文献综述
1、课题研究的现状及发展趋势
电气传动实现着电能与机械能之间的能量转换，而电气传动控制则通过控制电机的电压、电流、频率等电气量，来控制机械的位移、速度、转矩等机械量，使工作机械能按人们期望的要求进行工作，以满足生产工艺要求[1]。电气传动分为直流电气传动和交流电气传动两大类，先后诞生于19世纪，直至20世纪上半叶，高性能调速系统都采用直流传动，而约占整个电气传动容量80%的不变速拖动系统则采用交流调速。很长一段时间内，这种按性能分工的格局得到举世公认。随着技术的发展和工艺要求的提高，直流传动的缺点日益突出，例如，直流电机固有的电刷和换向器使其应用环境、容量、速度受到限制，并且维护工作量大[2]。
交流电机结构简单，无需机械换向装置，可适用于各种恶劣环境。但交流电机具有非线性强耦合多变量的性质，要获得满意的静动态性能相当困难。因此，长期以来，交流电机只被用于恒速传动系统，要发展交流传动使之能与直流传动并驾齐驱是人们长期的愿望。随着电力电子技术和控制技术的发展，高性能交流调速系统应运而生并得到了广泛的应用，交流传动取代直流传动已经成为不争的事实。
异步电机调速系统种类很多，从转差功率的处理上可分为三大类：转差功率消耗型、转差功率馈送型和转差功率不变型[3][4]。目前，在这三种调速系统中，转差功率不变型调速系统不论转速高低，转差功率都只有转子铜耗，在同样负载转矩下基本不变，因此效率最高，变极对数调速与变频调速属于此类。变频调速只能有极调速，其应用场合有限。变频调速则是应用较广的一种调速方案。
转速开环变频调速系统采用恒压比带低频电压补偿的协调控制，其结构简单，成本较低，但调速系统静、动态性能不高，常用于风机、水泵类节能型调速系统。
转速闭环转差频率控制的交流调速系统基本上具备了直流电机双闭环控制系统的优点，采用PI型转速调节器，使转速无静差，稳态性能显著提高。在动态过程中，系统能以最大转矩加减速，保证了在允许条件下的快速性、加减速的平滑性，容易使系统稳定。然而基本型转差频率控制是从异步电机稳态等值电路和稳态转矩公式出发的，“保持磁通恒定”的结论只在稳态情况下成立。电流调节器只控制了定子电流的幅值，而并未控制其相位，与直流双闭环系统比较，其动态性能仍存在一定的差距[1]。
70年代初，德国工程师，F.Blaschke和W.Floter等人提出“感应电机磁场定向控制原理”，美国P.C.Custman和A.A.Clark提出“定子电压坐标变换控制”，经过不断改进和完善，至今已形成高性能的矢量控制系统。其基本思想是：通过矢量变换和转子磁场定向，实现定子电流转矩分量与励磁分量的解耦，得到类似直流电机的动态数学模型，然后模拟直流电机进行控制，获得良好的静、动态性能。按转子磁链定向的矢量控制系统的关键是准确定向和转子磁链幅值计算，由于转子磁链直接检测相对困难，多采用间接计算方法，即借助于转子磁链模型，实时计算磁链的幅值与空间位置。转子磁链模型大多数从电动机数学模型中推导出来，磁链计算准确与否直接与电机参数相关。电机参数不准确，则磁链计算不准确，不能正确定向，也就不能实现电流的正确解耦，直接影响电机控制效果[4][5]。
1985年，德国鲁尔大学Depenbrock教授提出直接转矩DSR控制，直接转矩控制在定子坐标系上实现定子磁链和转矩的Bang-Bang控制，省去了复杂的矢量旋转变换，控制电机的磁链和转矩，借助于两点式调节器产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。它在很大程度上解决了矢量控制中计算复杂，特性易受电动机参数影响等问题，但由于直接进行两点式调节，不可避免地产生转矩脉动，降低了调速性能[4][7]。
在矢量控制交流调速系统中，用以检测电机旋转速度的速度传感器是必不可少的，从一定意义上讲，速度传感器决定了高性能交流调速系统的稳态精度，以及对动态转矩的控制能力。矢量控制所用的高精度速度传感器存在环境适应性不强、抗扰能力差、价格昂贵、不易维护等缺点，造成有速度传感器在工业应用中的局限性。如果能够取消矢量控制系统中的速度传感器无疑能扩大矢量控制系统的应用范围，同时也提高了矢量控制系统的可靠性以及环境适应性，在这种情况下，就提出了无速度传感器的矢量控制[1][6][7]。
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