一、引言
20世纪80年代以来，永磁同步伺服电机以其高转矩惯量比，高能量密度和高效率等优异性能，在中小功率驱动范围内的发展日新月异，因此，无传感器控制得到了普遍重视。目前，各国学者已提出了许多方法用来完成转子速度和磁极位置的估算，但这些方法都存在诸多的缺点。本文采用闭环自适应积分观测器来估算转子的位置和速度，该观测器引入闭环反馈，能够自动跟踪定子磁链的变化，准确地估算出转子位置，简单且易于实现。最后，在初始位置给定的前提下，利用Matlab工具对整个控制系统作仿真实验，结果表明，该方法切实可行，无论在暂态和稳态方面都能获得较好的性能。
（一）自适应转子位置磁通观测器
式（9）就是由定子静止坐标系通过电压方程和磁链方程推导出来转子位置观测器。用电机反电势积分的方法来估计磁链仅用到电机定子电阻一个电机参数，因而受电机参数影响少。永磁同步电机采用反电势积分法估计转子位置时，如果能够准确地估计出定子磁链的值，就可以准确估计出转子的位置。但是纯积分器观测方法存在积分初值问题，即正弦输入信号其初值若不为峰值，则积分结果会在余弦信号上叠加一个直流偏移量（如图l）。同时纯积分器方法对输入信号中直流分量没有抑制作用，即使很小的直流分量也将造成积分器饱和现象。为了解决纯积分器的偏移问题，通常采用一阶惯性滤波器（τ/（1+τs））来代替磁链估计中的积分器（l/s），图2为采用滤波器后的磁链曲线，可以看出，必须采用消除积分初值影响的措施，以达到准确估计磁链的目的。然而，整个电机控制系统是动态的，简单的滤波器不能满足系统的动态要求。
本文采用一种自适应闭环观测器，能够动态跟踪定子磁链的变化，准确估算出转子的位置。由于其根据输入信号频率．的不同，结合了纯积分器和—阶滤波器两者的优点，因此该方法具有较高的应用价值，有效地扩大了电机系统的调速范围，使观测的磁链更接近电机的实际磁链。
该算法用到了自适应控制器。其理论是电机磁链正交于反电势，因此，算法中用到所谓正交检测器用于检测估计磁链和实际反电势之间正交度，由正交检测器输出偏差信号经一个比例-积分调节器产生相应的补偿基准，其幅值大小由式（10）决定，在反馈信号饱和时，补偿基准幅值不再是固定不变。
二、转子初始位置估算方法
永磁同步电机的的初始位置对于电机启动是一个很关键的问题，而获取SPMSM转子初始位置的方法有：
1．通过给一相绕组加直流电使转子转动到预先设定的位置；
2．在静止时通过特定的算法估算转子位置。
若想实现完全的无机械传感器运行，则需要研究在静止时的转子位置估算方法。
本文提出了一种静止时估算SPMSM的转子位置的方法：电压矢量注入法。估算方法是基于定子铁心的非线性磁化特性。当定子绕阻电流产生的磁场与转子磁场反向时，磁路中的阻抗较高，定子电流减少；反之磁路饱和程度增强，磁阻较小，定子电流增大。因此，可以通过检测电流的变化来获得转子初始位置信息。
其数学模型如图3所示，正弦量IA、IB、IC都可以表示为一个均值I。加上一个偏移量△I。，方程中含有转子机械角度θ，如式(11)~(13)。
这个原理的位置角度误差与施加电压矢量的角分辨率有关。理论上，估算误差应该在0.9375°以内。
三、仿真结果
为了验证本文所提出的转子初始位置检测方法的可靠性，以及整个系统动静态特性，首先利用MATLAB工具进行了仿真实验，系统框图如图4。在转子初始角通过VPVM观测器估算出来后，将转子初始位置值赋予自适应补偿观测器，电机开始转动，VPVM将失去作用。而转子初始位置估计的准确性对整个控制系统的暂稳态特性有很大影响。
图5为分别向电机中注入正反方向不同时刻不同位置脉冲电压时，定子A、B、C三相所检测到的电流变化曲线，每一相电流的峰值即对应不同转子的N极位置。
图6为电机转速曲线，在大约0.02s时电机达到1OOOr/min稳态值，在整个启动过程中，转速曲线有一些超调，发生振荡现象，但．总体上仍能平稳启动。图7为电机在极低速情况下放大后电机转子角度曲线。由图7可知，转子角度曲线有细小波动，这与转子初始位置估算的精度有关。
四、结束语
针对贴面式永磁同步电机无传感器控制中的难点和存在的问题，提出了一种基于闭环自适应补偿观测器的无位置和速度传感器的控制方法，并专门对如何获得转子初始位置提出了VPVM法，并验证了其可行性。进一步利用电机中易测得的电压和电流信号，通过对磁通和电流的估计和校正获得电机运行状态下转子位置和速度信号。通过实验表明，该方法能获得电机较平稳的启动，并能准确地估计转子角度。
