基於(yu) 觀測器技術的位置辨識方法

　　觀測器實質是一種狀態重構，即重新構造一個(ge) 係統，利用原係統中可直接測量的變量作為(wei) 他的輸入信號，並使其重構狀態在一定條件下等價(jia) 於(yu) 原係統狀態。等價(jia) 的原則為(wei) 兩(liang) 者的誤差在動態變化中能夠漸近穩定地趨於(yu) 零。這個(ge) 用以實現重構的係統稱為(wei) 觀測器。

　　觀測器按信號類型分為(wei) 確定性觀測器和隨機性觀測器，按係統分為(wei) 線性觀測器和非線性觀測器。觀測器基本結構是由電機數學模型所構成狀態估計方程加之以校正環節，兩(liang) 者構成閉環的狀態估計，即觀測器。電氣領域學者汲取世界眾(zhong) 多科學領域理論成果，結合各學科前沿思想創造性融入觀測器理論之中，形成諸多有價(jia) 值不同控製思想的觀測器。在pmsm無傳(chuan) 感器技術中常采用自適應全階觀測器、擴展卡爾曼濾波器（ekf）和滑模觀測器（smo）。

（1）自適應全階觀測器

　　自適應觀測器是融自適應控製於(yu) 觀測器理論的一種無傳(chuan) 感器技術。基本思想是將自適應控製引入觀測器結構的校正環節，實現轉速自適應控製。pmsm自適應全階觀測器首先以pmsm兩(liang) 相旋轉坐標係下電壓方程構建電流觀測器。然後以經過標準化處理的pmsm數學模型作為(wei) 參考模型。以構建的電流觀測器為(wei) 可調模型，用兩(liang) 個(ge) 模型輸出誤差驅動自適應機構。在自適應規律作用下，能夠不斷地修正待估參數，以使兩(liang) 模型輸出誤差趨於(yu) 零。自適應觀測器不僅(jin) 可以用來估計pmsm轉子位置和速度，而且是基於(yu) 波波夫穩定性理論辨識電機參數，減少了參數變化的影響，提高係統的穩健性。

　　（2）擴展卡爾曼濾波器

　　卡爾曼濾波器同樣也觀測器的一種。是卡爾曼濾波思想在觀測器理論的應用。擴展卡爾曼濾波器同其他觀測器一樣，能夠跟蹤係統狀態，其所不同的是它是非線性的、隨機的。ekf狀態估計分為(wei) 兩(liang) 大階段：預測階段和校正階段。在預測階段由上一次估計所得結果推算下一次估計的預測值。在校正階段為(wei) 利用實際輸出和預測輸出偏差對預測值進行反饋校正。卡爾曼濾波實質就是對預測值反饋校正。因此，不僅(jin) 具有優(you) 化和自適應能力，而且可以更好地抑製測量噪聲和係統噪聲。但是ekf濾波器缺點在於(yu) 係統測量噪聲和係統噪聲的未知，帶來的問題是難於(yu) 采用確定的辦法選擇ekf濾波器中協方差矩陣。一般采用試湊法選擇協方差矩陣，而協方差矩陣關(guan) 係到係統動態性能及其穩定性。因此，協方差矩陣的確定關(guan) 乎係統穩定與(yu) 否顯得至關(guan) 重要。

　　（3）滑模觀測器

　　滑模觀測器是滑模變結構控製在觀測器理論的一種應用。其特點是性能完全由其滑模超平麵決(jue) 定，過渡過程不會(hui) 產(chan) 生超調，整個(ge) 係統對本身參數變化及外部擾動均具有較強的穩健性。基本思想是首先根據pmsm數學模型建立滑模電流觀測器，選擇滑模觀測器觀測電流與(yu) 實際電流偏差為(wei) 滑模超平麵，該偏差經砰砰控製，估算出含高次諧波的感應電動勢構成係統閉環，含有高次的感應電動勢經濾波後計算得出位置和轉速。估計變量中含有高次諧波是滑模觀測器的不足之處，這影響了高性能伺服係統中的應用，盡管可以進行濾波處理，但通常方式的濾波會(hui) 引起相位偏差。如前所述卡爾曼濾波器可以考慮噪聲對係統的影響，可以將滑模觀測器與(yu) 卡爾曼濾波有效結合，成分發揮卡爾曼濾波的長處，構成更加完善的觀測器。

基於(yu) pmsm電機特性估計方法

　　pmsm無傳(chuan) 感器技術多數基於(yu) 感應電動勢得以估計轉子位置。但當轉速很低或零速時，感應電動勢趨於(yu) 零，轉子磁極位置難於(yu) 精確估計，甚至無法估計。高頻信號注入法是基於(yu) pmsm電機特性——凸極性以實現轉子磁極位置的觀測，具有很大優(you) 勢，其主要方法有旋轉電壓矢量法和脈動電壓矢量法。

　　（1）旋轉電壓矢量法

　　旋轉電壓注入法是向插入式pmsm電機注入三相對稱的高頻正弦電壓信號，在電機內(nei) 會(hui) 產(chan) 生幅值恒定而高速旋轉的空間電壓矢量，空間電壓矢量在電機內(nei) 產(chan) 生旋轉磁場，受到轉子凸極周期性地調製，調製結果自然要反映在電流響應上，定子高頻電流成為(wei) 包含有轉子位置信息的載波電流，進行解調處理後就可以從(cong) 中提取出相關(guan) 的轉子位置信息，以此構成各種閉環控製係統，實現無傳(chuan) 感器的矢量控製或直接轉矩控製。是目前十分受關(guan) 注的一種無傳(chuan) 感器控製方法。

（2）脈動電壓矢量法

　　脈動電壓注入法是向永磁同步電機注入脈動電壓矢量，脈動電壓矢量與(yu) 勵磁磁場疊加，這會(hui) 改變勵磁磁路的飽和程度，使勵磁磁路具有凸極性，這種凸極特性對脈動電壓矢量產(chan) 生調製作用，這種調製作用隨著脈動電壓偏離勵磁磁極軸線變化而變化，這種變化反映在高頻電流響應中，因此在這個(ge) 電流響應中便會(hui) 載有轉子位置估計誤差的信息。

　　兩(liang) 者均利用電機的凸極特性調製，但是旋轉電壓注入法的凸極性是屬於(yu) 結構性凸極，即應用於(yu) 插入式pmsm。而脈動電壓注入法凸極性主要是飽和性凸極，結構性凸極對高頻電壓調製作用微弱。即可應用於(yu) 麵裝式pmsm，而旋轉電壓注入法卻不能。兩(liang) 種方法均適用於(yu) 低速估計，也可用於(yu) 初始位置估計，均利用pmsm的凸極性，而不依賴於(yu) 電機的數學模型和參數。脈動電壓輸入法特點在於(yu) 不依賴於(yu) 電機參數和運行狀態，可以工作在全速域內(nei) ，甚至零速狀態下。

基於(yu) 人工智能理論的估算方法

　　基於(yu) 神經網絡人工智能理論估算轉子位置方法是以mras為(wei) 大背景而提出，目的在於(yu) 利用其模型參考自適應係統的簡單，穩定，改善mras在低速區速度估計精度並提高其對電機參數敏感程度。隨著人工智能理論的不斷發展和完善，研究無傳(chuan) 感器技術應用神經網絡理論以神經網絡取代pmsm電流模型轉子觀測器，並以誤差方向傳(chuan) 播算法取代比例積分自適應進行位置估計。網絡的輸入輸出具有明確的物理意義(yi) 。網絡權值為(wei) 電機參數，網絡的學習(xi) 過程就是速度和位置估計過程。極具理論意義(yi) ，但其理論研究尚不成熟，硬件實現也有一定的困難。現智能控製理論如神經網絡、專(zhuan) 家係統、模糊控製在電力傳(chuan) 動領域應用方麵論文屢有發表，但實現其產(chan) 業(ye) 化尚有一段距離。

pmsm無傳(chuan) 感器控製技術發展趨勢

　　pmsm無傳(chuan) 感器控製是目前pmsm控製理論發展方向，其理論成果拓寬了pmsm應用領域。pmsm無傳(chuan) 感器控製基本思想都是通過檢測電壓、電流引用相應控製理論實現轉子信息的估計。但尚無一種pmsm無傳(chuan) 感器控製可實現pmsm係統全速運行。一方麵由於(yu) 高頻信號注入法在零低速領域的絕對優(you) 勢，使其有望成為(wei) pmsm係統全速運行的一種方法，但是由於(yu) 高頻信號注入法本身帶來的一些問題尚需更進一步的研究，是眾(zhong) 多學者專(zhuan) 攻的一個(ge) 方向。另一方麵人們(men) 基於(yu) 觀測器分析方法引入現代控製理論如自適應控製、變結構控製以及非線性控製形成眾(zhong) 多無傳(chuan) 感器控製方法，每一種控製方法都有其自身優(you) 點，同時也存在一些問題，單一的控製很難取得理想的控製效果，探討將各種控製互相滲透和複合可以更好的提高無傳(chuan) 感控製性能是未來無傳(chuan) 感器控製技術的發展方向。

結語

　　本文綜述pmsm無傳(chuan) 感器控製技術發展現狀，分析比較pmsm無傳(chuan) 感器控製技術各種方法優(you) 缺點，指明pmsm無傳(chuan) 感器控製技術研究重點和所要解決(jue) 的問題，預測pmsm無傳(chuan) 感器控製技術未來發展方向：一是以高頻信號注入法的零低速領域拓展到全速領域的研究方向；二是以基於(yu) 觀測器的各種現代控製理論結合和滲透的研究方向。#p#分頁標題#e#