4)维护简单、节约能源
由于交流电机没有换向器,所以交流电机维护起来要比直流电机方便。而且交流同步电机的效率要高于直流电机,也就更加节约能源。
1。3 永磁同步电机无速度传感器的发展状况
目前,永磁同步电机的控制方法主要有两种,一种是转矩控制,另一种是矢量控制。这两种控制方法都是通过构造转速闭环控制环节来实现。现阶段,国内外大多数永磁同步电机使用速度传感器来实现电机控制,但是,由于这种机械速度传感器造价昂贵,精度要求高,维护不方便等诸多因素,限制了它的应用范围。于是,无速度传感器控制技术(Speed Sensorless)在这种情况下诞生了。
无速度传感器控制技术,顾名思义,即不利用机械传感器,而是通过其他方法间接获得电机的速度和位置量的。实际上就是先测量电机定子端电压和电流等相关物理量,再通过特定的算法来估算出转子的转速和位置信息,从而达到对电机控制的目的。
上世纪70年代,国外就有学者着手无速度传感器控制技术这方面的研究了。在之后的20年中,虽然国内外专家在对无速度传感器控制技术研究的基础上,并提出了许多重要的理论,使得交流同步电机的无速度传感器控制技术得到普遍应用,然而,它的应用仍旧受到局限。进入上世纪90年代,国内各大科研机构和高校也开始致力于研究无速度传感器技术,取得了一定的突破性成果,并发表了一些有研究价值的论文。
从1989年开始,科学家们就着手研究永磁同步电机无传速度感器控制技术,在之后的几年时间里取得了显著的发展,所取得的成果也很多,在高速段时无传感器控制的研究方向上取得了较大的成功。一般来讲,科研和工业上常用的在高速度段时无速度传感器控制方法有下列5种:
1)电机基本方程法
我们知道,永磁同步电机的转角和定子磁链具有对应关系,在科学研究上,测量得到的定子电流和电压经过转化估算出定子磁链的空间位置,再根据永磁同步电机的转子位置和定子磁链的数学关系,估算出转子磁链的空间位置。这种方法的优点是理解起来容易,实现方便;缺点是精度不够,受到电机参数的干扰。
2)模型参考自适应法文献综述
这种控制方法是通过调整参考模型的参数,使可调模型的输出与参考模型的输出之间的差距减小,进而使可调模型的输出可以随着参考模型的输出同步改变。它旨在抑制系统结构扰动带来的误差。模型参考自适应法实现起来不难,可以运用在各种场合;但是这种控制方法对参考模型的准确度要求较高,如果参考模型达不到控制精度要求,模型参考自适应法将没法进行下去。
3)状态观测器的位置估算
状态观测器主要有三种:滑模观测器、观测器和全阶自适应状态观测器。状态观测器的控制方法是建立状态观测器方程,通过状态观测器的输出与实际给定的输出相减得到一个差值,利用该差值来估算转角和转速信息。这种控制方法的好处是可以获取不错的动态性能;弊端是具有较大的计算量。
4)基于卡尔曼滤波的无传感器方法
卡尔曼滤波器的输出能有效跟随系统的状态,但和其他观测器又有所不同,它是非线性的,同时还有一定的随机性,而且还能减小由于扰动和测量造成的噪声,具备强大的自适应能力。然而卡尔曼滤波器也有弊端,其算术方法复杂,且依赖于电机参数,因而要用到高精度的DSP来进行计算,这就导致了系统成本的提高。