原標題：對于PMSM實現全速范圍無傳感器控制技術的混合控制策略研究

一、研究背景與意義

永磁同步電機（PMSM）因高效率、高功率密度和快速響應特性，廣泛應用于電動汽車、工業驅動和航空航天等領域。傳統PMSM控制依賴機械式位置傳感器（如編碼器、旋轉變壓器），但傳感器增加了系統成本、體積和復雜性，且在極端工況下易失效。因此，全速范圍無傳感器控制技術成為研究熱點，旨在通過算法估算轉子位置和速度，替代物理傳感器。

二、混合控制策略的核心思想

全速范圍無傳感器控制需解決兩大挑戰：

1. 低速區（0-10%額定轉速）：電機反電動勢微弱，難以通過反電動勢法估算位置。

2. 高速區（>50%額定轉速）：高頻信號注入法易受噪聲干擾，估算精度下降。

混合控制策略通過結合多種方法的優勢，實現全速域覆蓋：

• 低速區：采用高頻信號注入法（如高頻旋轉電壓注入、脈振高頻電壓注入），利用電機凸極效應估算轉子位置。

• 中高速區：采用模型參考自適應法（MRAS）、滑模觀測器（SMO）或擴展卡爾曼濾波器（EKF），基于電機數學模型估算位置和速度。

• 過渡區：設計平滑切換機制（如加權平均法、模糊邏輯切換），避免控制策略切換時的抖振。

三、關鍵技術與方法

1. 高頻信號注入法

• 原理：在定子繞組中注入高頻電壓信號，通過檢測電流響應提取轉子位置信息。

• 改進：采用脈振高頻電壓注入法，結合二階廣義積分器（SOGI）和鎖相環（PLL），減少濾波器使用，降低相位滯后。

2. 滑模觀測器（SMO）

• 原理：基于電機反電動勢模型，設計滑模面，通過非線性切換函數估算轉子位置。

• 改進：引入自適應律調整滑模增益，緩解抖振問題；結合擴展反電動勢模型，提升低速性能。

3. 模型參考自適應法（MRAS）

• 原理：構建參考模型和可調模型，通過比較兩者輸出誤差，自適應調整可調模型參數，實現位置估算。

• 改進：采用Popov超穩定性理論設計自適應律，確保系統穩定收斂。

4. 混合策略切換機制

• 加權平均法：根據轉速動態調整各算法權重，實現平滑過渡。

• 模糊邏輯切換：基于轉速、負載等參數，利用模糊規則選擇最優控制策略。

四、研究現狀與挑戰

• 現有成果：

• 文獻提出了一種結合脈振高頻電壓注入法和滑模觀測器的混合策略，通過加權平均法實現轉速區間切換，仿真和實驗驗證了全速域控制的有效性。

• 另有研究采用虛擬電感法平滑切換低速I-F控制與高速反電動勢模型法，解決了控制結構差異導致的振蕩問題。

• 挑戰：

• 低速區估算精度：高頻信號注入法對電機參數敏感，需進一步優化信號處理和參數辨識。

• 高速區抗干擾能力：模型法依賴電機模型精度，需增強對參數變化和外部擾動的魯棒性。

• 切換區抖振：混合策略切換時易產生抖振，需設計更平滑的過渡機制。

五、未來研究方向

1. 人工智能融合：結合神經網絡、深度學習等算法，提升非線性系統建模和參數辨識能力。

2. 多物理場耦合分析：考慮電機溫度、磁飽和等因素對控制性能的影響，實現更精確的估算。

3. 硬件在環測試：通過實時仿真平臺驗證混合控制策略在實際工況下的性能。

六、結論

PMSM全速范圍無傳感器混合控制策略通過結合高頻信號注入法、滑模觀測器和模型參考自適應法等，實現了從靜止到額定轉速的全速域控制。未來需進一步優化算法魯棒性、切換平滑性和估算精度，推動無傳感器控制在高性能驅動系統中的廣泛應用。