【文章內容簡介】 是，非線性系統(tǒng)反饋線性化的基礎是已知參數的電動機模型和系統(tǒng)的精確測量或觀測，而電機在運行中，參數受各個因素的影響會發(fā)生變化，磁鏈觀測的準確性也很難論證，這些都會影響系統(tǒng)的魯棒性，甚至造成系統(tǒng)性能惡化。目前這種控制方法仍有待進一步完善。5）自適應控制自適應控制能在系統(tǒng)運行過程中不斷提取有關模型的信息，使模型逐漸完善，是克服參數變化影響的有力手段。應用于永磁交流電機控制的自適應方法有模型參考自適應、參數辨識自校正控制以及新發(fā)展的各種非線性自適應控制。但所有這些方法都存在的問題是：①數學模型和運算繁瑣，使控制系統(tǒng)復雜化；②辨識和校正都需要一個過程，所以對一些參數變化較快的系統(tǒng)，就會因來不及校正而難以產生很好的效果。6）滑模變結構控制滑模變結構控制是變結構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)“結構”隨時變化的開關特性。其主要特點是，根據被調量的偏差及其導數，有目地的使系統(tǒng)沿設計好的“滑動模態(tài)”軌跡運動。這種滑動模態(tài)是可以設計的，且與系統(tǒng)的參數及擾動無關，因而使系統(tǒng)具有很強的魯棒性。另外，滑模變結構控制不需要任何在線辨識，所以很容易實現。在過去10多年里，將滑模變結構控制應用于交流傳動一直是國內外學者的研究熱點，并已取得了一些有效的結果。但滑模變結構控制本質上的不連續(xù)開關特性使系統(tǒng)存在“抖振”問題。主要原因是：①對于實際的滑模變結構系統(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、切換開關的時間空間滯后及狀態(tài)檢測的誤差，特別對于計算機的采樣系統(tǒng)，當采樣時間較長時，形成“準滑模”等。所以，在實際系統(tǒng)中“抖振”必定存在且無法消除，這就限制了它的應用。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。專家控制的實質是基于控制對象和控制規(guī)律各種知識，并以智能方式利用這些知識使控制系統(tǒng)盡可能優(yōu)化。　　專家控制的基本思想是：自動控制理論+專家系統(tǒng)技術。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最優(yōu)控制目標的各種經驗知識，難以用一般的數值形式描述，而適于用符號形式來表達，人工智能中的專家系統(tǒng)技術恰恰為這類經驗知識提供了有效的表示和處理方法。　　知識庫和推理機為專家系統(tǒng)的兩大要素，知識庫存儲某一專門領域的專家知識、條目，推理機制按照專家水平的問題求解方法調用知識庫中的知識條目進行推理、判斷和決策。專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)自動控制理論的結合，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，彌補了以數學模型為基礎的控制系統(tǒng)的不足。（2）模糊邏輯智能控制模糊邏輯控制實質上是利用計算機模擬人的模糊邏輯思維功能實現的一種數字反饋控制。人的思維具有模糊邏輯的特點，因此用計算機模擬人的模糊思維，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基礎，再和反饋控制理論相結合就可以實現模糊控制。傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)設計中需要給出被控對象的精確模型。模型的不精確性及不確定性都會影響PID控制性能。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/輸出數據因果關系的模糊推理控制。模糊控制不是基于被控對象精確模型的控制方式，因此具有較強的魯棒性，其穩(wěn)態(tài)精度可以通過引進智能積分等方法達到所要求的精度。此外，還可以將模糊邏輯推理和PID控制相結合，對PID控制參數進行自適應調整，實現無靜態(tài)跟蹤伺服控制。（3）神經網絡智能控制人工神經網絡是利用計算機模擬人類大腦神經系統(tǒng)的聯(lián)接機制而設計的一種信息處理的網絡結構，一般簡稱神經網絡（NN）。神經網絡中最基本單元是神經細胞，簡稱神經元。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部分。從控制的觀點，神經元模型由加權加法器、單輸入單輸出線性動態(tài)系統(tǒng)和靜態(tài)非線性函數所組成。它們模擬神經細胞綜合處理信息的突變性和飽和性的非線性特征。神經網絡是由大量神經元構成網絡，能夠根據某種學習規(guī)則，通過調整神經元之間的聯(lián)接強度（權重）來不斷改進網絡的逼近性能，即神經網絡具有非常強的非線性映射能力。正因為如此，神經網絡在智能控制、模式識別、故障診斷、系統(tǒng)辯識等領域獲得了廣泛應用。（4）除了上述的專家系統(tǒng)、模糊伺服控制、神經網絡伺服控制策略外，還有遺傳算法等控制。5 結 語永磁無刷電動機系統(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，對電機技術、設計和工藝以及傳感技術和控制技術做了較為詳細的論述，并提出發(fā)展動向；對于研究人員和管理人員有一定意義。參考文獻［1］ 王宗鮮，韓光鮮，［J］.微電機，2002，35（6）：36.［2］［J］.微電機，1994，27（3）：37.［3］ ［J］.微電機，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）.電機電器［M］.北京：科學出版社，2001.［6］ 祝恩國，楊公訓，［J］.微電機，2006,39（1）：5557.［7］ ［J］.微電機，2007，40（3）：14.［8］ ［C］.企業(yè)產品國際化戰(zhàn)略與微電機技術發(fā)展論壇，寧波，西安微電機研究所，寧波，2006，12：1619.【9】［C］.微電機工業(yè)“十一五”發(fā)展論壇，西安微電機研究所，西安，2005，7：13－20。 作者簡介：莫會成（1962），男，研究員級高工，教授，享受國務院特殊津貼專家，從事永磁交流伺服電動機技術研究及技術管理。機研究所, 西安 710077） 來源：永磁電機會議論文集，編輯：閆晶芬 摘要：永磁無刷電動機系統(tǒng)是以電機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構的電氣傳動控制系統(tǒng)。隨著電機技術、控制理論、數字脈寬調制技術、新材料技術、微電子技術及現代控制技術的進步，伺服系統(tǒng)經歷了從步進伺服到直流伺服，進而到永磁無刷電機伺服系統(tǒng)的發(fā)展歷程，目前已成為電機控制技術的主流方向。1 系統(tǒng)組成永磁無刷電動機系統(tǒng)是根據位置、速度和轉矩等反饋信息構成的控制系統(tǒng)，由永磁無刷電動機、傳感（傳感器）和驅動器三部分組成（見圖1）。系統(tǒng)有開環(huán)運行、轉矩控制、速度控制和位置控制4種基本運行方式，見圖2~圖5。其中圖4和圖5是用于高精度的控制系統(tǒng)，如數控機床的進給驅動等。 圖1 永磁無刷電動機系統(tǒng)方框圖 圖2 開環(huán)運行方框圖 圖3 轉矩控制系統(tǒng)方框圖圖 圖4 速度控制系統(tǒng)方框圖 永磁無刷電動機是通過電子電路換相或電流控制的永磁電動機。永磁無刷電動機有正弦波驅動和方波驅動兩種型式：驅動電流為矩形波的通常稱為永磁無刷直流電動機，驅動電流為正弦波的通常稱為永磁交流伺服電動機，按傳感類型可分為有傳感器電動機和無傳感器電動機。驅動器指接受控制指令、可實現對電動機的轉矩、速度和轉子位置控制的電氣裝置。驅動器按其控制電路和軟件的實現方式可分為模擬量控制、數字模擬混合控制和全數字控制三種；按驅動方式可分為方波驅動和正弦波驅動。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的位置、速度和電流。常用的傳感器有接近開關、光電編碼器、旋轉變壓器、霍爾元件和電流傳感器等。2 結構、設計和工藝 電機結構永磁無刷直流電動機的基本結構是將永磁直流電動機的定、轉子位置進行互換，通常稱為“內翻外”，轉子為永磁結構，產生氣隙磁通，定子為電樞，有多相對稱繞組，直流電動機的電刷和機械換向器被逆變器和轉子位置傳感器所代替。所以無刷電動機實際上是一種永磁同步電機，如圖6所示。圖6 永磁無刷電動機結構 圖7 外轉子永磁無刷直流電動機 另外，永磁無刷直流電動機可以做成外轉子型和盤式轉子型。其結構見圖7和圖8。外轉子型電機的永磁磁極轉子位于定子的外側，轉矩脈動小，容易做成扁平型，慣量較大。盤式轉子型電機的氣隙平面與軸垂直，盤式轉子與永磁磁極相向配置，電機成扁平形，可做成有槽結構，見圖8，也可以做成無槽、無鐵心結構。這種電動機常用于FDD和CD的直接驅動等。圖8 盤式轉子無刷直流電動機無刷直流電動機多采用釤鈷（SmCo）和釹鐵硼（NdFeB）等稀土永磁。常見的轉子結構有表面式磁極，嵌入式磁極和環(huán)形磁極3種，如圖9所示。圖9a結構是在鐵心表面粘貼徑向充磁的瓦片形永磁體，有時也采用矩形小條拼裝成瓦片形磁極，以降低制造成本。圖9b結構是在鐵心中嵌入矩形永磁體。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。但結構需要作隔磁處理或者采用不銹鋼軸。對于高轉速運行的電機， mm~ mm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磁的不銹鋼，也可以用環(huán)氧無緯玻璃絲帶縛扎。圖9c結構是在鐵心外套上一個整體稀土永磁環(huán)。該環(huán)形磁體徑向充磁為多極，適用于小功率的電機。這種結構的轉子制造工藝性較好。 設計工藝技術發(fā)展動向1） 設計手段不斷完善隨著計算機技術的發(fā)展以及電磁場數值計算、優(yōu)化設計和仿真技術的不斷完善，形成了以電磁場數值計算、等效磁路解析求解、場路結合求解等一整套分析研究方法和計算機輔助分析的設計軟件。如Ansoft公司、MagneForce公司、Jmag公司均推出各種類型的電機設計軟件，以方便快捷地完成從電機的電磁設計計算、損耗計算、優(yōu)化設計、噪聲抑制、特性分析等。針對無刷電機特點，提供多種轉子類型、多種繞組型式及主電路的連接方式，以便組合。2006年三季度，加拿大以電磁計算分析著名的Infolytica公司，推出了專門針對永磁無刷電機的Motorsolve設計軟件。圖9 無刷直流電動機轉子結構形式這些軟件除了對電機進行電磁設計，還可對電機在槽形、繞組、材料等設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多目標優(yōu)化設計，并包括控制電路、控制算法在內的整個設計流程，既可以提供任意時刻電機內電磁場分布數據，又能對電機工作時所關心的各類運行曲線，如轉矩、轉速、電流、功率、效率等提供結果，同時還能提供齒槽轉矩、轉矩脈動、轉速波動等詳細指標參數，并可完成電機的各類正常工況和故障工況的仿真實驗，包括起動、堵轉、突加突減負載、突然短路等等。2）分數槽技術應用日益增多分數槽繞組技術在永磁無刷電動機中的應用已逐漸增多。如在電動自行車電機中采用三相、40極、36槽；Collmorgen公司Goldline系列交流伺服電機采用4極、18槽，6極、24槽等；松下伺服電機采用6極、9槽，8極、12槽等每極每相槽數q=1/2的分數槽繞組結構。對于多極的無刷電動機采用分數槽繞組，可以較少的定子槽數達到多槽能達到的效果。采用分數槽繞組有以下優(yōu)點：a)電機電樞槽數大為減少，有利于槽利用率的提高；b)較少數目的元件數，可簡