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在快速发展的科技时代，电机作为能量转换与控制的核心部件，其性能的提升直接关系到工业自动化、交通运输等多个领域的进步。同步磁阻电机（Synchronous Reluctance Motor, SynRM）因其独特的优势，在近年来受到了广泛的关注。然而，高性能无速度传感器控制技术的实现，一直是制约其广泛应用的关键难题。现在，我们一起来探索一项最新的研究成果，如何通过一阶线性自抗扰控制器，为同步磁阻电机的无速度传感器控制开辟新的路径。
研究背景
随着工业4.0时代的到来，电机的智能化、高效化成为必然趋势。同步磁阻电机作为一种无需永磁体、成本低廉且响应迅速的电机类型，逐渐在市场中崭露头角。然而，实现其无速度传感器控制，即在不依赖物理传感器的情况下精准控制电机速度和位置，一直是行业面临的挑战。特别是在处理交叉耦合效应和负载扰动时，传统的控制策略往往力不从心，导致系统性能受限。
论文所解决的问题及意义
本项研究对于推动同步磁阻电机的广泛应用具有重大意义。一阶线性自抗扰控制器的高效性和鲁棒性，为电机控制系统的升级提供了强有力的技术支持。它不仅能够提升电机的动态响应能力和抗扰性能，还能够降低系统成本，简化传感器配置，为工业自动化、新能源汽车等领域带来更广阔的应用前景。
尽管该方法展现出了显著的优势，但在某些特定工况下，如极端负载变化或非典型扰动条件下，其性能可能会受到一定限制。此外，参数整定的复杂性仍然是一个需要克服的挑战，尤其是在追求更高精度和响应速度的场景下。
未来的研究将致力于优化自抗扰控制器的参数整定过程，探索更智能的参数自适应算法，如结合机器学习技术，以进一步提升系统的适应性和稳定性。同时，研究团队计划对不同类型的扰动进行更深入的分析，以开发出更加全面、高效的控制策略，满足工业界对电机控制日益增长的需求。
论文方法及创新点
为了解决上述难题，研究人员提出了基于一阶线性自抗扰控制器的同步磁阻电机无速度传感器控制策略。这种方法的核心在于利用扩张状态观测器对负载扰动进行快速观测与补偿，通过前馈机制显著增强了系统的抗扰性。同时，通过静止实验法，研究人员得到了dq轴磁链与电流之间的非线性函数模型，将这一模型融入磁链观测器，有效减少了交叉耦合效应，提高了转子位置的估计精度。
图1 自抗扰控制器结构原理
在论文中，研究团队详细阐述了如何设计和实施一阶线性自抗扰控制器，包括其在同步磁阻电机控制中的具体应用。通过对比实验，验证了再考虑交叉耦合效应后，同步磁阻电机的无速度控制策略能够显著提高转速和转子位置的估计精度。此外，加入自抗扰技术后，电机调速系统展现出更快的动态响应时间和更强的抗扰性能，这是传统PI控制器难以企及的。
研究团队认为，一阶线性自抗扰控制器的引入，不仅解决了同步磁阻电机无速度传感器控制的关键技术难题，还为电机控制领域开辟了新的研究方向。通过实验验证，该方法在1.5kW的同步磁阻电机对拖加载实验平台上取得了令人满意的效果，证实了其在实际应用中的可行性和有效性。
图2 同步磁阻电机驱动控制半实物实验平台实物
结论
一阶线性自抗扰控制器在同步磁阻电机无速度传感器控制领域的应用不仅可以解决同步磁阻电机无速度传感器控制的技术难题，还为未来的电机技术发展指出了方向。我们有理由相信，随着研究的不断深入，电机控制领域将迎来更多创新与突破，为人类社会的进步贡献更大的力量。
王建渊
西安理工大学电气工程学院副教授，硕士生导师。教育部学位中心库专家，全国变频调速设备标委会委员，中国电源学会变频专委会委员，储能分会理事，陕西省电源学会理事，西安电力电子学会理事。课题组团队现有副教授1名，硕士12名，主要从事变频及伺服驱动、永磁同步与同步磁阻电机高性能控制技术研究、宽禁带半导体储能变换器及控制技术研究、充电桩及V2G技术研究等。获陕西高等学校科学技术奖二等奖1项，陕西省科学技术奖二等奖3项。主持陕西省研发计划、陕西省自然科学基础研究计划项目、西安市科技计划项目等纵向项目6项；主持横向项目40余项，包括重大科技成果转化项目3项；发表学术论文20余篇，其中SCI/EI检索7篇；授权发明及实用新型专利10余项。
本工作成果发表在2024年第14期《电工技术学报》，论文标题为“基于一阶线性自抗扰控制器的同步磁阻电机无速度传感器控制“。本课题得到国家自然科学基金的支持。
引用本文
王建渊, 王海啸, 尹忠刚, 李英杰, 景航辉. 基于一阶线性自抗扰控制器的同步磁阻电机无速度传感器控制[J]. 电工技术学报, 2024, 39(14): 4405-4421. Wang Jianyuan, Wang Haixiao, Yin Zhonggang, Li Yingjie, Jing Hanghui. Sensorless Control of Synchronous Reluctance Motor Based on First Order Linear Active Disturbance Rejection Controller. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(14): 4405-4421.
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