【正文】 ，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)。徑向磁場結(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)、外圓可同時布置永磁體磁極及轉(zhuǎn)子軛，成雙勵磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，也可在其中一個圓周上布置永磁體磁極，而另一圓周上只布置轉(zhuǎn)子磁軛，成單勵磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。采用多極集中繞組，減少繞組端部長度，以適應(yīng)生產(chǎn)自動化，使產(chǎn)品向低成本、低價格方向發(fā)展。以400 W為例，定子外徑從最早的φ125 mm減小到φ56 mm，效率由最早的70%提高到85%，溫升為80K。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的光電開關(guān)組成。4）對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)絕對式編碼器絕對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)械位置決定的每個位置是唯一的，無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。感應(yīng)同步器的優(yōu)點是分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長，維護(hù)簡便。在諸多方法中，以反電勢法較成功。該方法不需專門的起動線路，電路簡單、起動轉(zhuǎn)矩大，但對電機(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，容易造成建模誤差，使控制精確性受到影響；另外，由于在線計算復(fù)雜，計算量很大，考慮到轉(zhuǎn)子位置檢測的實時性，必須采用具有快速運算能力的DSP和高速A/D轉(zhuǎn)換器。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。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。(2)典型的DSP芯片在無刷電機(jī)控制中的應(yīng)用芯片內(nèi)核最高可工作于80 MHz，指令執(zhí)行速度可達(dá)40MIPS，單指令周期可以完成1616位的并行乘、加運算，支持16位雙向循環(huán)移位。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。4）非線性控制交流電機(jī)是一個強(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，實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)解耦和全局線性化，將非線性、多變量、強(qiáng)耦合的交流電動機(jī)系統(tǒng)分解為兩個獨立的線性單變量系統(tǒng)。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)”隨時變化的開關(guān)特性。7）智能控制（1）專家系統(tǒng)智能控制專家控制(Expert control)是智能控制的一個重要分支。人的思維具有模糊邏輯的特點，因此用計算機(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)合就可以實現(xiàn)模糊控制。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部分。參考文獻(xiàn)［1］ 王宗鮮，韓光鮮，［J］.微電機(jī)，2002，35（6）：36.［2］［J］.微電機(jī)，1994，27（3）：37.［3］ ［J］.微電機(jī)，2005，38（6）：7477.［4］ 孫建忠，［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.［5］ 正田英介（日）.電機(jī)電器［M］.北京：科學(xué)出版社，2001.［6］ 祝恩國，楊公訓(xùn)，［J］.微電機(jī)，2006,39（1）：5557.［7］ ［J］.微電機(jī)，2007，40（3）：14.［8］ ［C］.企業(yè)產(chǎn)品國際化戰(zhàn)略與微電機(jī)技術(shù)發(fā)展論壇，寧波，西安微電機(jī)研究所，寧波，2006，12：1619.【9】［C］.微電機(jī)工業(yè)“十一五”發(fā)展論壇，西安微電機(jī)研究所，西安，2005，7：13－20。5 結(jié) 語永磁無刷電動機(jī)系統(tǒng)在運動控制系統(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)。（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)計的一種信息處理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一般簡稱神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN）。主要原因是：①對于實際的滑模變結(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)的時間空間滯后及狀態(tài)檢測的誤差，特別對于計算機(jī)的采樣系統(tǒng)，當(dāng)采樣時間較長時，形成“準(zhǔn)滑?！钡?。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)辨識自校正控制以及新發(fā)展的各種非線性自適應(yīng)控制。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。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)備簡單，但效率低，性能差。芯片內(nèi)集成的事件管理器（EV）具有控制三個半高橋的能力，當(dāng)各個橋需要互補的PWM去控制時，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。但由于以前數(shù)字信號處理器芯片的價格較高，人們對其在電機(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)字信號處理器芯片的性價比不斷提高，而且其強(qiáng)大的數(shù)字信號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。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)的馮因此，為了達(dá)到電機(jī)控制不斷增加的計算量和速度要求，更好地發(fā)揮電機(jī)的運行性能，具有強(qiáng)大數(shù)字信號處理功能的DSP芯片應(yīng)運而生。這種檢測方法實際檢測的也是繞組的反電動勢，但是檢測的靈敏度相對較高，在電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的2%以上有效，起動容易、調(diào)速比大，缺點是實現(xiàn)電路稍復(fù)雜一些。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)代無刷直流電動機(jī)控制研究熱點之一。其精度高于自整角機(jī)。 圖13 光電傳感器 對于兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電動機(jī)，3個光電開關(guān)在空間依次相差120176。霍爾元件所產(chǎn)生的電動勢很低，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。這時，電樞槽的利用率可達(dá)85%以上。國內(nèi)無槽無刷電動機(jī)已有系列產(chǎn)品，功率范圍至30 kW，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)20 000 r/min。無鐵心無刷電機(jī)可采用軸向磁場結(jié)構(gòu)和徑向磁場結(jié)構(gòu)。圖9 無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式這些軟件除了對電機(jī)進(jìn)行電磁設(shè)計，還可對電機(jī)在槽形、繞組、材料等設(shè)計變量改變情況下多方案比較分析、電磁場精確計算和電機(jī)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計，并包括控制電路、控制算法在內(nèi)的整個設(shè)計流程，既可以提供任意時刻電機(jī)內(nèi)電磁場分布數(shù)據(jù)，又能對電機(jī)工作時所關(guān)心的各類運行曲線，如轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電流、功率、效率等提供結(jié)果，同時還能提供齒槽轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩脈動、轉(zhuǎn)速波動等詳細(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驗，包括起動、堵轉(zhuǎn)、突加突減負(fù)載、突然短路等等。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。這種電動機(jī)常用于FDD和CD的直接驅(qū)動等。圖5 位置控制系統(tǒng)方框圖 傳感部分的作用是檢測永磁無刷電動機(jī)的位置、速度和電流。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。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。相反，模糊控制不需要知道被控對象的精確模型，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。自動控制系統(tǒng)中存在大量的啟發(fā)式邏輯，這是因為工業(yè)控制對象及其環(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)式邏輯實際上是實現(xiàn)最優(yōu)控制目標(biāo)的各種經(jīng)驗知識，難以用一般的數(shù)值形式描述，而適于用符號形式來表達(dá)，人工智能中的專家系統(tǒng)技術(shù)恰恰為這類經(jīng)驗知識提供了有效的表示和處理方法。另外，滑模變結(jié)構(gòu)控制不需要任何在線辨識，所以很容易實現(xiàn)。但是，非線性系統(tǒng)反饋線性化的基礎(chǔ)是已知參數(shù)的電動機(jī)模型和系統(tǒng)的精確測量或觀測，而電機(jī)在運行中，參數(shù)受各個因素的影響會發(fā)生變化，磁鏈觀測的準(zhǔn)確性也很難論證，這些都會影響系統(tǒng)的魯棒性，甚至造成系統(tǒng)性能惡化。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。 控制理論的發(fā)展1）基于穩(wěn)態(tài)模型的標(biāo)量控制交流電動機(jī)最初的運行方式是不受控運行。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的快速運算能力，可以在高度集成的環(huán)境中對電機(jī)進(jìn)行控制。內(nèi)部有16通道兩路轉(zhuǎn)換精度為10位的AD變換器?？焖俚闹袛嗵幚砟芰陀布蘒/O接口支持。例如在DSP中常用的FIR濾波和FFT快速算法。該方法對電機(jī)參數(shù)的依賴性低。反電動勢法的缺陷是當(dāng)電機(jī)在靜止或低速運行時，反電動勢為0或太小，因而無法利用，一般采用專門的起動電路，使電機(jī)以他控變頻方式起動，當(dāng)電機(jī)具有一定的初速度和電動勢后，再切換到自控變頻狀態(tài)。 無位置傳感器檢測技術(shù)1）利用反電動勢檢測轉(zhuǎn)子位置按照無刷直流電動機(jī)工作原理，必須要有轉(zhuǎn)子磁極位置信號來決定電子開關(guān)的換相。（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、速度檢測元件，適用于高溫、嚴(yán)寒、潮濕、高速、高振動等旋轉(zhuǎn)編碼器無法正常工作的場合。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)子磁極的極對數(shù)。電磁式位置傳感器具有輸出信號強(qiáng)、工作可靠、壽命長、適應(yīng)性強(qiáng)、對環(huán)境要求不高等優(yōu)點，多用于航空航天領(lǐng)域，但體積較大，信噪比較低，同時，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。為此，分割型定子鐵心結(jié)構(gòu)的構(gòu)思提出來了。圖11 無鐵心無刷電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖 圖12 分割型定子沖片和鐵心 典型盤式無刷電動機(jī)定子、轉(zhuǎn)子均為圓盤形，采用軸向氣隙磁場，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。采用分?jǐn)?shù)槽繞組的磁動勢諧波遠(yuǎn)大于整數(shù)槽繞組，如圖10所示。如Ansoft公司、MagneForce公司、Jmag公司均推出各種類型的電機(jī)設(shè)計軟件，以方便快捷地完成從電機(jī)的電磁設(shè)計計算、損耗計算、優(yōu)化設(shè)計、噪聲抑制、特性分析等。其優(yōu)點是一個極距下的磁通由相鄰兩個磁極并聯(lián)提供，可以獲得較大的磁通。其結(jié)構(gòu)見圖7和圖8。永磁無刷電動機(jī)有正弦波驅(qū)動和方波驅(qū)動兩種型式：驅(qū)動電流為矩形波的通常稱為永磁無刷直流電動機(jī)，驅(qū)動電流為正弦波的通常稱為永磁交流伺服電動機(jī)，按傳感類型可分為有傳感器電動機(jī)和無傳感器電動機(jī)。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。圖5 位置控制系統(tǒng)方框圖 傳感部分的作用是檢測永磁無刷電動機(jī)的位置、速度和電流。這種電動機(jī)常用于FDD和CD的直接驅(qū)動等。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9 無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式這