【正文】 3）光電式位置傳感器光電式位置傳感器由安裝在電機轉(zhuǎn)子上的遮光盤和固定不動的光電開關(guān)組成。遮光盤上開有150176。4極電機所用遮光盤如圖13。 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，3個光電開關(guān)在空間依次相差120176。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械位置決定，不受停電等干擾影響；由機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。常選用的分辨率為每轉(zhuǎn)2500個脈沖。無刷旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號元件。其精度高于自整角機。感應(yīng)同步器的優(yōu)點是分辨率高、抗干擾能力強、壽命長，維護(hù)簡便。用于精度要求不高的無刷伺服系統(tǒng)的速度和位置傳感器有：（1）磁阻旋轉(zhuǎn)變壓器；（2）磁電式脈沖測速發(fā)電機；（3）磁性編碼器；此外，在經(jīng)濟型系統(tǒng)中，還有利用轉(zhuǎn)子磁場位置信號經(jīng)倍頻處理或利用在電機槽中放置線圈的簡易型測速發(fā)電機作速度和位置檢測的方式。目前，大多數(shù)采用安裝位置傳感器（例如霍爾元件）方法來得到這些信號。為此，80年代以來，微機控制技術(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)代無刷直流電動機控制研究熱點之一。在諸多方法中，以反電勢法較成功。這也是硬件軟件化的一個成功例子。這個過程稱為三段式起動，包括轉(zhuǎn)子定位、加速和運行狀態(tài)切換三個階段。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。該方法不需專門的起動線路，電路簡單、起動轉(zhuǎn)矩大，但對電機本體的數(shù)學(xué)模型依賴性大，當(dāng)電機參數(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。該方法采用脈沖注入檢測無刷電機靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子位置，通過依次向定子繞組注入一系列脈沖，根據(jù)測量得到的電流峰值判斷轉(zhuǎn)子位置。4 控制技術(shù)發(fā)展動向 DSP的應(yīng)用促進(jìn)了無刷電動機系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展1）DSP的特點隨著技術(shù)進(jìn)步和用戶對電機控制器的運算速度、數(shù)據(jù)處理能力、控制精度和實時性提出了更高的要求，過去單純的靠開、停時間長短或單片機來控制電機運行的方式已不能滿足實際需要；特別是對于采用矢量變換控制的系統(tǒng)，由于需要處理的數(shù)據(jù)量大，對系統(tǒng)的實時性和精度要求較高，單片機往往不能滿足要求。因此，為了達(dá)到電機控制不斷增加的計算量和速度要求，更好地發(fā)揮電機的運行性能，具有強大數(shù)字信號處理功能的DSP芯片應(yīng)運而生。DSP芯片的飛速發(fā)展促進(jìn)了無刷電機控制技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。數(shù)字信號處理的主要任務(wù)是完成大量的實時計算。DSP芯片是一種特別適用于數(shù)字信號處理的微處理器。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)的馮廣泛采用流水線技術(shù)，加快指令執(zhí)行速度，增強了處理器處理數(shù)據(jù)的能力?？梢栽谝粋€周期內(nèi)同時訪問數(shù)據(jù)和程序存儲空間，解決了傳統(tǒng)芯片的總線沖突問題，大大提高了系統(tǒng)的速度和效率。2）DSP在無刷電機控制中的應(yīng)用（1）DSP技術(shù)在無刷電機控制中的發(fā)展20世紀(jì)80年代，數(shù)字信號處理技術(shù)開始應(yīng)用于電機控制領(lǐng)域，其主要用來直接控制感應(yīng)電機的磁通量和轉(zhuǎn)矩，以達(dá)到對電機轉(zhuǎn)矩進(jìn)行快速、高性能的控制。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。(2)典型的DSP芯片在無刷電機控制中的應(yīng)用芯片的執(zhí)行速度很快，在20 MHz的時鐘頻率下，指令周期僅為50 ns，且多數(shù)指令都能在一個指令周期內(nèi)完成，片內(nèi)具有Flash ROM。在電機調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成電流閉環(huán)時，反饋電流信號可以經(jīng)AD輸入CPU處理。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，極大地方便了電機控制系統(tǒng)的設(shè)計。采用ADSP2100系列的代碼兼容語言，使程序的移植非常方便，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，工作量大大減少。它的基本控制外設(shè)電路是帶有8路模擬量輸入的模/數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、光電編碼器接口單元和靈活、簡便的脈沖寬度調(diào)制單元，可以輸出6路PWM信號，以控制逆變器功率開關(guān)的動作，借助于快速、高精度的模/數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和控制器來監(jiān)視和調(diào)控電機的運行。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。DSP56F8xx系列芯片可以實現(xiàn)復(fù)雜的算法并降低產(chǎn)品成本，提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，可用于控制交流感應(yīng)電機、有刷直流及無刷電機、有傳感器及無傳感器電機、可變磁阻電機及步進(jìn)電機等。其控制功能僅限于接通和關(guān)斷以及某些情況下的輔助起動、制動和反轉(zhuǎn)。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。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控制由外部宏觀穩(wěn)態(tài)控制深入到電機內(nèi)部電磁過程的瞬態(tài)控制。矢量控制最本質(zhì)的特征是通過坐標(biāo)變換將交流電機內(nèi)部復(fù)雜耦合的非線性變量變換為相對坐標(biāo)系為靜止的直流變量（如電流，磁鏈，電壓等），從中找到約束條件，獲得某一目標(biāo)的最佳控制策略。該方法在定子坐標(biāo)系下分析交流電機的數(shù)學(xué)模型，在近似圓形旋轉(zhuǎn)磁場的條件下強調(diào)對電機的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制，省掉了矢量坐標(biāo)變換等復(fù)雜的計算。近年來，直接轉(zhuǎn)矩控制方式被移植到永磁同步電機的控制中，其控制規(guī)律和關(guān)鍵技術(shù)正逐漸被人們了解、掌握。4）非線性控制交流電機是一個強耦合、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、強耦合的交流電動機系統(tǒng)分解為兩個獨立的線性單變量系統(tǒng)。兩個子系統(tǒng)的調(diào)節(jié)按線性控制理論分別設(shè)計，以使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的性能指標(biāo)。目前這種控制方法仍有待進(jìn)一步完善。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。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。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。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。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?！钡?。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。　　專家控制的基本思想是：自動控制理論+專家系統(tǒng)技術(shù)。　　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(jìn)行推理、判斷和決策。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。模型的不精確性及不確定性都會影響PID控制性能。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(jìn)智能積分等方法達(dá)到所要求的精度。（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）。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。它們模擬神經(jīng)細(xì)胞綜合處理信息的突變性和飽和性的非線性特征。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。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)。參考文獻(xiàn)［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。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)。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）。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(jìn)給驅(qū)動等。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。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。所以無刷電動機實際上是一種永磁同步電機，如圖6所示。其結(jié)構(gòu)見圖7和圖8。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)。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。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。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。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。圖9c結(jié)構(gòu)是在鐵心外套上一個整體稀土永磁環(huán)。這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子制造工藝性較好。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。2006年三季度，加拿大以電磁計算分析