电动车用无刷直流电机无位置传感器控制的研究(14)

无传感器电机控制是利用可检测的电压和电流信号对转子位置和速度进行估计。卡尔曼滤波器由于能够有效地抑制电机控制中遇到的噪声，因此在电机控制中得到了广泛应用。文献【１１】采用较先进的浮点ＤＳＰ，其电机动态模型是在“无穷大惯量”的假设条件下得到的，故与机械参数（含负载转矩）无关，使参数敏感性问题得到解决。另外把初始状态看作高斯型随机向量，均值为零向量，初始值也和以后的状态无关。该系统能在１０％的额定转速以上与期望值基本一致。

卡尔曼滤波的模型建立在变量之间的矩阵运算之上，即变量之间存在线性组合的关系。无刷直流电机是一个非线性系统，这样的变量间线性组合关系并不存在，由此引入了扩展卡尔曼滤波算法（ＥＫＥ，ＥｘｔｅｎｄｅｄＫａｌｍａｎＦｉｌｔｅｒｓ）。ＥＫＦ适用于被随机噪声干扰的非线性系统，其基本思想和普通卡尔曼滤波一样，只是把模型中的非线性组合关系用函数的泰勒级数展开来逼近，使非线性系统变量之间也可以进行矩阵运算‘１３】。

（７）定子绕组电感法

由于定子存在铁心磁饱和现象，所以靠近磁极的定子绕组按照顺磁方向电流的变化率大于逆磁方向的电流变化率。在转子的不同位置，通过ＰＷＭ变换器给定子绕组在固定的时间内加恒定的电压矢量，则流过定子绕组的电流值不同，通过比较其电流值的大小可以确定转子磁极的位置。电机起动时，把一对大小相同、方向相反的电压矢量采样时间ＴＳ分别加在对应相定子绕组上，通过对主电路中直流环的电流值采样、保存、比较后得出结果。这里，电压矢量加在对应相绕组上的最优导通时间Ｔｓ是一个至关重要的参数。一方面将影响定子绕组电流值，另一方面它可能使转子转动，影响位置检测。确定Ｔｓ的原则就是，在确保转子停转的前提下，尽可能增大电压矢量对电流的差值。

（８）涡流效应检测法【１４】

Ｔｏｍｉｔａ等人在永磁转子表面粘贴一些非磁性的导电材料，利用定子绕组高频开关工作时非磁性材料上的涡流效应，使开路相电压的大小随转子位置角而变化，从而通过检测开路相电压来判断转子位置。这种方法不依靠反电势，能保证电机的顺利起动和可靠运行，但是电机的结构有所改变，对电机的制造工艺有很大要求。

（９）电流法【１５１

Ｌｉｎ等人【１５１设计了检测电机定子相电流波形来判断转子位置的相电流检测电路，与霍尔信号进行对比，发现在６９６－－３１７４ｒ／ｍｉｎ范围内该检测电路都能很好地工作。电机的磁动势和定子电流应该同相位，当有相位差时会引起电流畸变。Ｊｏｈｎｓｏｎ［１６］等人通过检测非凸极表面的滞环电流波形的上升和下降时间来确定转子的相对位置，称为同步偏差检测、６