán)時(shí)，反饋電流信號(hào)可以經(jīng)AD輸入CPU處理。另外，TMS320F240還提供28個(gè)I/O口，用于控制系統(tǒng)所需的各種開關(guān)量。芯片內(nèi)集成的事件管理器（EV）具有控制三個(gè)半高橋的能力，當(dāng)各個(gè)橋需要互補(bǔ)的PWM去控制時(shí)，EV可以提供這種功能，極大地方便了電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。它是專門用于電機(jī)控制的模塊。·AD系列DSP芯片AD公司推出基于16位26MIPS定點(diǎn)DSP核ADSP2171的ADMC300、330、331電機(jī)控制芯片，把數(shù)字信號(hào)處理器和外圍電路結(jié)合在一起，集成了16位三相PWM發(fā)生器、存儲(chǔ)器，串行通訊口，定時(shí)器等外圍器件，還具有7路模擬量的輸入通道，用戶不必在外圍再設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器，從而降低成本，提高系統(tǒng)工作的可靠性。采用ADSP2100系列的代碼兼容語言，使程序的移植非常方便，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，工作量大大減少。AD公司開發(fā)的電機(jī)控制DSP芯片ADMC401具有一套完備的外圍控制接口和豐富的電機(jī)控制外設(shè)電路，增強(qiáng)了DSP的快速運(yùn)算能力，可以在高度集成的環(huán)境中對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。它的基本控制外設(shè)電路是帶有8路模擬量輸入的模/數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、光電編碼器接口單元和靈活、簡(jiǎn)便的脈沖寬度調(diào)制單元，可以輸出6路PWM信號(hào)，以控制逆變器功率開關(guān)的動(dòng)作，借助于快速、高精度的模/數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和控制器來監(jiān)視和調(diào)控電機(jī)的運(yùn)行。ADMC401芯片可廣泛應(yīng)用于控制交流電機(jī)、直流電機(jī)及開關(guān)磁阻電機(jī)等?！otorola系列DSP芯片Motorola公司研制的DSP56F8xx系列集成了Motorola16位定點(diǎn)DSP微控制器內(nèi)核DSP56800。芯片內(nèi)核最高可工作于80MHz，指令執(zhí)行速度可達(dá)40MIPS，單指令周期可以完成16×16位的并行乘、加運(yùn)算，支持16位雙向循環(huán)移位。芯片內(nèi)集成相位檢測(cè)器和PWM模塊，提供硬件循環(huán)操作，具有JTAG程序調(diào)試接口，允許在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中隨時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)試，非常適用于電機(jī)的實(shí)時(shí)控制。DSP56F8xx系列芯片可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法并降低產(chǎn)品成本，提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，可用于控制交流感應(yīng)電機(jī)、有刷直流及無刷電機(jī)、有傳感器及無傳感器電機(jī)、可變磁阻電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)等。4.2控制理論的發(fā)展1）基于穩(wěn)態(tài)模型的標(biāo)量控制交流電動(dòng)機(jī)最初的運(yùn)行方式是不受控運(yùn)行。其控制功能僅限于接通和關(guān)斷以及某些情況下的輔助起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。為了滿足一些調(diào)速傳動(dòng)的需要，產(chǎn)生了一些性能較差的控制：如鼠籠異步電動(dòng)機(jī)降壓調(diào)速、繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、繞線式異步電動(dòng)機(jī)串極調(diào)速、鼠籠異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速（VVVF）、變極調(diào)速和同步電機(jī)變壓變頻調(diào)速。在以上調(diào)速方法中，除變壓變頻調(diào)速外，一般為開環(huán)控制，不需變頻器，設(shè)備簡(jiǎn)單，但效率低，性能差。鼠籠異步電動(dòng)機(jī)基于恒壓頻比控制而構(gòu)成的轉(zhuǎn)差頻率閉環(huán)控制，性能相對(duì)較好，但由于它們都是基于穩(wěn)態(tài)模型，動(dòng)態(tài)性能較差，一般只用于水泵、風(fēng)機(jī)等動(dòng)態(tài)性能要求較低的節(jié)能調(diào)速和一般調(diào)速場(chǎng)合。2）矢量控制1971年由德國學(xué)者Blaschke提出的矢量控制理論使交流電機(jī)控制由外部宏觀穩(wěn)態(tài)控制深入到電機(jī)內(nèi)部電磁過程的瞬態(tài)控制。永磁同步電機(jī)的控制性能由此發(fā)生了質(zhì)的飛躍。矢量控制最本質(zhì)的特征是通過坐標(biāo)變換將交流電機(jī)內(nèi)部復(fù)雜耦合的非線性變量變換為相對(duì)坐標(biāo)系為靜止的直流變量（如電流，磁鏈，電壓等），從中找到約束條件，獲得某一目標(biāo)的最佳控制策略。3）直接轉(zhuǎn)矩控制1985年，Depenbrock教授提出異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法。該方法在定子坐標(biāo)系下分析交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，在近似圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的條件下強(qiáng)調(diào)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制，省掉了矢量坐標(biāo)變換等復(fù)雜的計(jì)算。其磁場(chǎng)定向應(yīng)用的是定子磁鏈，只需知道定子電阻就可以把它觀測(cè)出來，相對(duì)矢量控制更不易受電機(jī)參數(shù)變化的影響。近年來，直接轉(zhuǎn)矩控制方式被移植到永磁同步電機(jī)的控制中，其控制規(guī)律和關(guān)鍵技術(shù)正逐漸被人們了解、掌握。直接轉(zhuǎn)矩控制在全數(shù)字化、大轉(zhuǎn)矩、快速響應(yīng)的交流伺服系統(tǒng)中有廣闊應(yīng)用前景。4）非線性控制交流電機(jī)是一個(gè)強(qiáng)耦合、非線性、多變量系統(tǒng)：非線性控制通過非線性狀態(tài)反饋和非線性變換，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)解耦和全局線性化，將非線性、多變量、強(qiáng)耦合的交流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)分解為兩個(gè)獨(dú)立的線性單變量系統(tǒng)。其中轉(zhuǎn)子磁鏈子系統(tǒng)由兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)組成。兩個(gè)子系統(tǒng)的調(diào)節(jié)按線性控制理論分別設(shè)計(jì)，以使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的性能指標(biāo)。但是，非線性系統(tǒng)反饋線性化的基礎(chǔ)是已知參數(shù)的電動(dòng)機(jī)模型和系統(tǒng)的精確測(cè)量或觀測(cè)，而電機(jī)在運(yùn)行中，參數(shù)受各個(gè)因素的影響會(huì)發(fā)生變化，磁鏈觀測(cè)的準(zhǔn)確性也很難論證，這些都會(huì)影響系統(tǒng)的魯棒性，甚至造成系統(tǒng)性能惡化。目前這種控制方法仍有待進(jìn)一步完善。5）自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制能在系統(tǒng)運(yùn)行過程中不斷提取有關(guān)模型的信息，使模型逐漸完善，是克服參數(shù)變化影響的有力手段。應(yīng)用于永磁交流電機(jī)控制的自適應(yīng)方法