【文章內(nèi)容簡介】 是，非線性系統(tǒng)反饋線性化的基礎(chǔ)是已知參數(shù)的電動機模型和系統(tǒng)的精確測量或觀測，而電機在運行中，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。目前這種控制方法仍有待進一步完善。5）自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制能在系統(tǒng)運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。但所有這些方法都存在的問題是：①數(shù)學(xué)模型和運算繁瑣，使控制系統(tǒng)復(fù)雜化；②辨識和校正都需要一個過程，所以對一些參數(shù)變化較快的系統(tǒng)，就會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)”隨時變化的開關(guān)特性。其主要特點是，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)計好的“滑動模態(tài)”軌跡運動。這種滑動模態(tài)是可以設(shè)計的，且與系統(tǒng)的參數(shù)及擾動無關(guān)，因而使系統(tǒng)具有很強的魯棒性。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)。在過去10多年里，將滑模變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用于交流傳動一直是國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點，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，特別對于計算機的采樣系統(tǒng)，當(dāng)采樣時間較長時，形成“準(zhǔn)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(yīng)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(zhì)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(shù)。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，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。　　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(lǐng)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(diào)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(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)，彌補了以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)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(zhì)上是利用計算機模擬人的模糊邏輯思維功能實現(xiàn)的一種數(shù)字反饋控制。人的思維具有模糊邏輯的特點，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(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。傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)設(shè)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(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(jié)合，對PID控制參數(shù)進行自適應(yīng)調(diào)整，實現(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)是利用計算機模擬人類大腦神經(jīng)系統(tǒng)的聯(lián)接機制而設(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）。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中最基本單元是神經(jīng)細胞，簡稱神經(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部分。從控制的觀點，神經(jīng)元模型由加權(quán)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(shù)所組成。它們模擬神經(jīng)細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)接強度（權(quán)重）來不斷改進網(wǎng)絡(luò)的逼近性能，即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有非常強的非線性映射能力。正因為如此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在智能控制、模式識別、故障診斷、系統(tǒng)辯識等領(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(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，對電機技術(shù)、設(shè)計和工藝以及傳感技術(shù)和控制技術(shù)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(xué)出版社，2001.［6］ 祝恩國，楊公訓(xùn)，［J］.微電機，2006,39（1）：5557.［7］ ［J］.微電機，2007，40（3）：14.［8］ ［C］.企業(yè)產(chǎn)品國際化戰(zhàn)略與微電機技術(shù)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(wù)院特殊津貼專家，從事永磁交流伺服電動機技術(shù)研究及技術(shù)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(gòu)的電氣傳動控制系統(tǒng)。隨著電機技術(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)的進步，伺服系統(tǒng)經(jīng)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(shù)的主流方向。1 系統(tǒng)組成永磁無刷電動機系統(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)，由永磁無刷電動機、傳感（傳感器）和驅(qū)動器三部分組成（見圖1）。系統(tǒng)有開環(huán)運行、轉(zhuǎn)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(shù)控機床的進給驅(qū)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(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(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，驅(qū)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(qū)動器指接受控制指令、可實現(xiàn)對電動機的轉(zhuǎn)矩、速度和轉(zhuǎn)子位置控制的電氣裝置。驅(qū)動器按其控制電路和軟件的實現(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)動方式可分為方波驅(qū)動和正弦波驅(qū)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(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)計和工藝 電機結(jié)構(gòu)永磁無刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu)是將永磁直流電動機的定、轉(zhuǎn)子位置進行互換，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，有多相對稱繞組，直流電動機的電刷和機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(jié)構(gòu) 圖7 外轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子型和盤式轉(zhuǎn)子型。其結(jié)構(gòu)見圖7和圖8。外轉(zhuǎn)子型電機的永磁磁極轉(zhuǎn)子位于定子的外側(cè)，轉(zhuǎn)矩脈動小，容易做成扁平型，慣量較大。盤式轉(zhuǎn)子型電機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)。這種電動機常用于FDD和CD的直接驅(qū)動等。圖8 盤式轉(zhuǎn)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(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(jié)構(gòu)需要作隔磁處理或者采用不銹鋼軸。對于高轉(zhuǎn)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(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(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子制造工藝性較好。 設(shè)計工藝技術(shù)發(fā)展動向1） 設(shè)計手段不斷完善隨著計算機技術(shù)的發(fā)展以及電磁場數(shù)值計算、優(yōu)化設(shè)計和仿真技術(shù)的不斷完善，形成了以電磁場數(shù)值計算、等效磁路解析求解、場路結(jié)合求解等一整套分析研究方法和計算機輔助分析的設(shè)計軟件。如Ansoft公司、MagneForce公司、Jmag公司均推出各種類型的電機設(shè)計軟件，以方便快捷地完成從電機的電磁設(shè)計計算、損耗計算、優(yōu)化設(shè)計、噪聲抑制、特性分析等。針對無刷電機特點，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(shè)計軟件。圖9 無刷直流電動機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式這些軟件除了對電機進行電磁設(shè)計，還可對電機在槽形、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內(nèi)電磁場分布數(shù)據(jù)，又能對電機工作時所關(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)速波動等詳細指標(biāo)參數(shù)，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(zhuǎn)、突加突減負載、突然短路等等。2）分數(shù)槽技術(shù)應(yīng)用日益增多分數(shù)槽繞組技術(shù)在永磁無刷電動機中的應(yīng)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(shù)q=1/2的分數(shù)槽繞組結(jié)構(gòu)。對于多極的無刷電動機采用分數(shù)槽繞組，可以較少的定子槽數(shù)達到多槽能達到的效果。采用分數(shù)槽繞組有以下優(yōu)點：a)電機電樞槽數(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